CN107425806A - 用于管理光伏电池的功率输出的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于提高太阳能电池的效率和功率输出的太阳能电池管理系统及用于制造和使用该太阳能电池管理系统的方法。该管理系统跨单独的太阳能电池、被配置成板的太阳能电池阵列或一组太阳能板提供电场。所强加的电场对由入射在该太阳能电池上的光所形成的电子和空穴施加力，并且使这些电子‑空穴对加速朝向该太阳能电池的电极行进。与常规太阳能电池相比，这些加速电子‑空穴对从形成开始行进较短距离并且在该太阳能电池材料内花费较少的时间，因此这些电子‑空穴对在这些电池的半导体的材料内重新组合的可能性较低。电子‑空穴重新组合率的这种降低导致这些太阳能电池的效率的总体提高和更大功率输出。

Description

用于管理光伏电池的功率输出的系统和方法

本申请是国际申请日为2015年2月21日、国际申请号为PCT/US2015/016981、国家申请号为201580009869.5、发明名称为“用于管理光伏电池的功率输出的系统和方法”的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年2月21日提交的美国临时申请号61/943,127；2014年2月21日提交的美国临时申请号61/943,134；2014年3月3日提交的美国临时申请号61/947,326；以及2014年7月8日提交的美国临时申请号62/022,087的权益，这些申请的披露内容以其全文并且出于所有目的通过引用并入本申请。

技术领域

本披露总体上涉及光伏器件，并且更具体地但非排他地，涉及用于通过例如跨一个或多个太阳能电池施加外电场并调整该外电场来最大化所产生的功率或能量以及这些太阳能电池的总效率的系统和方法。

背景技术

太阳能电池(也被称为光伏电池)是通过称之为“光伏效应”的过程将光能直接转换成电力的电气装置。当暴露于光时，太阳能电池可以产生并维持电流而无需被附接到任何外部电压源上。

最常见的太阳能电池包括由半导体材料(例如，硅)制作的p-n结110，诸如在图1所示的太阳能电池100中。例如，p-n结110包括由位于较厚p型硅层的顶部上的超薄n型硅层组成的薄晶片。在这两层相接触的情况下，在太阳能电池100的顶表面附近形成了电场(未示出)，并且电子从高电子浓度区域(p-n结110的n型侧)向低电子浓度区域(p-n结110的p型侧)中扩散。

p-n结110被封装在两个导电电极101a、101b之间。顶部电极101a是入射(太阳)辐射可透过的，抑或并未完全覆盖太阳能电池100的顶部。这些电极101a、101b可以用作连接到串联耦合的外部负载30上的欧姆金属半导体触点。尽管被示出为仅是电阻性的，负载30也可以包括电阻分量和电抗分量两者。

典型地，多个太阳能电池100可以耦合在一起(串联和/或并联)以便形成太阳能板10(图2所示)。参考图2，示出了使用至少一个太阳能板10的典型安装配置。这些太阳能板10可以并联连接(如图2所示)、串联连接、抑或以其组合的方式连接，并且被附接到负载(诸如逆变器31)上。逆变器31可以包括电阻分量和电抗分量两者。

返回图1，当光子撞击太阳能电池100时，该光子：径直穿过太阳能电池材料-这总体上在较低能量光子的情况下发生；从该太阳能电池的表面反射；抑或优选地，被太阳能电池材料吸收-如果光子能量高于硅带隙的话-从而产生电子-空穴对。

如果该光子被吸收，其能量被给予该太阳能电池材料中的电子。通常，这个电子位于价带中并且被紧密束缚在相邻原子之间的共价键中，并且因此不能远距离移动。由该光子给予该电子的能量“激励”该电子进入导带中，在该导带中，该电子自由地在太阳能电池100内四处移动。该电子先前是其一部分的共价键现在少了电子-这称之为空穴。残缺共价键的存在允许相邻原子的键合电子移动到该空穴中，从而留下另一个空穴。以此方式，空穴也可以在整个太阳能电池100内有效地移动。因此，被吸收在太阳能电池100中的光子形成了移动电子-空穴对。

移动电子-空穴对朝向这些电极101a、101b扩散或漂移。典型地，电子朝向负电极扩散/漂移，而空穴朝向正电极扩散/漂移。在载流子(例如，电子)被电场捕获之前，载流子扩散是由于随机热运动。载流子漂移由跨太阳能电池100的活跃场建立的电场驱动。在薄膜太阳能电池中，电荷载流子分离的主导模式为漂移，这由p-n结110的贯穿薄膜太阳能电池厚度延伸的静电场驱动。然而，对于在活跃区中几乎没有电场的较厚太阳能电池，电荷载流子分离的主导式为扩散。在较厚太阳能电池中，少数载流子的扩散长度(即，光生载流子在其重新组合之前行进的长度)肯定是大的。

最后，在p-n结110的n型侧上形成的、由p-n结110“收集”的、并且扫掠到n型侧上的电子可以向外部负载30提供功率(经由电极101a)并且返回太阳能电池100的p型侧(经由电极101b)。一旦返回p型侧，电子就可以与空穴重新组合，该空穴是在p型侧上作为电子-空穴对形成的，抑或从n型侧跨p-n结110被扫掠的。

如图1所示，该电子-空穴对从形成该电子-空穴对的点行进迂回路径而到达该电子-空穴对在这些电极101a、101b处被收集处的点。由于该电子-空穴对所行进的路径较长，该电子或空穴有很大机会与另一个空穴或电子重新组合，该重新组合导致到任何外部负载30的电流损失。换句话说，当形成电子-空穴对时，这些载流子中的可以到达p-n结110(被收集载流子)并且对太阳能电池100所产生的电流有贡献。可替代地，该载流子可以重新组合而对电池电流无净贡献。电荷重新组合导致量子效率(即，当太阳能电池100时转换成电流的光子的百分比)下降，并且因此导致太阳能电池100的总效率下降。

太阳能电池100或太阳能板10的成本典型地用以下单位来给出：美元数/在正规条件下可以产生的峰值电功率瓦特数。高效率太阳能电池降低太阳能的成本。许多的太阳能发电系统或设备成本与所要求的太阳能板的数目以及安装这些板所要求的(土地)面积成比例。较高效率的太阳能电池将允许减少给定能量输出所要求的太阳能板的数目以及部署该系统所要求的面积。所使用的板数目和空间的这种减少可以降低总设备成本，即使这些电池自身的成本较高。

最终目标是使得太阳能发电的成本与利用天然气、煤、和/或燃料油产生电力的常规发电设备相比是相当的或更小的。不同于要求大型集中式发电设备的大多数常规发电手段，太阳能发电系统可以由电力公用事业部署在大型集中式位置处、可以部署在商用建筑物上以便帮助补偿电力成本，并且甚至可以由住宅基地部署在住宅上。

最近对降低太阳能电池的成本并提高其效率的尝试包括测试用于太阳能电池的不同材料和不同制作技术。另一种途径尝试增强在p-n结110周围形成的耗尽区，以用于增强电荷载流子在整个太阳能电池100内的移动。例如，参看于1991年5月3日提交的亨构莱宁等人(“Hingorani”)的美国专利号5,215,599，以及要求2010年12月3日提交日期的优先权、于2011年12月2日提交的福纳卢奇(“Fornage”)的美国专利8,466,582，这些专利的披露内容以其全文并且出于所有目的通过引用并入本申请。

然而，用于增强电荷载流子在整个太阳能电池100内的移动的这些常规途径要求修改太阳能电池100的基本结构。例如，Hingorani和Fornage披露了向使用一种修改的太阳能电池结构的太阳能电池施加外电场。外电场的施加要求在电极之间施加电压以便诱导出电场(以下参考方程2更详细地描述)。在不修改太阳能电池100的基本结构的情况下，向太阳能电池100的现有电极101a、101b施加电压通过外部负载30使该外加电压短路。换句话说，向太阳能100的这些电极101a、101b施加电压对于形成外电场并增强电荷载流子的移动是无效的。因此，常规途径——诸如在Hingoriani和Fornage中披露的——必须修改太阳能电池100的基本结构，诸如通过在太阳能电池100的基极上插入一组外部的(且电隔离的)电极。这种途径存在若干缺点。

例如，这些外部电极必须在制作过程中被放置在太阳能电池100上——将这些外部电极改装到现有太阳能电池或太阳能板上几乎是不可能的。对制作过程的这种修改显著地提高了制造成本并且降低了制造成品率。另外地，将这些外部电极放置在太阳能电池100的前侧或入射侧减少了到达太阳能电池100的光能，从而产生较低的功率输出。

另一个缺点是，为了显著地提高太阳能电池100的功率输出，必须向太阳能电池100的这些外部电极施加相当大的电压。例如，Fornage披露了必须在这些外部电极上放置伏特数量级为“1000”的电压，从而使得该外加电场是有效的并增大太阳能电池100的功率输出。这个电压的量值要求专业维修训练以及现有或新的太阳能板部署中当前不存在的另外的高压设备和布线。作为举例，位于这些外部电极与太阳能电池100之间的绝缘层必须足以抵抗高外加电压。在该绝缘层发生故障的情况下，存在不仅对该太阳能电池100而且对与该故障的太阳能电池串联或并联连接的所有太阳能板10以及外部负载30(或逆变器31)造成损坏的显著风险。

再一个缺点是，变化的照射条件(例如，由于云对太阳的覆盖和/或正常天气波动)会导致常规太阳能电池和太阳能板的功率输出不稳定。例如，参考图2，逆变器31典型地要求静态的、无变化的电压和电流输入。如图2所示，这些太阳能板10向逆变器31提供输入电压和电流。然而，时变照射条件会导致来自太阳能板10的输出波动(例如，大约数秒或更短)。供应到逆变器31的电压和电流的波动危及逆变器31输出的功率的品质，例如就频率、电压和谐波含量而言。对抗变化的照射条件的常规努力包括将电池组或电容器放置在逆变器31的输入端处，并且遗憾地，仅使这些变动最小化。

鉴于上述情况，需要一种致力于克服常规太阳能电池系统的上述障碍和缺陷的、用于提高效率和功率输出(诸如利用电子-空穴对的增大的迁移率)的改进的太阳能电池系统和方法。

发明内容

本披露涉及一种用于优化光伏器件的功率输出的系统及使用和制造该系统的方法。根据在此披露的第一方面，提出了一种管理光伏器件的方法，该方法包括：

向该光伏器件施加电压信号的第一分量，该第一分量表示用于跨该光伏器件产生外电场的导通状态；并且

向该光伏器件施加该电压信号的第二分量，该第二分量表示断开周期。

在所披露的方法的一些实施例中，施加该第一分量包括施加来自电压脉冲发生器电路的时变电压脉冲的高电压，并且施加该第二分量包括切断该电压脉冲发生器电路。

在所披露的方法的一些实施例中，施加该第一分量包括在开关的第一位置连接电压源和该光伏器件，该开关被布置在该电压源与该光伏器件之间，并且其中，所述施加该第二分量包括在该开关的第二位置断开该电压源和该光伏器件。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括：经由跨该光伏器件耦合的电压探头来监测该光伏器件的输出电压，并且经由串联耦合在该光伏器件与由该光伏器件驱动的负载之间的电流传感器来监测该光伏器件的输出电流。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括经由耦合到该电压源上的控制电路基于所述监测来调整该第一分量的量值、持续时间和频率中的至少一个，以便最大化功率输出。

根据在此披露的另一个方面，提出了一种管理光伏器件的方法，包括：

启动将耦合到该光伏器件上的电压源；并且

向该光伏器件施加由该电压源产生的电压信号，该电压信号具有跨该光伏器件产生外电场的第一状态以及表示断开周期的第二状态。

在所披露的方法的一些实施例中，启动该电压源包括启动以下各项中的至少一项：

将电压脉冲发生器电路耦合到该光伏器件上，以用于跨该光伏器件提供时变电压脉冲，该时变电压脉冲提供该第一状态和该第二状态；以及

将开关耦合在该电压源与该光伏器件之间，该开关在用于产生该第一状态的第一位置连接该电压源和该光伏器件，并且在用于产生该第二状态的该第二位置断开该电压源和该光伏器件。

在所披露的方法的一些实施例中，施加该电压信号包括：当该电压脉冲发生器电路的开关晶体管处于用于产生该第一状态的导通位置时，将该电压脉冲发生器电路的高压源的输出外加到该光伏器件上；并且继续所述外加该高压源的该输出，直到该电压脉冲发生器电路的脉冲发生器将该开关晶体管切换到用于产生该第二状态的断开位置为止。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括启动将耦合到该开关和该电压脉冲发生器电路中的至少一个上的控制电路。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括：启动电压探头和电流传感器，该电压探头将跨该光伏器件耦合以便监测该光伏器件的输出电压；而该电流传感器将串联耦合在该光伏器件与该光伏器件的负载之间以便监测该光伏器件的电流输出。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括：监测该输出电压和该输出电流，并且经由该控制电路基于所述监测调整该第一状态的量值，以便最大化功率输出。

在所披露的方法的一些实施例中，施加该电压信号包括产生具有第一方向和第二方向中的至少一个的该外电场，该第一方向和该光伏器件的多个内部电极的极性在相同方向上以用于增大该光伏器件的功率输出，并且该第二方向在这些内部电极的该极性的相反方向上以用于减小该功率输出。

在所披露的方法的一些实施例中，启动该电压源包括启动将耦合到太阳能电池、太阳能电池阵列、太阳能板以及太阳能板阵列中的至少一个上的该电压源。

根据在此披露的另一个方面，提出了一种管理光伏器件的方法，包括：

启动将耦合到该光伏器件上的电压脉冲发生器；并且

向该光伏器件施加由该电压脉冲发生器产生的电压信号，该电压信号具有用于跨该光伏器件产生外电场的第一状态以及表示断开周期的第二状态。

在所披露的方法的一些实施例中，施加该电压信号包括向该光伏器件施加可调电压。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括启动一个或多个串联电感器，该一个或多个串联电感器将耦合在该电压脉冲发生器与该光伏器件的负载之间，以用于阻断到该负载的该电压信号的大于预先确定频率的频率。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括经由耦合到该电压脉冲发生器上的控制电路来控制该第一状态和该第二状态的频率和持续时间中的至少一个。

根据在此披露的另一个方面，提出了一种管理光伏器件的方法，包括：

启动开关的第一端口，该第一端口将耦合到该光伏器件上；

启动该开关的第二端口，该第二端口将耦合到由该光伏器件驱动的负载上；

启动该开关的第三端口，该第三端口将耦合到电压源上，其中，该开关可以在第一位置和第二位置操作，该第一位置用于在该光伏器件与该电压源之间提供电流路径，该第二位置用于在该光伏器件与该负载之间提供该电流路径；并且

当该开关处于第一位置时，向该光伏器件施加由该电压源产生的电压信号，该电压信号具有用于在该开关处于该第一位置时跨该光伏器件产生外电场的第一状态以及用于在该开关处于该第二位置时在该电压源与该负载之间提供电隔离的第二状态。

在所披露的方法的一些实施例中，启动该开关的该第一端口包括启动将耦合到该光伏器件上的双投开关的第一端口。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括经由耦合到该双投开关上的开关控制器来控制在该第一位置与该第二位置之间进行切换的频率和持续时间中的至少一个。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括启动将耦合在该负载与该光伏器件之间，用于减轻该第一分量的任何压降的装置。

在所披露的方法的一些实施例中，施加该电压信号包括向该光伏器件施加可调电压。

在所披露的方法的一些实施例中，该方法进一步包括：经由耦合到该电压源和该开关上的控制电路基于该光伏器件的输出电流和该光伏器件的输出电压来控制该第一状态和该第二状态的频率、量值和持续时间中的至少一个，该输出电流是由串联耦合在该光伏器件与该负载之间的电流传感器测量，该输出电压是由跨该光伏器件耦合的电压探头测量。

附图说明

图1是示出一种现有技术太阳能电池的实施例的示例性顶层横截面图。

图2是示出使用图1的太阳能电池的一种现有技术太阳能板阵列的一个实施例的示例性顶层方框图。

图3是示出一种太阳能电池管理系统的实施例的示例性顶层方框图。

图4是示出图3的太阳能电池管理系统的替代性实施例的示例性方框图，其中，太阳能板阵列通过开关耦合到电压源上。

图5A-5D是示出与图4的太阳能板阵列一起使用的开关的输入和输出的随时间变化的外加电压的示例性波形。

图6是示出图3的太阳能电池管理系统的另一个替代性实施例的示例性方框图，其中，太阳能板阵列被耦合到电压脉冲发生器电路上。

图7是示出与图6的太阳能板阵列一起使用的随时间变化的外加电压的示例性波形。

图8是示出图6的电压脉冲发生器电路的一个实施例的示例性方框图。

图9A是示出图4的太阳能电池管理系统的替代性实施例的示例性方框图，其中，该太阳能电池管理系统包括控制电路。

图9B是示出用于图9A所示的控制电路的状态图的示例性流程图。

图10A是示出图6的太阳能电池管理系统的替代性实施例的示例性方框图，其中，该太阳能电池管理系统包括控制电路。

图10B是示出用于图10A所示的控制电路的状态图的示例性流程图。

图11A-11C是示出外加电压、脉冲频率和脉冲宽度与图3的光伏器件的提高的电流输出之间的关系的实施例的示例性波形。

应注意的是，附图不是按比例绘制的，并且出于展示的目的，所有这些附图中，具有相似结构或功能的元件总体上用类似的参考号表示。还应注意的是，附图仅旨在帮助对优选实施例的描述。附图并不展示所描述的实施例的每个方面并且不限制本披露的范围。

具体实施方式

由于当前可获得的太阳能电池系统不能最大化光伏电池的功率输出，一种增大电子-空穴对的迁移率并且减小半导体材料中的复合电流的太阳能电池系统可以证明是所希望的，并且为各种各样的太阳能电池系统提供基础，以便增大被配置为太阳能板的多个太阳能电池的效率和功率输出。根据在此披露的一个实施例，可以通过图3所示的一种太阳能电池管理系统300来实现此结果。

转向图3，太阳能电池管理系统300适用于与各种各样的光伏器件一起使用。在一个实施例中，太阳能电池管理系统300可以适用于与图1所示的太阳能电池100一起使用。例如，太阳能电池100可以表示任何适合一代的太阳能电池，诸如基于晶片的晶体硅电池(第一代)、包括非晶硅电池的薄膜太阳能电池(第二代)、和/或第三代电池。太阳能电池管理系统300有利地可以与任一代太阳能电池100一起使用而无需进行结构修改，并且没有相关联的缺陷。

在另一个实施例中，太阳能电池管理系统300可以适用于与多个太阳能电池100(诸如图2所示的太阳能板10)一起使用。如先前讨论的，多个太阳能电池100可以耦合(串联和/或并联)在一起以便形成太阳能板10。这些太阳能板10可以经由地面安装、屋顶安装、太阳能追踪系统、固定机架等被安装在支撑结构(未示出)上，并且可以用于地上和星载应用。类似地，太阳能电池管理系统300有利地可以与任一代太阳能板10一起使用而无需对太阳能板10进行结构修改，并且没有相关联的缺陷。

如图3所示，光伏器件200与电场250合作。在一些实施例中，电场250的极性可以被施加在与光伏器件200中的这些电极101a、101b(图1所示)的极性相同的方向抑或相反的方向上。例如，如果在与光伏器件200中的这些电极101a、101b的极性相同的方向上施加电场250，电场250作用在光伏器件200中的这些电子-空穴对上以便强加力—对应地在电子或空穴上的-e^-E或h⁺E—从而加速电子和空穴朝向对应电极的迁移率。可替代地，如果电场250的极性反过来，光伏器件200中的这些电子-空穴对的迁移率减小，从而增大光伏器件200内的复合电流。因此，可以如所希望地降低光伏器件200的效率，以便诸如管理光伏器件200的功率输出。

此外，施加到光伏器件200的电场250可以如所希望地是静态的或时变的。在其中电场250时变的情况下，电场250具有非零的时间平均量值。换句话说，这些电子和空穴上的净力是非零的，以便使光伏器件200的电子-空穴对的迁移率增大。

如果被施加到图1的常规太阳能电池100，在没有外部负载30(如图1所示)的情况下，可以跨太阳能电池100的这些电极101a、101b施加外部电压以便形成电场250。在一个实施例中，电场250(例如，位于这些电极101a、101b之间)由方程1限定：

在方程1中，E表示电场250，V_外加为从外部施加到光伏器件200的电压，V_P为光伏器件200的电压输出(例如，约30伏)，并且t为光伏器件200中从电极101a到101b的半导体材料的厚度。例如，假定V_App-V_P＝200伏(标称)并且厚度t为大约0.02cm，则电场250为大约10KV/cm。从方程1可知，随着光伏器件200的厚度t的减小(例如，小于0.01cm)，使用相同或更低的电压可以产生更高的电场250。

如以上讨论的，光伏器件200典型地驱动外部负载，诸如太阳能电池100的负载30。参考方程1，如果直接向驱动外部负载30的光伏器件200施加外部电压V_外加，外部负载30可以包括从该外加电压V_外加的源汲取电流的电阻分量。换句话说，向光伏器件200施加外部电压V_外加可以有效地向整个电路递送由方程2表示的功率：

在方程2中，R_L表示外部负载30的阻抗。在一些情况下，该输入功率可以基本上大于光伏器件200的功率输出。因此，太阳能电池管理系统300被配置成用于跨光伏器件200施加电场250，而无需注入比光伏器件200所能够产生的能量更多的能量或比通过跨光伏器件200施加电场将获得的能量更多的能量。

太阳能电池管理体系300可以使用在此描述的任何合适装置(包括使用如图4所示的开关55)来向光伏器件200施加外部电压V_外加。转向图4，光伏器件200可以表示任何数目的光伏器件，诸如如图所示的该太阳能电池100和/或这些太阳能板10。这些太阳能板10连接到开关55上，诸如如图所示的单刀双投(或三路)开关。在一个实施例中，开关55还被耦合到电压源50和外部负载R_L(例如，被示出为逆变器31)上。逆变器31可以将直流电压和电流转换成典型地在电压和频率上与常规交流供电网兼容的交流电压和电流。逆变器31的输出频率和该交流电流/电压的幅度可以是基于国家、地方和局部电网要求。

电压源50可以包括用于维持恒压的任何合适装置，包括理想电压源、受控电压源等。然而，在一些实施例中-诸如以下参考图9A示出的实施例中-电压源50可以具有可变的、可调的输出(例如，时变电压)。开关控制(或控制器)45被耦合到开关55上，以便控制诸如电压源50和逆变器31与这些太阳能板10之间的连接持续时间和/或切换频率。开关控制器45可以被预设以便以固定切换持续时间D和切换频率f操作(图5A-5C所示)。在开关55的第一位置施加的电压可以是固定的并且是基于电压源50。在一些实施例中，由电压源50施加的电压的量值、连接持续时间D和/或切换频率f可以被预设和/或基于负载状况改变。

例如，开关55在第一位置连接这些太阳能板10与电压源50(如通过图4的开关55中的箭头所示)。当在该第一位置连接时，电压源50跨这些太阳能板10的这些电极101a、101b(图1中所示)施加电压V_外加，并且跨每个太阳能板10诱导出电场250(图3所示)。一旦已经跨这些太阳能板10建立了电场250，开关55就切换以便在第二位置将这些太阳能板10连接到逆变器31(即，负载R_L)上。因此，电压源50可以提供电场250而无需同时连接到这些太阳能板10和该逆变器31上。因此，再次参考方程2，施加外电压V_外加并不允许负载R_L(例如，逆变器31)直接从电压源50汲取电流。

当这些太阳能板10随后在该第二位置被耦合到逆变器31上时，向这些太阳能板10施加电场250可以使这些太阳能板10的电流和功率输出增大预先确定的量。该预先确定的量取决于：入射在这些太阳能板10上的光强度、由电压源50施加到这些太阳能板10的电压V_外加、这些太阳能板10的厚度、电压源50被连接到这些太阳能板10上的频率f、以及在该第一位置与该第二位置之间的切换过程的占空比-其中，该占空比被定义为这些太阳能板10被连接到电压源50上的时间量除以切换时间1/f(即，乘以频率f或除以信号总周期)。应当注意的是，切换持续时间D、切换频率f以及占空比全部是相互关系的量，从而使得确定这些量中的任两个的量允许确定第三个量。例如，指定切换频率和占空比允许确定切换持续时间D。例如，在高强度光照条件下，功率输出的提高可以是大约20％；在低强度光照条件下，是大约50+％。

如图4所示的实施例有利地向光伏器件200提供电场250，而不需要修改这些太阳能板10和/或太阳能电池100来包括另外的外部电极。

在一些实施例中，能量存储装置-诸如电容器41、电感器42、和/或电池组43-可以被放置在逆变器31之前，以便减轻逆变器31在开关55处于该第一位置时所经历的任何压降。因此，在开关55处于该第一位置并且电场250跨这些太阳能板10被建立(即，图5A-5D所示的切换时间D)时逆变器31(即负载)与这些太阳能板10断开的情况下，该能量存储装置向逆变器31供应能量以便在这个切换周期过程中保持电流流动。换句话说，当这些太阳能板10与逆变器31断开时，该能量存储装置可以放电。

因此，来自电压源50的恒压-其进而形成电场250-不需要连续施加来看到这些太阳能板10的功率输出的提高。例如，在标称10-2000ns的切换持续时间D、标称100-500+伏的V_外加以及20μs的切换频率f下，可以使用标称0.1％-10％的占空比。电感器42、电容器41、和/或电池组43被选择成具有足以在这些太阳能板10断开同时电场250跨这些太阳能板10被放置时提供足够的放电量、以便不致使逆变器31的输出下降的大小。

例如，跨该负载(例如，逆变器31)放置的电容器41的大小由逆变器31在切换时间D过程中可以承受的可接受压降确定。例如，如果在切换时间D过程中的压降不小于由光伏器件200产生的最大电压的90％，该电容器需要根据方程3这样来设置大小：

在方程3中，D为该开关被连接到电压源50上的持续时间，并且最大V(MaxV)为所要求的最大电压的百分比(例如，以上示例中的90％)。以类似方式，可以对电感和/或电池组进行计算。

图5A示出了使用图4的太阳能电池管理系统300时来自开关控制器45的用于激活和控制开关55的随时间变化的控制电压。在此示例中，在开关55的该第一位置，这些太阳能板10与逆变器31断开并且连接到电压源50上、持续了持续时间D，这每1/f秒重复一次。图5B示出了在该第一位置处时从电压源50向开关55提供的随时间变化的电压。图5C示出了开关55在处于该第二位置时耦合到逆变器31上的输出端处的、来自这些太阳能板10(当并联接线时)的随时间变化的开关55的输出电压。类似地，图5D示出了开关55的耦合到逆变器31上的输出端处的随时间变化的电压，该输出端与该逆变器之间耦合有电容器41。

图5D所示的在切换持续时间D结束时的由逆变器31所经历的电压下降被特指为以上讨论的压降。该压降取决于电容器41、电感器42和/或电池组43的大小。在不包括电容器41、电感器42或电池组43的系统300的一个示例中，跨逆变器31的输入端施加的电压表现为图5C所示的输出电压。

图6示出了图3的太阳能电池管理体系300的替代性实施例。转向图6，光伏器件200可以表示任何数目的光伏器件，诸如如图所示的该太阳能电池100和/或这些太阳能板10。如图所示，这些太阳能板10并联地接线，但也可以串联地以及以其任何组合地接线。

电压脉冲发生器60(诸如高压脉冲发生器)可以跨一个或多个太阳能板10施加时变电压脉冲71(图7中所示)。在一个实施例中，电压脉冲71的持续时间D_P可以是短的-标称10-2000ns，并且量值可以是高的-标称100-500+伏。在图6所示的实施例中，所施加的电压、脉冲宽度以及脉冲重复率固定在预先确定的水平，以便在选定操作条件下提供最佳性能。例如，参考图6和图7，电压脉冲71具有约1000ns的持续时间D_P，该电压脉冲71以1/f的周期重复。电压脉冲71的持续时间D_P和电压脉冲71的频率f被选择成使得电压逆变器31中的电感器的电抗对电压脉冲发生器60表现出高阻抗，该高阻抗允许高电压跨这些太阳能板10的这些电极101a、101b(图1中所示)产生并且不被逆变器31短路。

另外地，多个串联电感器(未示出)可以被放置在逆变器31的输入端处，这些串联电感器能够处理输入到逆变器31的电流并且充当RF扼流圈，从而使得这些电压脉冲71不被逆变器31的电阻分量衰减(或有效地短路)。占空比(脉冲开始的时间/脉冲停止的时间)可以标称为0.1％-10％。

强加在光伏器件200上的电场250的强度随光伏器件200的构造变化，诸如光伏器件200的厚度、光伏器件200的材料和介电常数、光伏器件200的最大击穿电压等。

对于图7所示的电压脉冲71，此波形的傅里叶分析导致具有频率ω＝nω_o(其中，ω_o＝2πf)的一系列脉冲，并且这些脉冲的强度由方程4给出：

在方程4中，n为从-∞到+∞的一系列整数。因此，0阶脉冲(即，n＝0)具有通过电阻负载R_L被短路的直流分量。跨这些太阳能板10施加的电压脉冲71的第一阶为V_外加(1-D_P/f)，其中，D_P/f为脉冲的占空比，D_P为脉冲持续时间，并且f为脉冲重复率。由于逆变器31的电感充当对由图6的实施例产生的电压脉冲71的高阻抗Z，跨这些太阳能板10中的每一个产生高电压脉冲71，该高电压脉冲继而跨这些太阳能板10形成高电场250。

如图6所示，电压逆变器31表示外部负载R_L。然而，外部负载R_L可以包括纯电阻分量，从而使得一组电感器可以与负载R_L串联放置以便充当RF扼流圈，从而使得跨这些太阳能板10施加电压脉冲71(和电场250)。

可以在电压脉冲发生器60中使用任何数目的电路，以便如所希望地施加电压脉冲71。图8示出了在电压脉冲发生器60中使用的一个此类的示例性电路。如图所示，电压脉冲发生器60包括脉冲发生器61(未示出)、高压源69(未示出)以及开关晶体管68，用于在图6所示的这些太阳能板10上外加高压脉冲71(例如，通过将高压源69的输出端切换到这些太阳能板10)。图8的电压脉冲发生器60包括使用光在两个电隔离电路之间传输电信号的装置，诸如光隔离器62，其用于将脉冲发生器61与高电压开关晶体管68隔离。有利地，光隔离器62防止高电压(例如，来自高压源69)影响脉冲信号71。光隔离器电路62被展示为具有引脚1-8，并且被示出为是到电压脉冲发生器60的输入电路的部分。

偏压供应器63(未示出)向光隔离器62提供电压(例如，15V直流)以便供应光隔离器62所要求的偏压。电容器64将偏压供应器63隔离起来，从而为从失真该偏置供应器到光隔离器62的任何信号形成交流路径。光隔离器62的引脚6和7是光隔离器62的用于驱动高压开关晶体管68的切换信号输出端。二极管66-诸如齐纳二极管-用于保持开关晶体管68的切换阈值高于二极管66的设置点，从而消除来自无意触发开关晶体管68的任何噪声。电阻器67设置开关晶体管68的栅极G和发射极E的偏置点。当跨光隔离器62的引脚6和7施加的电压超过由电阻器67设置的阈值时，开关晶体管68被“导通”并且电流在高压开关晶体管68的集电极C与发射极E之间流动。因此，高压开关晶体管68向这些太阳能板10提供注入式高压源，直到来自脉冲发生器61的控制脉冲输入(Control Pulse IN)下降到低于高压切换晶体管68的G上的设置阈值(这阻止电流跨C-G流动，从而使开关晶体管68“断开”)为止。

如在以上描述的先前实施例中，向这些太阳能板10施加电场250可以使这些太阳能板10在随后连接到逆变器31上时的电流和功率输出增加预先确定的量(例如，取决于入射在太阳能板10上的光强度、由电压源50施加到这些太阳能板10的电压V_外加、这些太阳能板10的厚度、脉冲宽度D_P、以及向这些太阳能板10施加电压脉冲71的频率f等)。类似地，在高强度光照条件下，这些太阳能板10的功率输出的提高可以是大约20％；并且在低强度光照条件下，可以是大约50+％。

与电场250合作的光伏器件200的性能改进可以被测量为该太阳能电池的短路电流I_sc的增大，I_sc如方程5所示：

I_sc＝I_基础[1+c(V(τ,f),t,ε)*(p_最大–p)](方程5)

其中，I_基础为未施加外电场250时的短路电流，并且p_最大为最大光功率，借此，任何另外的功率并不形成任何另外的电子-空穴对。由于该太阳能电池的电流输出的提高是由电场250驱动，c(V(τ,f),t,ε)的形式可以由方程6描述：

c(V(τ,f),t,ε)＝m(t,ε)V_外加*(1-exp(τ/τ_o))*exp(-f_衰减/f)(方程6)

在方程6中，m(t,ε)取决于光伏器件200。短路电流I_sc由于电场250造成的提高可以是相对于外加电压V_外加呈线性的。相对于脉冲重复率观察的提高具有为(1/f_衰减)的特征衰减率，并且相对于脉冲速率f以指数方式表现。相对于脉冲宽度τ观察的提高也可以按指数方式表现，并且描述外加电压V_外加达到满量值有多快。相对于脉冲宽度τ观察的提高取决于电压脉冲发生器60的细节。随外加电压V_外加、脉冲重复率f以及脉冲宽度τ变化的短路电流I_sc的增大对应地在图11A-11C中示出。

图11A示出了太阳能板10(图2所示)所预期的短路电流I_sc的提高，其随外加电压脉冲V_外加的量值变化。如图所示，该脉冲宽度和该脉冲重复率是固定的，并且该脉冲电压的量值从50伏变化到250伏。该短路电流的提高ΔI_SC从标称0.1安培增大到2安培。就第一阶而言，该短路电流的随外加电压脉冲V_外加变化的改变ΔI_SC是近似线性的。图11B示出了在固定脉冲宽度和固定电压脉冲的情况下短路电流的随脉冲重复率变化的提高的改变ΔI_SC。如图11B所示，随着该脉冲重复率以任意时间单位从10增加到100，该短路电流的提高ΔI_SC从近似1.7安培减小到大约0.45安培。这种性态是近似指数的。图11C示出了在固定脉冲重复率和固定电压脉冲的情况下短路电流的随脉冲宽度变化的提高的改变ΔI_SC。就这个示例而言，随着该脉冲宽度随时间推移从0增加到2000，该短路电流的提高ΔI_SC从0安培增加到1.2安培。

在每个所描述的实施例中，增大跨太阳能电池100或太阳能板10的这些电极101a、101b的电场250的强度增加了太阳能电池100或板10的效率，例如，直到为E_最大的最大电场强度。换句话说，一旦电场250的强度达到最大强度，电子-空穴重新组合率已经被最小化。因此，可能有利的是配置光伏器件200的控制电路以便在变化的操作条件下最大化输出电流和电压。

例如，转向图9A，电流传感器33和电压探头32被示出为耦合到图4的太阳能电池管理系统300上。如图所示，电流传感器33被串联耦合在太阳能板10与逆变器31之间。电流传感器33可以监测太阳能板10的电流输出。类似地，电压探头32跨这些太阳能板10和该逆变器31连接，以便监测太阳能板10的输出电压。

控制电路35经由多根控制导线33a被耦合到电流传感器33上，并且经由多根控制导线32a被耦合到电压探头32上。电流传感器33可以是直插式或感应式测量单元，并且测量这些太阳能板10的电流输出。类似地，电压传感器32用于测量这些太阳能板10的电压输出。从电流传感器33测量的电流与从电压探头32测量的电压的乘积是从这些太阳能板10到逆变器31的功率输出。

在一些实施例中，电压探头32也可以用作用于控制电路35的电源，并且只有这些太阳能板10被照射时才是活跃的并且提供足够的功率以便激活控制电路35。控制电路35进一步被耦合到开关55上，以便确定参考图4讨论的切换时间和频率。切换时间的持续时间以及频率可以被控制，以便跨这些太阳能板10施加电压V_外加，从而使得在太阳能电池100内产生的并且由电流传感器33和电压探头32测量的电流都在不同操作条件下(诸如在不同的或可变的光照条件下)得到最大化。

在用于施加电场250的一个实施例中，太阳能板10初始地并不发电，例如在夜间或严重云覆盖过程中。当这些太阳能板10被照射(例如，在早上)时，由这些太阳能板10产生电压和电流，并且这些引线32a开始将电流和电压两者递送到控制电路35。控制电路35包括低压逻辑电源供应器(未示出)以便驱动控制电路35内的控制逻辑。控制电路35还包括用于提供高压电源供应器的电源50。电源50具有可以由控制电路35调整的可变输出，并且负责在引线38上放置V_外加。来自控制电路35的高压输出V_外加驱动引线38并且连接到开关55上。引线38用于通过开关55向这些太阳能板10施加电压V_外加。在此示例中，控制电路35被配置成用于在由这些太阳能板10产生足够的功率来激活该低压逻辑电源供应器和该高压电源供应器之前不向这些太阳能板10施加任何电压V_外加。

在替代性实施例中，控制电路35可以被配置成用于随着日间照射的增强和减弱而施加电场250并且最大化功率输出。根据以上描述的任何方法(包括图9B所示的过程9000)，控制电路35可以提供电场250并且使这些太阳能板10的功率输出稳定。

转向图9B，过程9000包括在步骤900处初始化功率。这些太阳能板10的输出必需存在足够的功率，以便既激活操作控制电路35中的控制逻辑的低压逻辑电源供应器又激活对于在引线38上并且通过开关55放置高压所必需的该高压电源供应器。可替代地，控制电路35可以由外源(未示出)供电-例如，电池组、大电容器、外部交流电源供应器，该外源允许该低压逻辑电源供应器操作，并且允许控制电路35监测这些太阳能板10的功率输出，直到这些太阳能板10产生足够的功率输出以便保证在这些太阳能板10上施加电场250来增加这些太阳能板的功率输出为止。由于控制电路35正在启动，所有参数(例如，外加高压V_外加、切换持续时间D以及切换频率f)被初始化。在一个实施例中，外加高压V_外加被调到零，而切换时间D和切换频率f被调到D＝τ_o和f＝f_o的标称值。所有的控制指数n、i和j都被初始化到零。

控制电路35然后在步骤901处确定如在电压探头32上测量的电压是高于还是低于预先确定的最小值v_最小，以及如在电流传感器33上测量的电流是否高于预先确定的最小值i_最小。v_最小和i_最小的组合已经被选择成使得确定这些太阳能板10被照射并产生其平均额定功率的某个标称百分比(例如，5％)，并且使得产生足够的功率来供应控制电路35内的电源50，以便增大这些太阳能板10的输出。如果控制电路35确定测量电流和测量电压都高于这些对应的预先确定的最小值，则控制电路35现在是可操作的并且过程9000移动到步骤903；否则，过程9000在步骤902处进入等待状态，并且返回步骤900。

在步骤903中，控制电路35经由电流传感器33测量流动到逆变器31中的电流，经由电压传感器32测量跨逆变器31的电压，并且计算流动通过逆变器31的功率(标称地，电流×电压)。控制指数n递增到n+1。

在步骤904中，控制电路35将V_外加与V_最大进行比较。V_最大可以是预设值，并且表示可以放置在这些太阳能板10上而不损坏这些太阳能板10抑或逆变器31的最大电压。取决于太阳能板10的类型，V_最大典型地在600V与1000V之间。如果V_外加小于V_最大，那么过程9000前进到步骤906；否则，过程9000在步骤905中等待。

在步骤906中，控制电路35使外加高压V_外加递增量nΔV，并且激活开关55。激活开关55使这些太阳能板10与逆变器31断开，并且借助于多根引线38将这些太阳能板10连接到来自控制电路35的V_外加上。针对此示例，ΔV可以是为25伏的固定电压阶梯，尽管可以使用更大或更小的电压阶梯。电压V_外加在这些太阳能板10上强加电场250，从而使得电场250的强度与外加电压V_外加成比例。这些太阳能板10连接到控制电路35内的V_外加的持续时间被选择以便不中断逆变器31的操作。针对此示例，占空比被选择为5％(这些太阳能板10在5％的时间内连接到控制电路35内的V_外加上)，并且切换时间的默认持续时间被选择为标称1000ns。可以如所希望地使用替代性切换时间。控制电路35再次经由电流传感器33接收流动到逆变器31中的电流的测量值，经由电压传感器32接收跨逆变器31的电压的测量值，并且重新计算流动通过逆变器31的功率。

在步骤908中，控制电路35将这些太阳能板10在V_外加被放置在太阳能板10上之前的功率输出与最近测量值进行比较。如果功率已经增大，过程9000返回步骤901并且重复。直到外加高压V_外加大于V_最大为止抑或直到外加高压V_外加的增大不使得这些太阳能板10的输出功率增大为止，施加在引线38上的电压增大了ΔV。V_最大在此被定义为可以放置在太阳能板上而不对其造成任何损坏的最大电压。取决于太阳能板10的类型，V_最大典型地是600至1000V。在两种情况下，过程9000都在步骤905中等待。该等待状态的持续时间可以是从数秒到数分钟。

在等待步骤905之后，过程9000继续到步骤907。如果如穿过这些引线32a和33a测量的功率未改变，则使指数n递减(n＝n-1)，使借助于这些引线38施加到该太阳能板10的电压V_外加减小该量ΔV，并且控制电路35激活开关55。过程9000继续步骤909，在该步骤中，通过电流传感器33和电压探头32测量功率输出。如果该功率输出显示下降，过程9000继续到步骤910。如果该功率输出已经增大，过程9000返回到步骤907，并且外加电压V_外加继续递减，直到这些太阳能板10的功率输出停止减小为止。过程9000进行到步骤910。

在步骤910中，控制电路35增加开关55在以上讨论的第一位置借助于引线38连接到这些太阳能板10上的持续时间。使开关55连接到电压源50上的时间量增加量iΔτ_o。激活开关55，并且再次通过电流传感器33和电压探头34监测这些太阳能板10的功率输出。过程9000进行到状态912以便确定这些太阳能板10的功率输出是否增大。如果这样的话，过程9000移动到步骤910，并且再次增加这些太阳能板10连接到电压源50上的持续时间。切换持续时间将增加，直到这些太阳能板10的输出功率达到最大值为止(或直到达到固定持续时间限值-例如，3-5μs-为止)，在该点处，由控制电路35驱动的切换持续时间改变停止。然而，如果在步骤912处，控制电路35确定增加切换持续时间D导致如通过电流传感器33和电压探头32测量的功率输出减小，那么过程9000继续到步骤911，并且通过在步骤911与913之间迭代来减少切换持续时间D，直到再次使这些太阳能板10的功率输出最大化为止。在控制电路35已经确定该切换持续时间已经通过重复步骤910至步骤913针对太阳能板10的最大输出功率被优化之后，过程9000继续到步骤914。

在步骤914中，控制电路35开始增大开关55连接到控制电路35上所处的连接频率f。使开关55连接到电压源50上的频率f从原始切换频率fo增加jΔf，从而使得f＝fo+jΔf。在步骤914中，开关55以新频率f在引线38与这些太阳能板10之间进行连接，并且再次通过电流传感器33和电压探头34监测这些太阳能板10的功率输出。过程9000继续到步骤916。如果这些太阳能板10的功率输出已经增大，过程9000移动返回步骤914，并且再次增大这些太阳能板10连接到电压源50上所处的速率。连接速率将增大，直到这些太阳能板10的输出功率达到最大值为止或直到最大频率f_最大为止，在该点处过程9000移动到步骤915。在步骤914中，现在使开关55借助于引线38连接到高电压50上的频率递减量jΔf，并且再次激活开关55，并再次通过电流传感器33和电压探头32监测这些太阳能板10的功率输出。在该点处，控制电路35在步骤917中判定连接速率的减小是否使太阳能板10的功率输出增大。如果这样的话，过程9000返回到步骤915。可替代地，如果切换频率达到某个最小频率f_最小，过程9000移动到步骤918进行等待。

在步骤918中，一旦这些太阳能板10的输出功率已经最大化，控制电路35进入等待状态、持续时间周期。等待时间的周期可以是数秒或数分钟。在步骤918中等待之后，过程9000移动到步骤901，在步骤901中，过程9000再次开始使电压、切换连接时间以及切换速率从先前优化值改变，以便验证这些太阳能板10仍以其最大输出电平操作。来自控制电路35的外加电压50、切换持续时间和切换速率在日间的操作进程中全部被改变，以便确信这些太阳能板10在该特定一天的操作条件下以最大输出功率操作。

如果在步骤901处，如在电压传感器32上测量的压降到低于该预先确定的最小值v_最小，并且如在电流传感器33上测量的电流下降到低于该预先确定的最小值i_最小，那么控制电路35将移除线路38上的任何电压，并且控制电路35将移动到步骤902进行等待，之后返回步骤900(在步骤900中，该系统将重新初始化所有参数和指数)。过程9000将交替地从步骤900到901、到902、到900，如直到在电压探头32上测量的电压和如在电流传感器33上测量的电流对应地高于v_最小和i_最小，在该点处过程9000将从步骤901移动到步骤903。

在控制电路35内的不同状态机可以被实现以便产生类似结果，并且由本披露涵盖。然而，以上描述的过程9000有利地将外加电压V_外加的量值最小化到可能的最低值，从而使得由电流探头33测量的电流与由电压探头32测量的电压的乘积被最大化。外加电压V_外加在日间的操作进程中高频振动-也就是说上下改变很小的量，以便将在该太阳能电池100、该太阳能板10或该多个太阳能板10上的入射光功率p在一天的进程中的变化考虑在内，从而使得可以始终维持最大功率输出。

以上在过程9000中描述的大多数步骤被设计成用于解决在数分钟或数小时的周期内缓慢发生的照射绝热变化。在替代性实施例中，如果照射变异以较高的变化速率发生，过程9000可以被适配成用于通过试图保持直流输出功率免于以过高的变化速率改变来使到该逆变器的直流功率输出的高频变动最小化，因此使得该逆变器的质量更高。

在另一个示例中，转向图10A，电流传感器33和电压探头32被示出为耦合到图6的太阳能电池管理系统300上。如图所示，电流传感器33被串联耦合在太阳能板10与逆变器31之间。电流传感器33可以监测太阳能板10的电流输出。类似地，电压探头32跨这些太阳能板10和该逆变器31连接，以便监测太阳能板10的输出电压。

控制电路36既经由多根控制导线33a被耦合到电流传感器33上，又经由多根控制导线32a被耦合到电压探头32上。电流传感器33可以是直插式或感应式测量单元，并且测量这些太阳能板10的电流输出。类似地，电压传感器32用于测量这些太阳能板10的电压输出。从电流传感器33测量的电流与从电压探头32测量的电压的乘积允许计算从这些太阳能板10到逆变器31的功率输出。

在一些实施例中，电压探头32也可以用作用于控制电路36的电源，并且只有这些太阳能板10被照射时才是活跃的并且提供足够的功率以便激活控制电路36。控制电路36进一步被耦合到电压脉冲发生器60上，以便控制参考图6讨论的电压脉冲V_外加的幅度、脉冲持续时间D_P以及脉冲频率f。脉冲持续时间D_P、脉冲频率f以及跨这些太阳能板10施加的脉冲电压V_外加可以被控制并调整，从而使得在太阳能板10内产生的并且由电流传感器33和电压探头32测量的电流都在不同操作条件下被最大化，诸如在相异或可变的照射条件下。

在用于施加电场250的一个实施例中，太阳能板10初始地并不发电，例如在夜间或严重云覆盖过程中。当这些太阳能板被照射(例如，在早上)时，由这些太阳能板10产生电压和电流，并且这些引线32a开始将电流和电压两者递送到控制电路36。控制电路36包括低压逻辑电源供应器(未示出)以便驱动控制电路36内的控制逻辑。脉冲发生器电路60包括低压电源供应器和高压电源供应器(未示出)。电压脉冲发生器60中的该高压电源供应器具有可以由控制电路36调整的可变输出，并且负责在太阳能板10上放置V_外加。在此示例中，控制电路36被配置成用于在由这些太阳能板10产生足够的功率来激活脉冲发生器60中的该低压逻辑电源供应器和该高压电源供应器之前不向这些太阳能板10施加任何电压。

在替代性实施例中，控制电路36被配置成用于随着日间照射的增强和减弱来控制电场250并且最大化功率输出。根据以上描述的任何方法(包括图10B所示的过程10000)，控制电路36可以控制由电压脉冲发生器60施加的电场250并且使这些太阳能板10的功率输出稳定。

转向图10B，过程10000包括在步骤1000处初始化功率。这些太阳能板10的输出必需存在足够的功率，以便既激活操作控制电路36中的控制逻辑的低压逻辑电源供应器又激活电压脉冲发生器60中的低压电源供应器和高压电源供应器。可替代地，控制电路36可以由外源(未示出)供电-例如电池组、大电容器、外部交流电源供应器，该外源允许该低压逻辑电源供应器操作，并且允许控制电路36监测这些太阳能板10的功率输出，直到这些太阳能板10具有足够的功率输出以便保证在这些太阳能板10上施加电场250来增加这些太阳能板的功率输出为止。由于控制电路36正在启动，所有参数(例如，外加高压V_外加、脉冲持续时间D_P以及脉冲重复率f)被初始化。在一个实施例中，外加高压V_外加被调到零，而脉冲持续时间D_P和脉冲重复率f被调到D_P＝τ_o和f＝f_o的标称值。所有的控制指数n、i和j都被初始化到零。

控制电路36然后在步骤1001中确定如在电压探头32上测量的电压是高于还是低于预先确定的最小值v_最小以及如在电流传感器33上测量的电流是否高于预先确定的最小值i_最小。v_最小和i_最小的组合已经被选择成使得确定这些太阳能板10被照射并产生其平均额定功率的某个标称百分比(例如，5％)，并且使得产生足够的功率来供应该高压电源供应器，以便增大这些太阳能板10的输出。如果控制电路36确定测量电流和电压都高于这些对应的预先确定的最小值，那么过程10000现在是操作的并且移动到步骤1003；如果不是，过程10000进入等待状态1002，并且返回步骤1000。

在步骤1003中，控制电路36经由电流传感器33测量流动到逆变器31中的电流，经由电压传感器32测量跨逆变器31的电压，并且计算流动通过逆变器31的功率(标称地，I×V)。控制指数n递增到n+1。

在步骤1004中，过程10000将V_外加与V_最大进行比较。V_最大是预设值，并且表示可以放置在这些板10上而不损坏这些板抑或逆变器31的最大电压。如果V_外加小于V_最大，那么过程10000前进到步骤1006；否则，过程10000在步骤1005中等待。

在步骤1006中，控制电路36给电压脉冲发生器60发信号以便使外加高压V_外加递增量nΔV，并且给电压脉冲发生器60发信号以便向这些太阳能板10施加电压脉冲。针对此示例，ΔV可以是为25伏的固定电压阶梯，尽管可以使用更大或更小的电压阶梯。电压V_外加在这些太阳能板10上强加电场250，并且电场250的强度与外加电压V_外加成比例。针对此示例，脉冲宽度D_P被选择为1000ns，并且脉冲重复率被选择为20μs。也可以选择其他脉冲宽度和脉冲重复率。控制电路36再次经由电流传感器33接收流动到逆变器31中的电流的测量值，经由电压传感器32接收跨逆变器31的电压的测量值，并且重新计算流动通过逆变器31的功率。

在步骤1008中，控制电路36将这些太阳能板10在V_外加被放置在太阳能板10上之前的功率输出与最近测量值进行比较。如果功率已经增大，过程10000返回步骤1001并且重复。直到外加高压V_外加大于V_最大为止抑或直到外加高压V_外加的增大不使得这些太阳能板10的输出功率增大为止，外加电压V_外加增大了ΔV。同样，V_最大在此被定义为可以放置在太阳能板10上而不对其造成任何损坏的最大电压，并且取决于太阳能板类型，它典型地将是大约600至1000V。在两种情况下，过程10000都在步骤1005中等待。该等待状态的持续时间可以是从数秒到数分钟。

在等待步骤1005之后，过程10000进入步骤1007。如果如穿过这些引线32a和33a测量的功率未改变，则使指数n递减(n＝n-1)，使外加电压V_外加减小该量ΔV，并且控制电路36激活脉冲发生器60。过程10000继续步骤1009，在该步骤中，通过电流传感器33和电压探头32测量功率输出。如果该功率输出显示下降，过程10000继续到步骤1010。如果该功率输出已经增大，过程10000返回到步骤1007，并且外加电压V_外加继续递减，直到这些太阳能板10的功率输出停止减小为止。过程10000进行到步骤1010。

在步骤1010中，控制电路36开始增加电压脉冲的持续时间D_P。使电压脉冲持续时间D_P增加量iΔτ_o。激活脉冲发生器60，并且再次通过电流传感器33和电压探头34监测这些太阳能板10的功率输出。过程10000进行到状态1012以便确定这些太阳能板10的功率输出是否增大。如果这样的话，过程10000移动到步骤1010，并且再次增加电压脉冲71的持续时间D_P。脉冲持续时间D_P将增加，直到这些太阳能板10的输出功率达到最大值为止，或直到达到固定持续时间极限-例如，达到5μs的脉冲持续时间-为止，在该点处，由控制电路36驱动的脉冲宽度改变停止。然而，如果在步骤1012处，发现增加脉冲宽度导致如通过电流传感器33和电压探头32测量的功率输出减小，过程10000继续到步骤1011。通过在步骤1011与1013之间迭代来减小脉冲宽度，直到这些太阳能板10的功率输出再次被最大化为止。在控制电路36已经确定该脉冲持续时间已经通过经过步骤1010至步骤1013针对太阳能板10的最大输出功率被优化之后，该过程继续到步骤1014。

在步骤1014中，控制电路36增大这些电压脉冲的频率。使这些电压脉冲的频率从原始切换频率f_o增大jΔf，从而使得f＝f_o+jΔf。在步骤1014中，由电压脉冲发生器60以的新频率f向这些太阳能板10施加电压脉冲，并且再次通过电流传感器33和电压探头34监测这些太阳能板10的功率输出。过程10000随后移动到步骤1016。

如果这些太阳能板10的功率输出已经增大，过程10000移动返回步骤1014，并且再次向增大向这些太阳能板10施加电压脉冲所处的速率。电压脉冲的速率的增大将增大，直到这些太阳能板10的输出功率达到最大值为止或直到最大频率f_最大为止，在该点处过程10000移动到步骤1015。在步骤1014中，现在使这些电压脉冲的频率递减量jΔf，并且再次激活电压脉冲发生器60开关，并再次通过电流传感器33和电压探头32监测这些太阳能板10的功率输出。在该点处，控制电路36在步骤1017中确定电压脉冲速率的减小是否使太阳能板10的功率输出增大。如果这样的话，过程10000返回到步骤1015。可替代地，如果切换频率达到某个最小频率f_最小，过程10000移动到步骤1018，这是等待状态。

在步骤1018中，一旦这些太阳能板10的输出功率已经最大化，过程10000进入等待状态、持续时间周期。等待时间的周期可以是数秒或数分钟。在步骤1018中等待之后，过程10000移动到步骤1001，在步骤1001中，控制电路36再次开始使脉冲电压、脉冲持续时间以及脉冲重复率从先前优化值改变，以便验证这些太阳能板10仍以其最大输出电平操作。脉冲幅度V_外加、脉冲持续时间以及脉冲重复率在日间的操作进程中全部被改变，以便确信这些太阳能板10在该特定一天的操作条件下以最大输出功率操作。

如果在步骤1001处，如在电压传感器32上测量的压降到低于该预先确定的最小值v_最小，并且如在电流传感器33上测量的电流下降到低于该预先确定的最小值i_最小，那么控制电路36将使电压脉冲发生器60停止，并且过程10000将移动到步骤1002等待状态，并且随后返回步骤1000，在步骤1000中，该系统将重新初始化所有参数和指数。过程10000将从步骤1000移动到1001、到1002、到1000，如直到在电压探头32上测量的电压和如在电流传感器33上测量的电流对应地高于v_最小和i_最小，在该点处过程10000将从步骤1001移动到步骤1003。

在控制电路36内的不同状态机可以被实现以便产生类似结果，并且由本披露涵盖。然而，以上描述的过程10000有利地将外加电压脉冲V_外加的量值最小化到可能的最低值，从而使得由电流探头33测量的电流与由电压探头32测量的电压的乘积被最大化。外加电压脉冲V_外加在日间的操作进程中高频振动-也就是说上下改变很小的量，以便将在该太阳能电池100、该太阳能板10或该多个太阳能板10上的入射光功率p在一天的进程中的变化考虑在内，从而使得可以始终维持最大功率输出。

在流程1000中描述的这些步骤可以解决在数分钟或数小时的周期内缓慢发生的照射绝热变化。在替代性实施例中，如果照射变异以较高的变化速率发生，流程1000可以被适配成用于通过试图保持直流输出功率免于以过高的变化速率改变来使到该逆变器的直流功率输出的高频变动最小化，因此使得该逆变器的质量更高。

所描述的这些实施例易于经历各种修改和替代形式，并且其具体示例已经通过在这些附图中进行举例来示出并且在此详细地描述。然而，应当理解，所描述的这些实施例并不旨在限制于所披露的具体形式或方法，而相反地，本披露旨在覆盖所有的修改、等效方案和替换方案。

Claims (12)

1.一种管理光伏器件的方法，包括：

向该光伏器件施加电压信号的第一分量，该第一分量表示用于跨该光伏器件产生外电场的导通状态；并且

向该光伏器件施加该电压信号的第二分量，该第二分量表示断开周期。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述施加该第一分量包括施加来自电压脉冲发生器电路的时变电压脉冲的高电压，并且其中，所述施加该第二分量包括切断该电压脉冲发生器电路。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述施加该第一分量包括在开关的第一位置连接电压源和该光伏器件，该开关被布置在该电压源与该光伏器件之间，并且其中，所述施加该第二分量包括在该开关的第二位置使该电压源和该光伏器件断开，以便在该开关处于该第二位置时，任选地在该电压源与由该光伏器件驱动的负载之间提供电隔离。

4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述施加该第一分量包括：当该电压脉冲发生器电路的开关晶体管处于用于产生该第一状态的导通位置时，将该电压脉冲发生器电路的高压源的输出外加到该光伏器件上；并且任选地继续所述外加该高压源的该输出，直到该电压脉冲发生器电路的脉冲发生器将该开关晶体管切换到用于产生该第二状态的断开位置为止。

5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述施加该第一分量包括产生具有第一方向或第二方向的该外电场，该第一方向和该光伏器件的多个内部电极的极性在相同方向上以用于增大该光伏器件的功率输出，并且该第二方向在这些内部电极的该极性的相反方向上以用于减小该功率输出。

6.如以上权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：监测该光伏器件的输出电压，其中，所述监测该输出电压任选地经由跨该光伏器件耦合的电压探头来执行；或监测该光伏器件的输出电流，其中，所述监测该输出电流任选地经由串联耦合在该光伏器件与由该光伏器件驱动的负载之间的电流传感器来执行。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：基于所述监测，任选地经由耦合到该电压源上的控制电路来调整该第一分量的量值、持续时间和频率中的至少一个，以便最大化该光伏器件的功率输出。

8.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述施加该第一分量包括跨太阳能电池、太阳能电池阵列、太阳能板以及太阳能板阵列中的至少一个产生该外电场。

9.一种管理光伏器件的方法，包括：

启动将耦合到该光伏器件上的电压脉冲发生器；并且

向该光伏器件施加由该电压脉冲发生器产生的电压信号，该电压信号具有用于跨该光伏器件产生外电场的第一状态以及表示断开周期的第二状态。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述施加该电压信号包括向该光伏器件施加可调电压，并且

任选地，当该电压脉冲发生器的开关晶体管处于用于产生该第一状态的导通位置时，将该电压脉冲发生器电路的高压源的输出外加到该光伏器件上；并且任选地继续所述外加该高压源的该输出，直到该电压脉冲发生器的脉冲发生器将该开关晶体管切换到用于产生该第二状态的断开位置为止。

11.如权利要求9或权利要求10所述的方法，进一步包括启动将耦合在该电压脉冲发生器与该光伏器件的负载之间的一个或多个串联电感器，以用于阻断到该负载的该电压信号中大于预先确定频率的频率。

12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，进一步包括经由耦合到该电压脉冲发生器上的控制电路来控制该第一状态和该第二状态的频率和持续时间中的至少一个。