用于光伏發(fā)電的裝置及其方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了用于光伏發(fā)電的裝置及其方法。公開(kāi)的是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的被配置為提高光伏發(fā)電的效率的用于光伏發(fā)電的裝置以及方法，其中所述具有太陽(yáng)能模塊、升壓器以及逆變器的裝置包括：電壓感測(cè)單元，其被配置為感測(cè)所述太陽(yáng)能模塊的輸出電壓；開(kāi)關(guān)單元，其并聯(lián)連接至所述升壓器；以及控制器，其被配置為選擇性地控制所述升壓器或者所述開(kāi)關(guān)單元，由此能夠響應(yīng)于所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平而驅(qū)動(dòng)所述升壓器或者所述開(kāi)關(guān)單元。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于光伏發(fā)電的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開(kāi)涉及一種用于光伏發(fā)電的裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著嚴(yán)重的問(wèn)題如由于化石燃料的使用所造成的二氧化碳的排放的全球變暖和原子動(dòng)力工廠的事故所造成的放射性和核廢物的污染的出現(xiàn)，存在關(guān)于全球環(huán)境和能源的不斷增長(zhǎng)的擔(dān)憂。在這樣的環(huán)境下，尤其是，在包括使用地?zé)犭娏Φ牡責(zé)岚l(fā)電和使用風(fēng)力的風(fēng)力發(fā)電的其他新的可再生能源中，使用太陽(yáng)能輻射的太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為取之不盡的、無(wú)污染的、無(wú)噪聲的并且容易增加產(chǎn)能的清潔能源正有利地在全世界投入實(shí)際使用。
[0003]更具體地，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器主要可以分成兩種類(lèi)型，也就是，傳輸太陽(yáng)能模塊(太陽(yáng)能電池)的DC能量至逆變器的DC-DC轉(zhuǎn)換器(升壓器)以及將DC能量轉(zhuǎn)換成AC能量的逆變器。DC-DC轉(zhuǎn)換器是將DC能量轉(zhuǎn)換成DC能量的通用術(shù)語(yǔ)，其中升壓器對(duì)應(yīng)于DC-DC轉(zhuǎn)換器的一部分。
[0004]包括但不限于H5逆變器和HERIC逆變器的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)用于提高逆變器的效率。此外，存在通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)外加逆變器的效率的提高來(lái)改進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率的需要，并且需要能夠通過(guò)改進(jìn)用于應(yīng)用于現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器來(lái)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率的措施。
[0005]下文中，將參照這些附圖對(duì)常規(guī)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行描述。
[0006]圖1a是圖示出常規(guī)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的框圖。
[0007]參照?qǐng)Dla，常規(guī)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能模塊10、升壓器20以及逆變器30。太陽(yáng)能模塊10利用太陽(yáng)光產(chǎn)生電能，并且輸出對(duì)應(yīng)于所產(chǎn)生的電能的DC電壓至升壓器20。升壓器20將從太陽(yáng)能模塊輸出的DC電壓增加至用于使逆變器30運(yùn)行的電壓電平并且輸出增加的電壓電平至逆變器30。
[0008]逆變器30用于將升壓器20輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換成用于傳輸至電力系統(tǒng)的AC電力。包括圖1a的附圖解釋了本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案并且僅僅描述了用以解釋現(xiàn)有技術(shù)和本公開(kāi)之間的技術(shù)差異的必要部件。將參照?qǐng)D1b對(duì)圖1a中所圖示的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的每個(gè)框圖部件的詳細(xì)的電路配置和運(yùn)行進(jìn)行描述。
[0009]圖1b是圖示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的詳細(xì)的電路配置的電路圖。
[0010]參照?qǐng)Dlb，從太陽(yáng)能模塊10輸出的DC電壓在升壓器20的電容器C1中被充電。此時(shí)，在升壓器20的電容器C1中被充電的電壓較低的情況下(例如在來(lái)自太陽(yáng)能模塊的輸出由于在早晨或晚上的少量的太陽(yáng)能輻射而較低的情況下)，升壓器20被啟動(dòng)以將電壓增加(升高)至預(yù)定電壓(例如，閾值)并且所增加的電壓可存儲(chǔ)在逆變器30的電容器C2中。
[0011]此時(shí)，通過(guò)升壓器20使太陽(yáng)能模塊10輸出的DC電壓增加的原因是因?yàn)槭鼓孀兤?0運(yùn)行要求大于參考電壓的DC電壓。
[0012]同時(shí)，在太陽(yáng)能模塊10輸出的電壓是足夠使逆變器30運(yùn)行的電壓的情況下(例如，太陽(yáng)能輻射的量與在中午時(shí)一樣大的狀態(tài))，升壓器20未運(yùn)行，因?yàn)槟孀兤?0可以依靠自身運(yùn)行。
[0013]但是，如圖1a和圖1b所圖示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)承受的缺陷在于:即使升壓器20不需要運(yùn)行，也從升壓器20的電抗器L和二極管D產(chǎn)生電力損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]這部分提供了本公開(kāi)的總的概述，并且不是其整個(gè)范圍或其全部特征的全面公開(kāi)。
[0015]本公開(kāi)的示例性方案是基本上解決至少上述的問(wèn)題和/或缺陷并且是提供至少如下面提到的優(yōu)勢(shì)。
[0016]因此，本公開(kāi)旨在提供一種用于光伏發(fā)電的裝置及其方法，所述裝置被配置為提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電效率。
[0017]本公開(kāi)所要解決的技術(shù)問(wèn)題不限于上述說(shuō)明，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以下的說(shuō)明中清楚地理解迄今為止未提到的任何其他技術(shù)問(wèn)題。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)總的方案中，提供了一種用于光伏發(fā)電的裝置，其包括太陽(yáng)能模塊、升壓器以及逆變器，所述裝置包括:
[0019]電壓感測(cè)單元，其被配置為感測(cè)所述太陽(yáng)能模塊的輸出電壓；開(kāi)關(guān)單元，其并聯(lián)連接至所述升壓器；以及
[0020]控制器，其被配置為選擇性地控制所述升壓器或者所述開(kāi)關(guān)單元，由此能夠響應(yīng)于所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平而驅(qū)動(dòng)所述升壓器或所述開(kāi)關(guān)單元。
[0021]優(yōu)選地，但不是必要的，所述開(kāi)關(guān)單元可包括二極管、晶體管以及繼電器電路中的至少一種。
[0022]優(yōu)選地，但不是必要的，所述控制器可將所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，并且在比較結(jié)果為所感測(cè)的電壓電平超過(guò)預(yù)定閾值的情況下，導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)單元以防止所述升壓器被供給電力。
[0023]優(yōu)選地，但不是必要的，在電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平未超過(guò)預(yù)定閾值的情況下，所述控制器可關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)單元以允許所述升壓器被供給電力。
[0024]在本公開(kāi)的另一個(gè)總的方案中，提供了一種用于光伏發(fā)電的方法，所述光伏發(fā)電包括太陽(yáng)能模塊、升壓器、逆變器以及并聯(lián)連接至所述升壓器的開(kāi)關(guān)單元，所述方法包括:
[0025]感測(cè)所述太陽(yáng)能模塊的輸出電壓；以及
[0026]響應(yīng)于所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平而選擇性地控制所述升壓器或者所述開(kāi)關(guān)單元。
[0027]優(yōu)選地，但不是必要的，控制的步驟可包括將所感測(cè)的輸出電壓與所述預(yù)定閾值進(jìn)行比較；以及
[0028]在比較結(jié)果為所感測(cè)的輸出電壓電平超過(guò)所述預(yù)定閾值的情況下，導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)單元以防止所述升壓器被供給電力。
[0029]優(yōu)選地，但不是必要的，比較的步驟可進(jìn)一步包括:在所感測(cè)的輸出電壓電平未超過(guò)所述預(yù)定閾值的情況下，關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)單元以允許所述升壓器被供給電力。
[0030]根據(jù)本公開(kāi)用于光伏發(fā)電的裝置以及其方法具有有益效果在于:在升壓器未啟動(dòng)的情況下，能夠通過(guò)防止安裝在常規(guī)的升壓器電路上的升壓器的電抗器和二極管所造成的電力損耗來(lái)提高裝置的電力效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]通過(guò)考慮以下詳細(xì)地說(shuō)明與這些附圖結(jié)合可以容易地理解本公開(kāi)的教導(dǎo)，其中:
[0032]圖1a是圖示出常規(guī)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的框圖；
[0033]圖1b是圖示出圖1a所圖示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的詳細(xì)的電路配置的電路圖；
[0034]圖2a是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置的框圖；
[0035]圖2b是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的圖2a的用于光伏發(fā)電的裝置的開(kāi)關(guān)單元的框圖；
[0036]圖3a是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的圖2a和圖2b的用于光伏發(fā)電的裝置的開(kāi)關(guān)單元的詳細(xì)電路圖；以及
[0037]圖3b是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的圖2a和圖2b的用于光伏發(fā)電的裝置的開(kāi)關(guān)單元的另一個(gè)詳細(xì)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下文中將參照這些附圖對(duì)各種示例性實(shí)施方案進(jìn)行更全面地說(shuō)明，在這些附圖中顯示了一些示例性實(shí)施方案。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)該被解釋為限制在此給出的示例實(shí)施方案。相反，所說(shuō)明的方案試圖包括落入在本公開(kāi)的范圍和新穎性構(gòu)思內(nèi)的所有變更、修改和變化。
[0039]現(xiàn)在，將與這些附圖一起詳細(xì)地解釋本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案。
[0040]圖2a是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置的框圖。
[0041]參照?qǐng)D2a，根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置(下文中為了簡(jiǎn)化選擇性地稱(chēng)為‘裝置’)包括太陽(yáng)能模塊100、升壓器210、并聯(lián)連接至升壓器210的開(kāi)關(guān)單元220以及逆變器300。
[0042]太陽(yáng)能模塊100利用太陽(yáng)光產(chǎn)生電能，并且輸出對(duì)應(yīng)于所產(chǎn)生的電能的DC電壓至升壓器210。升壓器210將從太陽(yáng)能模塊100輸出的DC電壓升高至用于使逆變器300運(yùn)行的電壓電平并且輸出所述DC電壓至逆變器300。逆變器300用于將升壓器210輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換成用于傳輸至電氣系統(tǒng)的AC電源。
[0043]此外，開(kāi)關(guān)單元220可并聯(lián)連接至升壓器210以在太陽(yáng)能模塊100與逆變器300之間形成兩個(gè)路徑。這兩個(gè)路徑也就是通過(guò)升壓器210的路徑和通過(guò)開(kāi)關(guān)單元220的路徑不同時(shí)用于光伏發(fā)電，并且如果需要的話，可以使用這兩個(gè)路徑中的僅一個(gè)。
[0044]根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置基本上以此方式配置使得由太陽(yáng)能模塊100產(chǎn)生的DC電源被升壓器210升壓，傳輸至逆變器300，并且轉(zhuǎn)換成用于供給至電氣系統(tǒng)的AC電源。
[0045]然而，不總是需要由升壓器210對(duì)DC電源的升壓，以使得在路徑被連接在升壓器210與逆變器300之間的情況下，即使不需要由升壓器210升高電壓，可能產(chǎn)生電力損耗。
[0046]因此，在本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案中，在不需要由升壓器210升高電壓的情況下，開(kāi)關(guān)單元220可并聯(lián)連接至升壓器210以便實(shí)際上中斷與升壓器210的連接(或通過(guò)使用等效電路)。換言之，開(kāi)關(guān)單元220被導(dǎo)通以使通過(guò)升壓器210的路徑短路并且以允許電源供給至通過(guò)開(kāi)關(guān)單元220的路徑并且同時(shí)中斷至升壓器210的電力供給。
[0047]同時(shí)，在不需要由升壓器210升高電壓的情況下，開(kāi)關(guān)單元220關(guān)斷或斷路以斷開(kāi)通過(guò)開(kāi)關(guān)單元220的路徑，由此太陽(yáng)能模塊100輸出的電源僅僅供給至升壓器210。
[0048]圖2b是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的圖2a的用于光伏發(fā)電的裝置中的開(kāi)關(guān)單元220的運(yùn)行的附加元件的框圖。
[0049]參照?qǐng)D2b，所述裝置可進(jìn)一步包括控制器211和用于開(kāi)關(guān)單元220的運(yùn)行的電壓感測(cè)單元222。
[0050]也就是說(shuō)，除了開(kāi)關(guān)單元220之外，所述裝置可進(jìn)一步包括:電壓感測(cè)單元222，其用于感測(cè)太陽(yáng)能模塊100的輸出電壓；以及控制器221，其響應(yīng)于電壓感測(cè)單元222所感測(cè)的輸出電壓電平而用于導(dǎo)通和關(guān)斷開(kāi)關(guān)單元220。
[0051]在不需要由升壓器210升高電壓的情況下，也就是說(shuō)，在太陽(yáng)能模塊100的輸出電壓電平超過(guò)閾值的情況下，開(kāi)關(guān)單元220需要感測(cè)太陽(yáng)能模塊100的輸出電壓，用于導(dǎo)通開(kāi)關(guān)單元220。
[0052]而且，響應(yīng)于電壓感測(cè)單元222所感測(cè)的太陽(yáng)能模塊100的輸出的電壓電平，控制器221可以導(dǎo)通或關(guān)斷開(kāi)關(guān)單元220。也就是說(shuō)，控制器221將電壓感測(cè)單元222所輸出的電壓的大小與所述閾值進(jìn)行比較，并且響應(yīng)于比較結(jié)果而導(dǎo)通或關(guān)斷開(kāi)關(guān)單元220。
[0053]基于以上運(yùn)行，在不需要運(yùn)行升壓器210的情況下，升壓器210、太陽(yáng)能模塊100和逆變器300的電連接可以被斷開(kāi)以解決升壓器210的電抗器L和二極管D的電力損耗的問(wèn)題。
[0054]圖3a是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的圖2a和圖2b的用于光伏發(fā)電的裝置的開(kāi)關(guān)單元的詳細(xì)電路圖。
[0055]參照?qǐng)D3a，所述裝置可包括:太陽(yáng)能模塊100，其被配置為將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能；升壓器210，其被配置為將來(lái)自太陽(yáng)能模塊100的輸出電壓進(jìn)行升壓；開(kāi)關(guān)單元220，其并聯(lián)連接至升壓器210以被導(dǎo)通或關(guān)斷；以及逆變器300，其被配置為將升壓器所升高的輸出電壓或來(lái)自太陽(yáng)能模塊100的輸出轉(zhuǎn)換成AC電源。
[0056]現(xiàn)在，將簡(jiǎn)要地解釋圖3a中展示的配置的運(yùn)行。太陽(yáng)能模塊100所輸出的DC能量在升壓器210的電容器C1中被充電。此時(shí)，在升壓器210的電容器C1中被充電的電壓較低的情況下(例如在來(lái)自太陽(yáng)能模塊的輸出由于在早晨或晚上的少量的太陽(yáng)能輻射而較低的情況下)，升壓器210被啟動(dòng)以將電壓增加(升高)至預(yù)定電壓(例如，閾值)并且所升高的電壓可存儲(chǔ)在逆變器300的電容器C2中。此時(shí)，在太陽(yáng)能模塊100輸出的電壓是足夠使逆變器300運(yùn)行的電壓的情況下(例如，太陽(yáng)能輻射的量與在中午時(shí)一樣大的狀態(tài))，升壓器210未運(yùn)行，因?yàn)槟孀兤?00可以依靠自身運(yùn)行。
[0057]因此，通過(guò)升壓器210的選擇性運(yùn)行允許開(kāi)關(guān)單元220包含在根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置中。如圖3a所圖示，開(kāi)關(guān)單元220可以是一般的開(kāi)關(guān)，并且因此，顯而易見(jiàn)的是，只要開(kāi)關(guān)能夠承受根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置所允許的電流/電壓電平，可以使用任何類(lèi)型的開(kāi)關(guān)。因此，開(kāi)關(guān)單元220可以是繼電器電路。[0058]圖3b是圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的圖2a和圖2b的用于光伏發(fā)電的裝置的開(kāi)關(guān)單元的另一個(gè)詳細(xì)電路圖。
[0059]參照?qǐng)D3b，開(kāi)關(guān)單元220可以用二極管配置。因此，應(yīng)當(dāng)顯而易見(jiàn)的是，只要開(kāi)關(guān)單元220能夠響應(yīng)于圖2b中圖示的控制器221的控制而被導(dǎo)通或關(guān)斷，可以使用任何類(lèi)型的二極管。此外，所述二極管必須被配置為對(duì)根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置所允許的電壓/電流電平進(jìn)行整流。
[0060]然而，上述的根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于光伏發(fā)電的裝置和方法可以以許多不同的形式實(shí)施并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制于在此給出的示例實(shí)施方案。因此，旨在在他們落入隨附的權(quán)利要求書(shū)及其等同內(nèi)容的范圍內(nèi)的條件下，本公開(kāi)的實(shí)施方案可覆蓋本公開(kāi)的修改和變型。盡管已經(jīng)關(guān)于幾個(gè)實(shí)施方案公開(kāi)了本發(fā)明的特定特征或方面，然而這樣的特征或方面可以與可能期望的其他實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)其他特征和/或方面選擇性地相組合。
【權(quán)利要求】
1.一種用于光伏發(fā)電的裝置，其包括太陽(yáng)能模塊、升壓器以及逆變器，所述裝置包括: 電壓感測(cè)單元，其被配置為感測(cè)所述太陽(yáng)能模塊的輸出電壓；開(kāi)關(guān)單元，其并聯(lián)連接至所述升壓器；以及 控制器，其被配置為選擇性地控制所述升壓器或者所述開(kāi)關(guān)單元，由此能夠響應(yīng)于所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平而驅(qū)動(dòng)所述升壓器或所述開(kāi)關(guān)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述開(kāi)關(guān)單元包括二極管、晶體管以及繼電器電路中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器將所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，并且在比較結(jié)果為所感測(cè)的電壓電平超過(guò)預(yù)定閾值的情況下，所述控制器導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)單元以防止所述升壓器被供給電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中在所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平未超過(guò)預(yù)定閾值的情況下，所述控制器關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)單元以允許所述升壓器被供給電力。
5.一種用于光伏發(fā)電的方法，所述光伏發(fā)電包括太陽(yáng)能模塊、升壓器、逆變器以及并聯(lián)連接至所述升壓器的開(kāi)關(guān)單元，所述方法包括: 感測(cè)所述太陽(yáng)能模塊的輸出電壓；以及 響應(yīng)于所述電壓感測(cè)單元所感測(cè)的輸出電壓電平而選擇性地控制所述升壓器或者所述開(kāi)關(guān)單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中控制的步驟包括:將所感測(cè)的輸出電壓與預(yù)定閾值進(jìn)行比較；以及 在比較結(jié)果為所感測(cè)的輸出電壓電平超過(guò)所述預(yù)定閾值的情況下，導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)單元以防止所述升壓器被供給電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中比較的步驟進(jìn)一步包括:在所感測(cè)的輸出電壓電平未超過(guò)所述預(yù)定閾值的情況下，關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)單元以允許所述升壓器被供給電力。
【文檔編號(hào)】H02N6/00GK103457511SQ201310206772
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】樸泰范 申請(qǐng)人:Ls產(chǎn)電株式會(huì)社