[发明专利]光伏组件功率优化系统及功率优化方法

说明书

本发明涉及到光伏组件功率优化系统及功率优化方法。光伏组件功率优化系统主要包括多个光伏组和并联连接的多个半桥变换器，每个半桥变换器从相应的一个光伏组件撷取电能并转换成自身的输出功率，还包括对多个半桥变换器提供的输出功率实施功率转换并产生交流电的逆变器。多个半桥变换器各自的输出电压均输送到相同的母线上，每一个半桥变换器同时还用于将与之对应的一个光伏组件的输出电流和输出电压设置在最大功率点处而且在此阶段由半桥变换器将光伏组件与母线实现直流隔离。

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电领域，更确切的说，是涉及到在含有光伏组件的光伏发电系统中提出了一种对直流电源即光伏组件执行功率优化的机制，允许光伏组件在关断可控的条件下安全运行而且可实现光伏组件的功率优化。

背景技术

光伏组件作为光伏发电系统的重要核心组成部分，其性能的优良直接影响到发电系统的整体效果，但实际上光伏组件受到的制约因素较多，每块光伏组件自身的特性差异会引起联接组合效率损失。光伏组件阵列一般为串并联式，倘若某一块电池组件受到阴影或灰尘或遮挡或老化等因素而导致功率降低时，所有串并联关系的其它组件都可能因电压电流强度的下降而受影响。为了保障光伏阵列工作的安全性和可靠性，充分发挥每块光伏组件的最大发电效率和保障光伏组件处于安全工作状态显得尤为重要。

光伏发电系统的安装需要付出前期投资，由于光伏组件不匹配具有隐蔽性，许多太阳能发电系统的业主可能会忽略或毫不知情光伏组件的不匹配问题，导致投资的回收和利润大幅度降低，造成能源浪费。不匹配的原因是多方面的，主要机理是电压和电流的组合不匹配造成的，局部异物遮蔽和飘动的云朵、附近物体的遮挡、表面污染、不同的安装倾角和安装朝向、老化和温度变化及其他因素。光伏组件不匹配，会诱发光伏组件产生不平衡的电量损失。结果就是整个发电系统无法运作在最大的输出功率点。

诸多国家地区已将光伏设施的组件级快速关断列为强制要求，作为光伏分布极广的中国在该领域暂未制定规范，安全标准落后于产品制造和市场推广。目前仅有安徽省公安消防总队归口的地方标准提出规范化要求。尽管浙江及嘉兴等地推出了团体标准但并未对组件快速关断提强制性要求，仅提出了宜具备等概念。国内外发生的不少屋顶户用光伏电站火灾案例使得组件级快速关断亟待深入研究和应用。当光伏被普及成为一种日常屋顶设施后潜在的安全风险就更有可能暴露出来。一方面从安全意识上对设计规范、施工和验收提出要求来确保财产和人身安全得到保证，另一方面要积极推动行业尽快建立更普及的强制性安全标准并研发出适合快速关断功能的光伏组件关断装置。

属高电压领域的光伏发电系统应当要符合电气安全规范。近年来美国以及欧洲等国家出于安全考虑，在相关电气规范中逐步加入强制性要求。为此各国政府或相关机构分别出台相应的法规法则。基于电气强制规范，美国防火协会修改国家电气规范，规定住宅用的光伏发电系统当中：紧急情况发生时要求光伏发电系统交流并网端断开后，直流端电压最大不得超过八十伏。意大利安全规范告诫：消防员在建筑物带电压的情况下是绝对不被允许进行灭火操作的。德国也率先执行防火安全标准并且还明文规定：在光伏发电系统中逆变器与组件之间需要增加额外的直流电切断装置。光伏组件级的电力电子技术是实现组件级关断的主要方式，应用产品包括微型逆变器、功率优化器及智控关断器。微型逆变器的使用可从根本上消除光伏系统存在的直流高压，而光伏组件功率优化器及智控关断器则具有组件级关断功能。在紧急情况下安装有功率优化器或智控关断器的光伏系统能及时切断每块组件间的连接，消除阵列中存在的直流高压，实现组件级的快速关断。

发明内容

本申请公开了一种光伏组件功率优化系统，包括：

多个光伏组件；

并联连接的多个半桥变换器，每个半桥变换器从相应的一个光伏组件撷取电能并转换成自身的输出功率；

对多个半桥变换器提供的输出功率实施功率转换并产生交流电的逆变器；

多个半桥变换器各自的输出电压均输送到同一个母线上；