[发明专利]具有电压平衡器的光伏系统及光伏模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏(photovoltaic)系统，尤其涉及一种采用一个或多个电压平衡器来平衡光伏模块或其子模块的输出电压的光伏系统。

背景技术

光伏(PV)模块越来越多地用于从入射到太阳能电池上的太阳光能生成电能。典型地，PV模块是用多个串联连接的太阳能电池10形成的，多个太阳能电池10可以分组成多个串联连接的子模块20。例如，如图10所示，有3个串联连接的子模块，在每一个子模块中有18-20个串联连接的太阳能电池。基于PV系统的期望输出电压和功率范围，通过设置多个串联成串的PV模块、且有时通过并行设置多个串联连接的PV模块串而能够形成PV系统。实践中，例如，由于子模块被临时遮挡、一个或多个太阳电池受到污染、或者甚至由于太阳能电池的性能可能随着年深日久而恶化的蔓延，不同的子模块20中的单个太阳能电池10的输出功率之间存在差异。

由于太阳能电池的电流源型(current-source-type)性能，以及由于每个电池的太阳能电流值依赖于入射光量，因此，不是所有的在PV模块内串联连接的电流源都可以具有相同的值。为了防止最弱的电池的电流决定整个PV模块的输出电流，典型地，在PV模块内使用旁路二极管30。如图10所示，每一个旁路二极管30并联连接到各自的子模块20。一旦一个子模块20被部分遮挡，则子模块20中的旁路二极管30将相应地处于导通状态，从而为模块电流Io提供通路。

然而，使用旁路二极管的缺点在于PV模块的相关缺省风险(default-risk)和该模块不再是相反极性(reverse-polarity)的事实。二极管会被极性损坏。

因此，迄今为止在本领域中存在亟待解决上述不足和缺陷的需求，而该需求尚未解决。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的一个方面涉及一种光伏(PV)模块。在一个实施例中，该模块包括N个子模块，N为大于1的整数，每一个子模块均具有正端子和负端子，所述N个子模块彼此串联电连接，从而使得除了最后一个子模块之外，任意一个子模块的所述负端子均电连接到紧跟其后的子模块的所述正端子。

该模块还包括N-1个电压平衡器。每一个电压平衡器均具有第一端子、第二端子和第三端子，除了最后一个电压平衡器之外，任意一个电压平衡器的所述第二端子均电连接到紧跟其后的电压平衡器的所述第三端子；除了最后一个电压平衡器之外，任意一个电压平衡器的所述第三端子均电连接到紧跟其后的电压平衡器的所述第一端子；第一个电压平衡器的所述第一端子电连接到第一个子模块的所述正端子；最后一个电压平衡器的所述第二端子电连接到最后一个子模块的所述负端子；以及第j个电压平衡器的所述第三端子电连接到第j个子模块的所述负端子和第(j+1)个子模块的所述正端子这两者，j＝1，2，3，......，(N-1)。

在一个实施例中，每一个电压平衡器均包括：第一开关S1和第二开关S2，电耦接在所述第一端子与第二端子之间；第一二极管D1和第二二极管D2，每一个二极管均并联电耦接到各自的开关；电感器L，电耦接在所述第一开关和第二开关的结合处与所述第三端子之间；以及电耦接在所述第一端子与第三端子之间的第一电容器C1和电耦接在所述第二端子与第三端子之间的第二电容器C2。

此外，每一个电压平衡器还包括脉冲发生器，电耦接到所述第一开关S1和第二开关S2，用于提供驱动所述第一开关S1和第二开关S2的一个或多个驱动信号，其中所述一个或多个驱动信号具有补偿的50％占空比。

在一个实施例中，每一个电压平衡器还包括使能逻辑电路，电耦接在所述脉冲发生器与所述第一端子和第三端子之间，其中所述使能逻辑电路用于感测输入电压V1和V2，从而使得当所述输入电压V1和V2的差值低于预定阈值时，所述使能逻辑电路禁用所述脉冲发生器并关闭所述电压平衡器，其中所述输入电压V1和V2分别是所述第一端子和第三端子处的电压。

PV模块还包括DC/DC转换器，具有正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，其中所述正输入端和负输入端分别电耦接到第一个子模块的所述正端子和最后一个子模块的所述负端子。在一个实施例中，该DC/DC转换器包括：一对开关，电连接在所述正端子与负端子之间；电感器，电耦接在所述正输出端与所述一对开关的结合处之间；以及一对电容器，一个电容器电耦接在所述正输入端与所述负输入端之间，另一个电容器电耦接在所述正输出端与所述负输出端之间；其中，所述负输出端电连接到所述负输入端。

在一个实施例中，每一个子模块均包括彼此串联电连接的多个PV电池。