[发明专利]光伏电池的电子控制系统

说明书

本发明涉及光电发生器领域，更准确地说，涉及纳入电子技术的光电组件领域；这种组件具有光电发生器和光伏电池电子控制系统。

公知地，光电发生器具有一个或多个串联和/或并联的光伏电池。如果是无机材料，光伏电池基本上由半导电材料的一个二极管(pn结或pin结)构成。这种材料具有光能吸收特性，其中大部分光能可输送到载流子(电子和空穴)。一个二极管(pn结或pin结)通过N型和P型两个区掺杂的结构——可选地，与非掺杂区(称为“本征”区，在pin结中标以i)分开——可分开载流子，以便以后通过光伏电池的电极进行收集。光伏电池可提供的电位差(开路电压V_oc)和最大电流(短路电流I_sc)，同时随整个光伏电池的结构材料和该光伏电池周围的情况(通过光谱强度的光照、温度等)而变化。如果是有机材料，那么，模型基本上不同——进一步参照称为激子的电子空穴对在其中形成的施主材料和受主材料的概念。最后结果相同：分开载流子，以便收集和产生电流。

图1示出光电发生器的一实施例。大部分光电发生器由至少一个串联和/或并联的光伏电池板构成。可串联多组光伏电池，以增大光伏电池组的总电压；也可并联多组光伏电池，以增大发生器的总电流强度。同样，可串联和/或并联多个板，以增大发生器的电压和/或电流强度，视应用情况而定。

图1示出光电发生器，其包括两个平行的分部，每个分部包括三组光伏电池2。为了确保光电发生器的电安全，提倡使用单向二极管3和旁路二极管4。单向二极管3串联在发生器的每个平行的分路上，以避免应用中或发生器其它分部的负电流在光伏电池中流通。旁路二极管4反平行地连接在光伏电池组2上。旁路二极管4可使具有故障或遮挡问题的光伏电池组2短路，并解决过热点问题。

发生器的最大电压相当于其光伏电池的最大电压之和，发生器输送的最大电流相当于光伏电池的最大电流之和。对于真空光伏电池，即对于零输出电流(开路)，光伏电池达到最大电压V_oc，当其接线端子短路时，即对于光伏电池接线端子的零电压，光伏电池达到最大电流I_cc。最大值V_oc和I_cc取决于制造光伏电池所采用的工艺和材料。此外，电流最大值Icc大大取决于光伏电池的阳光照射充足度。因此，光伏电池具有非线性电流/电压特性，其功率特性具有最大功率点，相当于最佳电压值V_opt和最佳电流值I_opt。图2示出具有最大功率点MPP的光伏电池的电流-电压特性I_PV和功率特性P_PV。同样，光电发生器具有非线性电流/电压特性，其功率特性具有最大功率点。如果光伏电池的一部分被遮挡，或者如果一组的一个或多个光伏电池失效，那么，该组的最大功率点MPP移动。

公知地，使用最大功率点跟踪器MPPT，使光电发生器工作最佳化。这种最大功率点跟踪器MPPT可连接至静止式转换器CS，根据应用情况，所述静止式转换器CS可为直流-交流转换器，或为直流-直流转换器。因此，图1示出了静止式DC/AC直流/交流转换器8，其连接至发生器的输出端，获得发生器的全部光伏电池所产生的电能，使之输送到负载。根据负载的需要，转换器可增大或降低输出电压和/或使输出电压波动。图1还示出与转换器8连接的最大功率点跟踪器(MPPT)6。

最大功率点跟踪器(MPPT)6用于控制转换器8，以获得相应于最佳电压值V_opt、即相应于功率特性最大点的输入电压。最大功率点取决于多个随时变化的参数，尤其是存在的阳光照射充足度、光伏电池的温度或处于工作状态的光伏电池数量。

这样，光电发生器的效率不会受到某些光伏电池的故障或遮挡的太大影响。发生器的电效率直接取决于每个光伏电池的工况。

例如，最大功率点跟踪器MPPT可采用与电压变化对发生器输送的功率的影响一致的算法，在视为增大功率方面产生电压偏差。因此，这种算法在于对第一电压测定发生器输送的功率，在一定时间之后，使第二电压大于第一电压，然后，测定或计算相应的功率。如果相应于第二电压的功率大于相应于第一电压的功率，那么，后续的算法步骤是使第三电压更大。在相反的情况下，施加的第三电压小于第一电压。这样，逐步地，系统可持续不停地调节光电发生器接线端子的电压，使之尽可能接近最大功率点。显然，最大功率点跟踪器MPPT可使用其它算法。