[发明专利]太阳能发电系统和方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及电能转换，更具体来说，涉及光伏模块到电网或负载的连接。 

背景技术

随着常规能源的成本上升和匮乏以及对于环境的关注，人们对诸如太阳能和风能的替代能源有了相当大的兴趣。太阳能发电利用光伏(PV)模块来从太阳生成电。在这些系统中，多个PV电池彼此电连接。 

在连接多个这样的PV电池时，使用相当多的布线和电缆敷设(wiring and cabling)。当使用直流-直流(DC-DC)转换器以及直流-交流(DC-AC)转换器来将从PV模块生成的电传送到负载或电网时，需要额外的电缆敷设和连接。另外，在包括多个DC-DC转换器的实施例中，由于DC-DC转换器的电压输出信号具有高次谐波分量，所以功率损耗会增加，并要使用较大的滤波器。 

因此，需要改进的太阳能传输系统以解决一个或多个上述问题。 

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种包括集成式光伏(PV)面板的发电系统。每个PV面板包括：光伏电池，用于将光伏电池串联、并联或串并联耦合的结点耦合器(junction coupler)，输出端子，以及耦合在结点耦合器与输出端子之间的DC-AC转换器。DC-AC转换器包括切换装置，并且集成式PV面板在相应输出端子处串联耦合。该发电系统还包括控制器，该控制器用于为集成式PV面板的切换装置生成切换命令信号以合成发电系统的输出电压。 

根据本发明的另一个实施例，提供一种PV能量功率系统安装方法。该方法包括：连接集成式PV面板；以及将连接的集成式PV面板耦合到电网或负载。每个集成式PV面板包括：光伏电池，用于将光伏电池串联、并联或串并联耦合的结点耦合器，输出端子，以及耦合在结点耦合器与输出端子之间的包括切换装置的DC-AC转换器。 

附图说明

在参考附图阅读以下详细描述时，将能更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，所有附图中，类似的字符表示类似的部分，并且其中： 

图1是常规太阳能发电系统的示意图示； 

图2是根据本发明一个实施例的集成式光伏面板的图形表示； 

图3是在本发明的一个实施例中使用的集成式光伏面板的图形表示以及它的输出波形； 

图4是根据本发明一个实施例的发电系统的单相结构的图形表示以及它的输出电压波形； 

图5是根据本发明的实施例的集成式PV面板的三相结构的图形表示； 

图6是在本发明的一个实施例中使用的另一种集成式PV面板的图形表示以及它的输出电压波形；以及 

图7是根据本发明一个实施例的另一种发电系统的单相结构的图形表示。 

具体实施方式

图1示出常规太阳能发电系统10。该发电系统包括具有多个相连PV模块(未示出)的PV阵列12。PV阵列通过DC/DC转换器16、DC链路18和电网侧三相DC/AC转换器20连接到电网14。在其它系统中，电网侧三相转换器可由多个单相转换器替代。DC/DC转换器 16维持DC链路18处的恒定DC电压，并且因而管理从PV模块12到电网14的能量流。DC/DC转换器16由DC/DC控制器22控制，并且电网侧转换器20由电网侧控制器24控制。系统控制器26分别对DC/DC转换器22和电网侧转换器20生成参考DC电压命令、参考输出电压幅度命令和参考频率命令。在其它系统中，对于如图1所示的多个控制功能，可使用单个控制器。在系统中使用滤波器28以从系统输出功率中去除谐波，并使用变压器30以使电网侧转换器输出电压与电网电压匹配。电网14可包括公用电网或连接发电系统和负载的任何其它系统。 

图2示出根据本发明一个实施例的集成式PV面板40。集成式PV面板40包括集成到一个封装单元中的多个PV电池42和接线盒49。接线盒49包括结点耦合器44和DC-AC转换器46。PV电池布线或电缆敷设43提供到结点耦合器44，结点耦合器44用于并联连接PV电池42以提供较高电流，并串联连接PV电池42以提供较高电压。DC-AC转换器46将由多个PV电池42提供的DC功率转换为输出端子45和47处的AC功率，AC功率将进一步提供到电网(未示出)。集成式PV面板40可以在正面用钢化玻璃或某种其它透明材料48包封，并在背面(未示出)用保护性防水材料包封。将边缘密封以便防风雨，并且可使用铝框50将所有东西一起放在可安装的单元中。