[发明专利]用于可重新配置地连接光伏阵列中的光伏面板的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年1月30日提交的美国临时申请No.61/148,878的权益。

发明领域

本发明一般涉及用于重新配置光伏阵列中的光伏面板之间的电连接的方法，尤其涉及用于以根据电力传送目的选择的串联和并联电路的组合可重新配置地连接光伏阵列中的光伏面板的方法。

背景

对于在特定入射光照和温度条件下工作的光伏(PV)电池，存在PV电池输出电压和输出电流的特定的值组合，此时PV电池所产生电功率的量达最大值。从PV电池输出的最大功率，称为最大功率点(MPP)或PMAX，响应于入射光照的变化、PV电池工作温度的变化、以及从PV电池接收电力的电负载的阻抗的变化而改变。MPP的值可针对包括一个或多个PV模块的PV面板确定，其中每个PV模块包括连接成一电路的许多PV电池。MPP的值也可针对由许多PV面板制成的PV阵列、包括一个或多个PV阵列的PV区域、以及包括一个或多个PV区域的PV发电系统找出。

在当前使用的许多PV阵列中，PV阵列中的PV面板被机械和电学地排列，以使当PV阵列在负载阻抗、温度和光照的预定基准条件下工作时该阵列输出MPP的功率。例如，来自用于将阳光转换成电的太阳能PV阵列的输出电压和输出电流可被选择成递送与针对一年内的所选时间和一天内的所选时间的无遮挡日照的MPP相对应的电功率。然而，因为入射光照由于太阳相关于PV阵列的位置的季节和日常变化而变化，所以PV阵列的电流输出也变化，MPP的相关值也一样变化。PV阵列中的PV面板所接收的光照还受阳光通过地球大气层的透射的变化影响，例如受减少入射到PV阵列上的阳光的量的天气变化的影响。诸如环境温度变化的温度变化以及PV阵列组件在一天中或在季节变换时的直接太阳能加热的变化，也会导致从PV阵列输出的功率偏离MPP。由于光照、温度或负载阻抗条件与配置阵列的基准条件不同，因此本领域中公知的PV阵列通常将输出小于MPP的功率量。不在MPP工作的PV阵列会浪费电功率，或者会有损坏阵列中电组件或光伏组件的风险。

用于供应交流电(AC)功率的太阳能PV发电系统包括例如DC-AC逆变器的功率转换装置，用于将来自PV面板的直流(DC)功率转换成要供应给电负载的AC输出功率。尺寸对应于大电负载的逆变器一般具有相对较窄的DC输入电压范围，且具有显著高于单个PV面板的输出电压的最小DC输入电压。因此，选定数目的PV面板被串联电连接以形成在逆变器DC输入范围内的组合PV阵列输出电压。在PV阵列中选定数目串的串联连接的PV面板被进一步并联连接，来提供输出电流的目标值。对于本领域中公知的PV阵列，每串串联连接的PV面板中面板的数目和并联连接的PV面板的串数是固定的，即在正常操作期间PV面板之间的电缆不断开并重新连接成新的电路配置。改变本领域中公知的PV阵列中PV面板之间的串联和并联电连接的配置一般需要断开和重新连接许多电缆，是劳动力和时间密集的过程。作为对诸如电负载的短期变化、短时段的高环境温度、多云天气等的瞬变现象作出响应的手段，改变本领域公知的PV阵列的配置一般是不可行的。此外，当来自本领域公知的PV阵列的输出电压小于逆变器的最小输入电压规格时，来自该阵列的输出功率不再适合输入到逆变器，且不用于向电负载供电。

一些PV阵列具有针对与入射光照、温度和负载阻抗的选定基准条件相关的目标MPP值选择的输出电压和输出电流。其它PV阵列包括用于调节输出电压或输出电流以使从PV阵列输出的功率在MPP响应于操作条件的改变而改变时保持接近MPP的装置。因为PV阵列输出电压优选保持在逆变器的相对窄的DC输入范围内，所以装备成调节其输出以跟踪MPP的变化值的PV阵列一般通过调节阵列输出电流来这样做。最大功率点跟踪器(MPPT)是用于响应于MPP的改变值调节PV阵列输出电流的电气装置的一个示例。MPPT调节连接至PV阵列的电负载的阻抗，从而将PV阵列输出电流设置成与新MPP值相关的值。

配置PV阵列、MPPT和逆变器的组合以供在负载阻抗的恒定值的情况下操作是普遍的。然而，在实践中负载阻抗一般不是恒定的。此外，MPPT的成本和复杂性高，尤其是对由设计成暴露于来自大PV阵列的输出中所存在的高电压和大电流的半导体器件制成的MPPT而言。MPPT的成本和复杂性随PV阵列尺寸的增大快速提高，因此将MPPT或类似调整装置缩放成例如公用事业规模PV阵列的极大PV阵列并非易事。此外，已知使用在高电压和高电流下操作的半导体的复杂电子器件会降低器件在其中运行的系统的总体可靠性。遭受电故障的MPPT会使来自整个PV阵列的输出中断。