[发明专利]用于监测及控制太阳能电池板阵列的网络拓扑

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于监测及控制太阳能电池板的网络拓扑，且更具体地涉及用于监测及控制包括大量光伏模块的太阳能电池板阵列的网络拓扑。

背景技术

世界上的某些地方已建立太阳能电池板大阵列以用于公共事业规模的发电。举例而言，德国巴伐利亚的包括57,000以上的光伏(PV)模块的太阳能电池板阵列覆盖几乎62英亩(25平方公里)的区域并产生大致10兆瓦的电力。美国内华达州的另一太阳能电源系统将具有在约140英亩(57平方公里)上的大致70,000个PV模块。随着太阳能电池板的效率和可靠性提高以及安装成本降低，预期太阳能电池板大阵列成为更普遍的电力源。

一些太阳能电池板包括用于将阳光转换成另一形式能量的能量转换装置。其它板包括反射光学元件、透射光学元件、或者透射及反射元件的组合以将入射阳光集中在能量转换装置上，其可以可选地附连到太阳能电池板或与太阳能电池板分离。例如，太阳能电池板可包括用于将阳光转换成电的一个或多个PV模块。PV模块包括在串联电路中连接在一起的许多相对小的太阳能电池。在亮阳光下，一个PV模块可输出从约12伏直流到约50伏直流电压下的高达数百瓦的直流(DC)电力，这取决于板的设计。来自个别PV模块的输出可与来自其它PV模块的输出组合在串联电路中以用于有效的电力传输。

具有一个或多个PV模块的太阳能电池板可进一步包括用于将入射在太阳能电池板的相对大表面上的阳光集中到具有相对小表面的太阳能电池上或可选地集中到串联电连接的多个太阳能电池上的光学元件。这种称作集中光伏模块(CPV)的PV模块可以比没有集中阳光的光学元件的系统更高的能量效率工作。在图6的现有技术示意图中示出CPV模块的示例。在图6中，第一示例CPV模块600-1的一小部分的绘示图包括在附连到衬底608的多个太阳能电池604上方的排列成行和列的多个透镜602。衬底608对CPV模块600-1中的其它组件提供结构性支承，且还可包括用于散热的结构。太阳能电池604放置成靠近透镜604的焦点。用电导体606串联连接相邻太阳能电池。

在图7的现有技术示意图中示出CPV模块的另一示例。图7是包括反射镜610的CPV模块600-2的部分端视图，反射镜610将入射阳光引导至靠近反射镜610的光学焦点放置的太阳能电池604的表面上。太阳能电池604附连到衬底608上以得到结构性支承。一些CPV模块包括多个太阳能电池604，每个太阳能电池在多个杯状反射镜610的对应光学焦点附近放置。其它CPV包括沿着沿着槽状反射镜610的光学焦点放置的多个太阳能电池。在本领域中已知见于CPV模块中的透镜和反射镜设计的许多变化。

将太多阳光引导至太阳能电池可因为过热而破坏太阳能电池。因此，PV模块可包括用于测量太阳能电池温度的设备。PV模块可包括许多温度测量设备以检测模块中的热点。太阳能电源系统的操作员可选择太阳能电池板离开太阳以降低检测到热点的PV模块的温度。尤其，必须监测CPV模块的热点，因为从相对大收集表面收集的阳光聚焦在相对小的太阳能电池上。在图6和图7的现有技术示意图中，温度测量设备122热耦合到太阳能电池604。温度传感器可附连到许多太阳能电池，如图所示。由系统操作员监测来自温度测量设备的输出信号以检测太阳能电池604中的高于安全操作极限的温度。在大太阳能电池板中，监测PV模块内的许多位置处的温度可能是必要的。

为了提高发电，可使用机械定位系统以在方位角和仰角中旋转太阳能电池板以便沿着太阳在日间天空穿过的路径跟踪太阳。例如，具有附连PV模块的太阳能电池板可被旋转以使PV模块的阳光吸收表面在整个日间时间垂直于阳光光线。或者，包括一个或多个镜子的太阳能电池板可被旋转以便将阳光引导至相对于太阳保持在固定位置中的分别的PV模块上。太阳能电池板适配成跟踪太阳位置并将反射的阳光引导至称作定日镜的目标上。在一些太阳能电源系统中，PV模块接收从一个以上的定日镜反射的阳光。

方位角和仰角的测量值可从太阳能电池板通过通信网络传输到中心位置以便由管理及控制系统和系统操作员考察。与太阳能电池板效率相关的例如PV模块中的太阳能电池的所测量温度的其它参数、操作条件、以及故障条件还可发送到称作中央服务器的中央管理及控制系统。来自中央服务器的命令还可经由通信网络发送到连接至或靠近于太阳能电池板的装置，例如，将位置调节命令发送到机械定位系统。