[发明专利]用于屋顶光伏电力系统的小外形功率转换系统

说明书

技术领域

本公开总体涉及光伏电力系统领域。更具体地，本公开涉及一种基于屋顶盖板的光伏电力系统，其中，在一个或多个光伏建筑一体化(BIPV)屋顶盖板中包含高效的dc-dc转换器。

背景技术

太阳能光伏(PV)电池典型地产生小于1伏特的dc电压。这种电池产生的电力的量等于该电池的dc电压乘以该电池的dc电流，这些量值取决于多种因素，包括太阳辐照度、电池温度、工艺变化以及电池电操作点。通常需要产生比单一电池产生的电力多的电力，因此采用多个电池。通常还需要以实质上比单一电池产生的电压高的电压来提供电力。因此，典型地将多个电池串联。

例如，考虑传统的屋顶太阳能电力系统，如，2kW(并网)屋顶太阳能PV电力系统，其向240VAC公共事业设施传递电力。由于传统的屋顶太阳能电力系统中需要非常大量的PV电池，所以典型地将独立的PV电池封装成中间尺寸面板，如，光伏(PV)盖板，所述PV盖板典型地包括若干串联的PV电池，并且典型地产生若干伏特的DC。PV盖板可以串联，串联PV盖板的输出通过组合器电路连接到中央DC-AC逆变器的输入，所述中央DC-AC逆变器根据公共事业的需要，将串联的传统PV盖板产生的高DC电压(例如，几百伏特)转换成240V AC。此外，中央DC-AC逆变器按照标准(如，IEEE标准1547)和建筑条例的规定来执行特定的网接口功能，所述网接口功能可以包括抗孤岛化、防止ac线路瞬变、流电隔离、产生满足谐波限制的ac线路电流以及其他功能。

在传统系统中，如，在上述2kW屋顶太阳能PV电力系统中，DC-AC逆变器可以包括DC-DC转换模块和AC接口模块。如技术中已知的，针对DC-AC逆变器的控制电路可以实现最大功率点跟踪(MPPT)算法。DC-DC转换模块包括DC-DC转换电路，并且对于多个PV盖板的输出可以起到中央DC-DC转换器的作用。DC-AC逆变器内的控制电路可以控制DC-DC转换模块对DC-DC逆变器的输入处的电压进行调节，以使流经DC-AC逆变器的电力最大化。DC-AC逆变器还包括AC接口模块，典型地，DC-AC转换器，以接口连接至AC公共事业网。

由于PV盖板产生的电力取决于PV盖板的电压和电流以及包括太阳辐照度和温度在内的其他因素，所以PV盖板能够产生的最大电流(即，“短路电流”)与入射在PV盖板上的太阳辐照度成比例。当PV盖板串联时，每个PV盖板必须传导(conduct)相同的电流(“盖板电流”)。如果串联串中的第一个PV盖板被部分遮挡，则串中所有PV盖板的电流都受影响。在一些实例中，串联串以减小的电流来工作，所述减小的电流是由被遮挡的传统PV盖板的电流来确定的，从而降低了串中所有盖板产生的电力。备选地，串可以传导更大的电流，从而使被遮挡PV盖板的旁路二极管传导电力并防止从被遮挡的盖板获得电力，进而减小了由串产生的总体电压。在任一种下，PV发电系统均产生低于最大可能电力的电力。

此外，包含在DC-AC逆变器中的DC-DC转换模块典型地以小于100％的效率工作，因此由PV盖板的集合(称作光伏阵列)产生的电力中有一些被损失掉。

发明内容

公开的实施例和原理提供了一种将采用本地化最大功率点跟踪(MPPT)的高效小外形功率电子设备集成到基于屋顶顶板的光伏电力系统的方法。对于200W功率输出具有小到1/4英寸的高度或外形的DC-DC功率转换器能够包含在光伏建筑一体化(BIPV)屋顶盖板内。DC-DC功率转换器将两行串联的光伏盖板产生的相对低的电压提高到由DC-AC逆变器使用的高电压，其中每个光伏盖板包括光伏电池。例如，DC-DC功率转换器将两行串联光伏盖板产生的电压从几十伏特提高到大约400伏特。因此，DC-DC功率转换器以小外形和非常高的效率提供了大电压提升。

通过包含小外形DC-DC功率转换器和并联的串联光伏盖板行而形成的太阳能阵列可以容忍失配，如，部分遮挡或每一行中盖板数目的差异。太阳能阵列中小外形DC-DC功率转换器的使用允许灵活的安装，其中，可以高达逆变器额定功率的将任意数目的行添加到太阳能阵列而不改变逆变器DC输入电压。在一个实施例中，将若干DC-DC功率转换器的输出并联到DC总线，从而允许隔离故障，使得开路的盖板不会损害太阳能阵列的整体性能。

附图说明

公开的实施例具有其他优点和特征，根据详细描述、所附的权利要求以及附图(或图)，这些优点和特征将更明显。以下是附图的简要说明。