[发明专利]太阳能转换器和控制太阳能转换器的方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及太阳能转换器和控制太阳能转换器的方法。更特别地，本文公开的多种创造性方法和装置涉及用于从太阳能产生设备最大化功率转换的装置和方法。

背景技术

太阳能源被用于多种应用。随着传统化石燃料能源的成本的增加并且由于环境影响而使这些能源受到更少的关注，太阳能源的使用持续扩展。

采用太阳能面板、能量传送设备、能量存储设备的太阳能系统变得广泛用于地面能量系统中，包括并网和离网的太阳能系统。在太阳能产生系统中，太阳能面板被用来通过光伏效应产生电。太阳能辐射是太阳能系统的输入，并且能量存储设备（诸如一个或多个电池）是太阳能系统的输出。太阳能系统的一个优点在于，其独立于任何电力分布网络并且可用于固定器件和移动器件二者中。

通常，来自太阳能源的输出功率具有特性曲线，其中输出功率在本文限定为电压最大功率点（VMPP）的特定输出电压处达到最大功率，该最大功率在本文限定为最大功率点（MPP）。在MPP以外的任何其他点处从太阳能源传送功率将比在MPP处操作时效率更低。

然而通常，太阳能源的MPP将从一个太阳能源到另一个太阳能源变化。此外，给定太阳能源的MPP将随时间变化，特别地由于改变环境条件，并且特别地由于太阳能源所接收的太阳能的量因为所接收的阳光量的改变而改变。

因此，可能期望的是提供一种方法和装置，其可从具有可变输出功率的能源（诸如太阳能源）提供最大功率传送。进一步可能有利的是提供这样的方法和装置，其可相对快速且准确地收敛于(converge on)最大功率点而无需采用复杂算法。

发明内容

本公开涉及用于太阳能转换器的创造性方法和装置，以及操作太阳能转换器的方法。例如，在某些实施例中，太阳能转换器采用最大功率点追踪算法，该算法采用从太阳能源的断路电压和短路电流来对最大功率点进行初始估计。

一般而言，在一个方面，提供一种用于控制太阳能转换器的方法，该太阳能转换器经连接以从太阳能源接收输出功率。该方法包括：测量太阳能源的断路电压（VOC）；跨太阳能源的输出应用短路；在跨太阳能源的输出应用短路的同时，确定太阳能源所输出的短路电流（ISC）；从跨太阳能源的输出移除短路；利用所测量的断路电压（VOC）和所测量的短路电流（ISC）来确定太阳能源的电压最大功率点（VMPP）的初始估计，该电压最大功率点对应于用于将输出功率从太阳能源传送至负载的最大功率点（MPP）；从所估计的VMPP开始执行扰动观察算法，以确定用于将输出功率从太阳能源传送至负载的实际VMPP；以及在该实际VMPP处或近似于该实际VMPP处操作太阳能转换器。

在一个或多个实施例中，该方法进一步包括重复该测量、应用、确定、移除、利用和执行步骤，以随环境条件的改变来更新实际VMPP，从而导致实际VMPP的改变。

在一个或多个实施例中，该方法进一步包括周期性地重复该测量、应用、确定、移除、利用和执行步骤，以周期性地更新实际VMPP。

在一个或多个实施例中，利用所测量的VOC和所测量的ISC来确定所估计的VMPP包括求解参数方程，该参数方程将太阳能源的输出电流与太阳能源的输出电压关联起来，并且将太阳能源的输出电压与太阳能源的输出功率关联起来。

在一个或多个实施例中，利用所测量的VOC和所测量的ISC来确定所估计的VMPP包括将所测量的VOC和所测量的ISC拟合到预定曲线，该预定曲线将太阳能源的输出电流与太阳能源的输出电压关联起来，并且将太阳能源的输出电压与太阳能源的输出功率关联起来。

在一个或多个实施例中，从所估计的VMPP开始执行扰动观察算法以确定用于将输出功率从太阳能源传送至负载的实际VMPP包括控制升降压转换器，以将太阳能源的输出电压转换成被提供至负载的太阳能转换器的输出电压。

根据这些实施例的一个可选特征，控制升降压转换器包括调整该升降压转换器中的开关设备的占空因数和开关频率中的至少一个，以在执行扰动观察算法时在实际MPP处或近似于实际MPP处将输出功率从太阳能源传送至负载。

根据这些实施例的另一可选特征，执行扰动观察算法包括在将输出功率从太阳能源传送至负载的同时，重复地测量太阳能源的输出电压和太阳能源的输出电流。