太陽能發電系統及其功率調節器的製作方法
2023-06-28 05:46:31
專利名稱：太陽能發電系統及其功率調節器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能發電系統及其功率調節器。
背景技術：
以往，在太陽能發電系統的功率調節器所包括的逆變器中使用IGBT(半導體開關元件)，但是IGBT的耐壓通常為600V、1200V、1700V等，並存在通電時的電力損失隨著耐壓值升高而增大的傾向。另外，考慮到在進行開關操作時由於過渡階段而產生的反覆過電壓，在直流電壓側實際可使用的電壓分別為400V、800V、1000V左右。而且，關於太陽能電池模塊的耐壓，在日本使用600V以下的電壓，而在其他國家和地區、尤其是歐洲等使用了甚至達到1000V左右的電壓。圖I表示現有的太陽能發電系統的結構示例。以往，以不超過上述太陽能電池模塊的耐壓的方式將多個太陽能電池模塊串聯連接來構成太陽能電池模塊組，通過將多個這樣的太陽能電池模塊組並聯連接後連接到功率調節器來增加整個太陽能發電系統的總發電量。
實用新型內容實用新型要解決的問題隨著太陽能發電系統越來越大容量化、大規模化，太陽能電池的總電流增大，並且相對於功率調節器的距離也存在變遠的傾向，因此需要通過儘可能地提高從太陽能電池輸出的電壓並減小電流來降低因布線電阻產生的能量損失，或者通過使布線線纜變細來抑制系統的整體成本。另外，在歐洲等，太陽能電池模塊的耐壓是1000V左右，這與日本相比高，因此能夠將串聯連接太陽能電池而得到的電壓升高至接近1000V。如果那樣的話，逆變器中需要使用耐壓為1700V的IGBT類型，而不是使用耐壓為1000V的IGBT類型，從而導致電力損失變大，發電效率降低。有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種即使使用與以往相同的逆變器也能夠提高直流電壓、提高系統整體效率並且降低總成本的太陽能發電系統。
_9] 用於解決問題的方案本實用新型的太陽能發電系統，具備太陽能電池；以及功率調節器，其輸入級與上述太陽能電池相連接，該太陽能發電系統的特徵在於，上述功率調節器包括開關；上述太陽能電池由第一太陽能電池模塊組和第二太陽能電池模塊組串聯連接而成；並且上述第二太陽能電池模塊組與上述開關並聯連接。在上述太陽能發電系統中，當上述開關處於斷開狀態時，上述第一太陽能電池模塊組和上述第二太陽能電池模塊組串聯連接在上述功率調節器的輸入級；以及當上述開關處於接通狀態時，僅上述第一太陽能電池模塊組連接在上述功率調節器的輸入級。在上述太陽能發電系統中，上述功率調節器還包括運行狀態檢測單元，其檢測上述功率調節器的運行狀態；以及開關控制單元，其根據上述運行狀態檢測單元所檢測到的運行狀態來控制上述開關的斷開和接通狀態。在上述太陽能發電系統中，上述功率調節器還包括電壓控制單元，該電壓控制單元與上述開關控制單元相連接，並在上述開關控制單元使上述開關處於接通狀態時，使由上述太陽能電池提供的直流電壓降低至如下值，該值與上述第二太陽能電池模塊組的最大直流輸出電壓之和處於最大功率點跟蹤動作範圍內。本實用新型的太陽能發電系統的功率調節器，上述功率調節器的輸入級與由第一太陽能電池模塊組和第二太陽能電池模塊組串聯連接而成的太陽能電池相連接，該功率調節器的特徵在於，包括開關；上述第二太陽能電池模塊組與上述開關並聯連接。在上述太陽能發電系統的功率調節器中，當上述開關處於斷開狀態時，上述第一太陽能電池模塊組和上述第二太陽能電池模塊組串聯連接在上述功率調節器的輸入級；以及當上述開關處於接通狀態時，僅上述第一太陽能電池模塊組連接在上述功率調節器的輸入級。 上述太陽能發電系統的功率調節器還包括運行狀態檢測單元，其檢測上述功率調節器的運行狀態；以及開關控制單元，其根據上述運行狀態檢測單元所檢測到的運行狀態來控制上述開關的斷開和接通狀態。上述功率調節器還包括電壓控制單元，該電壓控制單元與上述開關控制單元相連接，並在上述開關控制單元使上述開關處於接通狀態時，使由上述太陽能電池提供的直流電壓降低至如下值，該值與上述第二太陽能電池模塊組的最大直流輸出電壓之和處於最大功率點跟蹤動作範圍內。實用新型的效果為了實現即使從太陽能電池輸出的直流電壓變高也能夠避免在逆變器中使用高耐壓的IGBT，在本實用新型所涉及的太陽能發電系統中，通過在功率調節器中增加一開關，使得功率調節器的輸入級可以在開始運行時並聯連接與以往具有相同數量的串聯太陽能電池模塊的太陽能電池，並在經由直流電壓控制使得輸入級的直流電壓降低至例如運行最低電壓(以下為MPPT下限值)的預定值之後，通過操作開關使得與功率調節器的輸入級並聯連接的太陽能電池與以往相比追加了一定數量的串聯太陽能電池模塊，由此，可以在不向逆變器施加過大的電壓的情況下增加太陽能電池的總串聯模塊數，從而能夠提高運行電壓。
圖I表示現有太陽能發電系統的電路示意圖。圖2表示根據本實用新型的太陽能發電系統的優選實施方式的電路示意圖。圖3表示根據本實用新型的太陽能發電系統在運行開始時的序列圖。附圖標記說明I :太陽能發電系統;2、20 :太陽能電池;3、30 :功率調節器;4、40 :逆變器；Sffl :電壓降低用開關；sw :切斷器;A、B :太陽能電池模塊組。
具體實施方式
[0025]下面，參照附圖來說明本實用新型的優選實施方式。此外，本實施方式是示例性的，而無意限制本實用新型的具體實施方式
。如圖2所示，太陽能發電系統I包括太陽能電池2，其包括各自由一個或多個太陽能電池模塊連接而成的太陽能電池模塊組A和太陽能電池模塊組B ;功率調節器3，其包括逆變器4。太陽能電池模塊組A和太陽能電池模塊組B通過端子a c連接到功率調節器3的輸入級，其中，太陽能電池模塊組A是將與以往結構的太陽能發電系統所能夠串聯連接的太陽能電池模塊的數量相同的數量的太陽能電池模塊串聯連接而成的，最高直流電壓為750V，太陽能電池模塊組B的最高直流電壓為250V，因此太陽能電池模塊組A和太陽能電池模塊組B的串聯總電壓可達到1000V。另外，功率調節器3還包括電壓降低用開關SW1，太陽能電池模塊組B與該電壓降低用開關SWl並聯連接。如圖2所示，當該電壓降低用開
關SWl處於斷開狀態時，太陽能電池模塊組A和太陽能電池模塊組B串聯連接在功率調節器3的輸入級；當該電壓降低用開關SWl處於接通狀態時，僅太陽能電池模塊組A連接在功率調節器3的輸入級。功率調節器3可優選地還包括運行狀態檢測單元，其檢測功率調節器3的運行狀態；以及開關控制單元，其根據運行狀態檢測單元所檢測到的運行狀態來控制電壓降低用開關SWl的斷開和接通。此外，太陽能發電系統中的功率調節器通常能夠進行最大功率點跟蹤(MPPT，Maximum Power Point Tracking)控制,用以最大限度地取出太陽能電池的輸出電力。具體到根據本實用新型的太陽能發電系統1，功率調節器3優選地還包括電壓控制單元，該電壓控制單元與開關控制單元相連接，並在開關控制單元使電壓降低用開關SWl處於接通狀態時，使太陽能電池2 (具體為太陽能電池模塊組A)提供的直流電壓降低至如下值，該值與太陽能電池模塊組B的最高直流輸出電壓之和處於最大功率點跟蹤動作範圍內。下面，使用圖3說明根據本實用新型的太陽能發電系統的動作。在太陽能電池發電電力為O時，功率調節器3(具體為其中的逆變器4)處於停止運行狀態(圖3的110)，此時使電壓降低用開關SWl處於接通狀態，也即使從太陽能電池模塊組B輸出的電壓變為零，從而只有從太陽能電池模塊組A輸出的電壓施加到逆變器4。在太陽能電池的開路電壓持續超過逆變器4所能夠運行的設定電壓達預定時間之久的情況下，視為逆變器4的運行條件成立(圖3的120)，相應地，逆變器4開始運行(圖
3的 130)。在開始運行之後，功率調節器3的電壓控制單元進行使接入功率調節器3的輸入級的直流電壓降低的控制。在使輸入級的直流電壓降低至能夠繼續運行的直流電壓、即MPPT下限值(本例中是450V)時(圖3的140)，開關控制單元使上述電壓降低用開關SWl斷開(圖3的150)，從而從太陽能電池模塊組A和太陽能電池模塊組B都發出電力。此時，由於太陽能電池模塊組A的電壓已經降低至450V，因此即使連接太陽能電池模塊組B，施加到逆變器4的電壓也不會成為800V以上。在斷開上述電壓降低用開關SWl之後，優選通過電壓控制單元將功率調節器3的直流運行範圍(下面是MPPT動作範圍)控制在450V至800V內，以使得即使在運行過程中也不會向逆變器4施加過高電壓。換言之，在功率調節器3(具體為其中的逆變器4)的輸入級同時連接以往結構的太陽能電池組(例如太陽能電池模塊組A)和高電壓化應對部分(例如太陽能電池模塊組B)之後，功率調節器3開始進行普通的MPPT控制(圖3的160)，由此進入能夠進行太陽能電池的最優點、即最優的電壓條件下運行的狀態。另外，即使將太陽能電池模塊的輸出短路，在特性上也不會流過如普通電池等那樣的過電流，因此上述電壓降低用開關的選擇變得容易。例如，該電壓降低用開關SWl可以使用電磁接觸器或者IGBT等半導體開關元件。如上所述，通過在功率調節器內經由電壓降低開關來選擇性地切換是否對以往結構的太陽能電池組(例如太陽能電池模塊組A)追加高電壓化應對部分(例如太陽能電池模塊組B)，由此不會產生對逆變器施加過高電壓的問題。因此，能夠在逆變器中使用損失比較少的開關元件，從而能夠防止轉換效率下降。此外，上述實施方式是本實用新型的示例性實施例。因此，本實用新型不限於上述實施方式，即使是除該實施方式以外的實施方式，只要在不脫離本實用新型所涉及的技術 思想的範圍內，就能夠根據設計等進行各種變更，這是不言而喻的。
權利要求1.一種太陽能發電系統，具備 太陽能電池；以及 功率調節器，其輸入級與上述太陽能電池相連接， 該太陽能發電系統的特徵在於， 上述功率調節器包括開關； 上述太陽能電池由第一太陽能電池模塊組和第二太陽能電池模塊組串聯連接而成；並且 上述第二太陽能電池模塊組與上述開關並聯連接。
2.根據權利要求I所述的太陽能發電系統，其特徵在於， 當上述開關處於斷開狀態時，上述第一太陽能電池模塊組和上述第二太陽能電池模塊組串聯連接在上述功率調節器的輸入級；以及 當上述開關處於接通狀態時，僅上述第一太陽能電池模塊組連接在上述功率調節器的輸入級。
3.根據權利要求2所述的太陽能發電系統，其特徵在於，上述功率調節器還包括 運行狀態檢測單元，其檢測上述功率調節器的運行狀態；以及 開關控制單元，其根據上述運行狀態檢測單元所檢測到的運行狀態來控制上述開關的斷開和接通。
4.根據權利要求3所述的太陽能發電系統，其特徵在於， 上述功率調節器還包括電壓控制單元，該電壓控制單元與上述開關控制單元相連接，並在上述開關控制單元使上述開關處於接通狀態時，使由上述太陽能電池提供的直流電壓降低至如下值，該值與上述第二太陽能電池模塊組的最大直流輸出電壓之和處於最大功率點跟蹤動作範圍內。
5.一種太陽能發電系統的功率調節器，上述功率調節器的輸入級與由第一太陽能電池模塊組和第二太陽能電池模塊組串聯連接而成的太陽能電池相連接，該功率調節器的特徵在於， 包括開關； 上述第二太陽能電池模塊組與上述開關並聯連接。
6.根據權利要求5所述的功率調節器，其特徵在於， 當上述開關處於斷開狀態時，上述第一太陽能電池模塊組和上述第二太陽能電池模塊組串聯連接在上述功率調節器的輸入級；以及 當上述開關處於接通狀態時，僅上述第一太陽能電池模塊組連接在上述功率調節器的輸入級。
7.根據權利要求6所述的功率調節器，其特徵在於，還包括 運行狀態檢測單元，其檢測上述功率調節器的運行狀態；以及 開關控制單元，其根據上述運行狀態檢測單元所檢測到的運行狀態來控制上述開關的斷開和接通。
8.根據權利要求7所述的功率調節器，其特徵在於， 上述功率調節器還包括電壓控制單元，該電壓控制單元與上述開關控制單元相連接，並在上述開關控制單元使上述開關處於接通狀態時，使由上述太陽能電池提供的直流電壓降低至如下值，該值與上述第二太陽能電池模塊組的最大直流輸出電壓之和處於最大功率點跟蹤動 作範圍內。
專利摘要本實用新型提供一種太陽能發電系統及其功率調節器，隨著系統的大容量化，為了提高系統整體的總發電效率，而存在提高太陽能電池模塊的輸出的趨勢，本實用新型的課題在於以不降低功率調節器的效率就可應對直流電壓的高電壓化。該太陽能發電系統具備太陽能電池；以及功率調節器，其輸入級與太陽能電池相連接，其中，功率調節器包括開關，太陽能電池由第一太陽能電池模塊組和第二太陽能電池模塊組串聯連接而成，並且第二太陽能電池模塊組與開關並聯連接。
文檔編號H02J7/00GK202475313SQ20122002935
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者小林猛 申請人:日新電機株式會社