[发明专利]利用自适应阈值电子化管理光伏电池的系统

说明书

技术领域

本发明涉及光伏（photovoltaic）发电机的领域，尤其涉及集成了电子系统的光伏模块；这种类型的模块包括光伏发电机和电子化管理光伏电池的系统。

背景技术

在本身已知的方式中，光伏发电机（PVG）包括串联和/或并联的一个或多个光伏（PV）电池（cell）。在无机材料的情况下，光伏电池主要包含在半导体材料的基础上形成的（pn或pin结）二极管。这种材料具有吸收光能的性质，光能的很大一部分可以转移给载流子（电子和空穴）。通过掺杂分别N型和P型的两个区域—可能被非掺杂区（称为“本征”和在pin结中用“i”表示）分开—构成（pn或pin结）二极管使载流子可以因它们而分开，然后经由光伏电池包含的电极收集起来。光伏电池可以供应的最大电位差（开路电压V_OC）和最大电流（短路电流I_CC）是构成整个电池的材料和这个电池周围的状况（包括通过光谱强度表示的照度、温度等）两者的函数。在有机材料的情况下，模型大为不同—进一步涉及产生称为激子（exciton）的电子-空穴对的施主和受主材料的概念。目的仍然相同：将载流子分开以便加以收集并产生电流。

图1示意性地示出了光伏发电机（按照现有技术）的例子。大多数光伏发电机包含至少一个面板，该面板本身包含串联和/或并联的光伏电池。可以将多组电池串联起来以提高面板的总电压；也可以将多组电池并联起来以提高系统输送的强度。同样，可以按照应用将多个面板串联和/或并联起来以增大发电机的电压和/或安培数。

图1示出了包含两个并联分支的光伏发电机，每个分支包含三组电池2。为了保证光伏发电机的电安全，可以配备止回二极管3和旁路二极管4。止回二极管3与发电机的每个并联分支串联，以避免从负载或从发电机的其它分支到来的负电流流入电池中。旁路二极管4与电池组2反并联。旁路二极管4使存在缺陷或遮挡问题的电池组2能够被分开并解决热点的问题。

发电机的最大电压对应于包含的电池的最大电压之和，发电机可以输送的最大电流对应于电池的最大电流之和。对于没有负载的电池，即，对于零输送电流（开路），达到电池的最大电压V_OC，而当其两端被短路时，即，对于电池两端上的零电压，达到电池的最大电流I_CC。最大值V_OC和I_CC取决于用于实现光伏电池的技术和材料。电流的最大值I_CC还十分依赖于电池的日照水平。因此，光伏电池存在非线性电流/电压特性（I_PV，V_PV）和最大功率点（MPP）与最佳电压值V_opt和最佳电流值I_opt相对应的功率特性。图2示出了具有最大功率点（在图中用PPM标识）的光伏电池的电流/电压（I_PV，V_PV）和功率/电压（P_PV，V_PV）特性。类似地，光伏发电机存在非线性电流/电压特性和具有最大功率点的功率特性。如果电池的一部分被遮挡了，或如果电池组的一个或多个电池有缺陷，则这个电池组的最大功率点MPP将发生位移。

已知的做法是通过使用称为最大功率跟踪（MPPT）的搜索最大功率的命令优化光伏发电机的运行。可以将这种类型的MPPT命令与一个或多个静态转换器（CS）相关联，按照应用，这种静态转换器（CS）可以是直流电/交流电（DC/AC）转换器或直流电/直流电（DC/DC）转换器。因此图1示出了与发电机的输出端连接和收集发电机的所有电池产生的电能以便将它输送给负载的DC/AD静态转换器8。按照负载的要求，可以使转换器增大或减小输出电压和/或使输出电压反向。因此图1示出了与转换器8相关联的MPPT命令6。

MPPT命令6被设计成控制转换器8，以便获得与对应于功率特性的最大功率点的光伏发电机（PVG）的最佳电压值V_opt相对应的输入电压。最大功率点取决于随时间可变的多个参数，尤其，出现的日照、电池的温度或老化或处在工作状态下的电池的数量。

这样，光伏发电机的输出受某些电池的故障或遮挡的不利影响不太大。发电机的电输出直接取决于每个光伏电池的状态。