CN115639847A - 太阳能跟踪器系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种太阳能跟踪器系统，所述系统具有由对应跟踪器控制系统单独致动的几行光伏串。在一个例子中，太阳能跟踪器系统包括跟踪器控制系统，所述跟踪器控制系统具有跟踪器控制器，跟踪器控制器例如在白天由来自光伏串的前馈功率供电并且例如在夜间由来自站集线器的反馈功率供电。本公开还描述了运行所述太阳能跟踪器系统来前馈或反馈功率至跟踪器控制系统的方法。

Description

太阳能跟踪器系统

本申请是基于申请日为2016年12月26日、申请号为201611218008.0、发明创造名称为“太阳能跟踪器系统”的中国专利申请的分案申请。

共有的共同未决的专利申请的交叉引用

本申请涉及于2015年12月28日提交的名称为“Solar Tracker System”(太阳能跟踪器系统)的美国临时专利申请62/271,874，并根据35U.S.C.§119要求该美国临时专利申请的权益和优先权。所述'874申请的内容全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及可重新定位的光伏(PV)板，更具体地讲涉及与受动力推动重新定位一个或多个PV板相关的系统、方法和装置。

背景技术

光伏(PV)电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于将太阳辐射转换为电能的装置。PV电池可组装成PV板，也可用于将阳光转换成电。可调节PV板所产生的电，然后输送到电网，用于住宅和/或商业用途。

太阳能跟踪器系统用于在白天将PV板指向太阳，并在夜间按需要移动PV板。跟踪器系统可包括能够支撑并移动PV板的定位电机和支撑结构。当电机被激活时，适用的支撑结构可起到将PV板从第一位置重新定位到第二位置的作用。

附图说明

在附图的各图中提供了实施例的非限制性特征，其中类似的参考标记指示类似的元件。

图1示出了具有跟踪器系统的已安装的太阳能阵列的示意图，其可在实施例中采用。

图2A-图2B示出了具有跟踪器系统的太阳能阵列的示意图，其可在实施例中采用。

图3A-图3B示出了PV串跟踪器模块的示意图，其可在实施例中采用。

图4A-图4C示出了以几种方式电耦接至PV串的跟踪器模块控制器的示意图，其可在实施例中采用。

图5示出了垂直通信拓扑结构的示意图，其可在实施例中采用。

图6示出了操作太阳能跟踪器系统的过程的流程图，其可在实施例中采用。

图7示出了站集线器的示意图，其可在实施例中采用。

图8示出了中央串逆变器拓扑结构的示意图，其可在实施例中采用。

图9示出了跟踪器模块架构的示意图，其可在实施例中采用。

图10示出了站控制器架构的示意图，其可在实施例中采用。

图11示出了系统管理器架构的示意图，其可在实施例中采用。

具体实施方式

跟踪器系统用于在不同位置之间移动一个或多个PV板。这些位置可包括一些优选的最适宜收集太阳射线的位置，以及：夜间位置；可用于风暴的防御位置；以及可用于清洁或以其他方式保养一个或多个PV板的清洁位置。可将PV板成组联在一起作为一维阵列(其中，若干PV板在一行)以及二维网格(其中，PV板沿X轴和Y轴两轴定位)。跟踪器系统可用来在不同位置之间并以不同时间间隔移动PV板或多个PV板。这种运动可包括分立的运动周期，继以分立的静止周期。运动周期可为大约数秒，也可为大约数分钟或数小时，静止周期也可如此。当PV板发电时，以及当板是静止的且不产生任何电时，可进行所述移动。

实施例提供了涉及具有跟踪器系统的太阳能阵列的系统、方法和制品的各种特征。这些实施例可包括多种特征，其中用于移动一个或多个PV板的电力使用电缆，所述电缆也用于传输一个或多个PV板所产生的电。这些实施例还可包括多种特征，其中不需要PV跟踪器模块处的本地电力存储，并且其中PV跟踪器模块可提供多种服务，包括委派、位置报告、系统管理、倾斜报告和取向调整。

以下具体实施方式本质上仅为示例性的，并非意图限制所述主题的实施例、应用和此类实施例的用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施更优选或更有利。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。

本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。

术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或语境：

“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。

“被配置为”。各种单元或部件可被描述或主张成“被配置为”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置为”用于通过指示该单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/部件说成是被配置为执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。

如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”位置并不一定暗示该位置为某一序列中的第一个位置；相反，术语“第一”用于区分该位置与另一位置(例如，“第二”位置)。

“耦接”—以下描述提到元件或节点或特征被“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械耦接。

此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“前面”和“后面”之类的术语是指附图中提供参考的方向。如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”、“内侧”、“左侧”和“右侧”之类的术语描述了在一致但任意的参照系内组件的某些部分的取向和/或位置，或描述了在一致但任意的参照系内组件之间的相对取向和/或位置，通过参考描述所讨论(多个)组件的文字和相关的附图可以清楚地了解这些取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。

“阻止”-如本文所用，阻止用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为阻止行为、运动或条件时，它可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“阻止”还可以指减少或减小否则可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。

跟踪器系统可用于结合有电机驱动联动系统的大规模太阳能装置，所述系统可一次控制数行PV串。此类多行太阳能跟踪器系统的局限在于，它们不允许单行PV串单独移动。太阳能跟踪器系统可由各种系统和拓扑结构供电，包括从电网供应电力的专用电力电缆以及提供自存储的PV板所发电再循环的电力的专用电力电缆。

实施例可在串和单个PV板水平上提供PV板控制和操纵。这种控制可由电网供电，可由自PV板所发电再循环和存储的电力供电，以及可从其他来源供电。在实施例中，串或各个板可被它们自己的跟踪器模块移动，并可在接收来自系统级跟踪器系统的指令时局部地进行控制。供应给跟踪器模块的电力可通过电缆，该电缆用于在PV板产生电时将电从该板传输走。因此，实施例可提供具有行级致动和控制的太阳能跟踪器系统，并且可采用不需要每个跟踪器控制器由其自己的电力电缆和/或专用PV板供电的电架构。实施例还可避免需要PV跟踪器模块处的本地电池存储对该PV跟踪器模块或另一PV跟踪器模块的移动供电。

在一些实施例中，用于太阳能阵列的跟踪器系统可包括PV串跟踪器模块，所述PV串跟踪器模块被配置用于移动PV板的线性阵列。这种跟踪器模块可包括电机、传输和逻辑控制。该模块可由来自一行或多行PV串的前馈功率供电，也可由自太阳能跟踪器系统或其他来源的站集线器输送的反馈功率供电。这种反馈功率可使用从一行或多行PV板运载反馈DC或AC功率并有时运至电网的相同传输电缆。该站集线器或其他系统管理器可包括站控制器，所述站控制器被配置为确定是以前馈模式还是反馈模式运行太阳能跟踪器系统。当以前馈模式运行时，可通过多个微型逆变器、中央逆变器和它们的组合将前馈功率传输至电网。当以反馈模式运行时，可将反馈功率自站集线器传输至一个或多个PV串跟踪器模块。因此，可使用与供应来自PV板的电力的电缆相同的电缆实施行级致动范式，以在PV板阵列不产生电力期间(例如，夜间)向PV串跟踪器模块供应电力。因此，在实施例中，采用反馈功率的行级致动范式转变可提供双向电缆的用途，并且可减少对为太阳能跟踪器系统的PV串跟踪器模块供电的额外电力电缆的需求。双向电缆也可用于降低或消除对PV串跟踪器模块处或附近的本地电池存储的需求，所述本地电池存储为移动这些PV串跟踪器模块供电。

实施例可提供PV板串级致动，以及用于这种致动或用于其他功能的控制和管理特征。可独立地控制和管理串，其可包括PV板串的分立控制及PV串跟踪器模块的分立控制和管理。PV串模块可各自包括独立的控制器，其可在一天的各部分时间中由寄生PV板电源供电。例如，前馈电压可用于在一天中阳光充足的部分时间里为本地控制器以及PV串跟踪器模块的电机和其他组件供电。这些前馈电压可在600-1500VDC的范围内，并也可具有其他电压值。在优选实施例中，比来自PV板串的前馈电压低的电压可用于反馈电压，从而监测线电压的控制器可很容易地确定电压是来自PV板的前馈电压还是意在为PV串跟踪器模块供电的反馈电压。

太阳能阵列跟踪器系统的各个组件之间的通信可通过电力线、专用通信线路或优选地使用无线协议用于本地组件通信并用于达到网络接口。该跟踪器系统的组件可自我委派，并且可被配置为针对初始配置和设置以及在运行过程中轮询太阳能阵列跟踪器系统内太阳能阵列中其他组件，以管理运行和状态的改变、组件存在、组件配置状态、组件位置、组件倾斜和组件运行状态。

实施例可使用单独模块控制器来确定PV板倾斜，并且可因此不需要对每个PV板或PV板串都采用独立的测斜仪。实施例可放弃用于为本地致动器以及本地控制器或其他部件供电的本地能量存储。在实施例中，可使用寄生功率以及反馈功率进行标准日结束回溯，其可取决于可用寄生功率的状态。在天黑期间，可停止与PV跟踪器模块的通信，然后这些模块可进入静态操作模式。此外，可在夜间一致地移动PV板串，但优选地可单独地或以更小子组移动PV板串，以便管理移动所需反馈功率的量。在黄昏或低光期间，寄生功率优选地足以为各个PV跟踪器模块的移动供电。

PV模块、站集线器和任何临时站控制器之间的通信可使用PCL技术及无线技术，优选地可包括用于未来数据应用的带宽。这种通信可为PV跟踪器模块及太阳能跟踪器系统的其他子系统的自动委派提供支持。在实施例中进行的校准可包括相对于太阳、相对于笛卡尔坐标的共同参考以及相对于目标取向(例如，西南)等定位各个组件。笛卡尔坐标可测定每个PV板及PV板串的慢性偏转、俯仰和滚转。可在PV板运行生命周期中的启动和各个时期进行这些测定和记录。也可将校准持续更长时间段，来检测一个PV板或多个PV板的运行效率，并用于计算系统的偏移量，诸如预期的阴影等。这种校准可包括读取一天或更多天的电流。

图1示出了已安装的太阳能跟踪器系统的示意图，其可在实施例中采用。太阳能跟踪器系统100可包括独立致动的PV串行125，其安装在相对于太阳的预定位置和取向上。每个PV串行125都可包括一个或多个PV板串120。例如，两个或更多个PV板串120可组合为一行并机械地连接至相应PV串跟踪器模块130的驱动系统。此外，每个PV串可包括串联电连接的若干PV板110。因此，PV串跟踪器模块130可单独地移动相应PV串行125，以将PV串120的PV板110按有效系统运行的需要而取向。例如，PV串跟踪器模块130可将PV板110指向太阳，以使白天期间PV发电达到最大；或者，跟踪器模块130可将PV板110移到配载位置，例如用于夜间或天气配载。因此，跟踪器模块130可始终需要电力，包括白天和夜间。

在实施例中，跟踪器模块130可由来自相应PV串的前馈功率142供电，或者，跟踪器模块130可由从太阳能跟踪器系统100的站集线器150输送的反馈功率141供电。前馈功率142可对应例如由组合PV串行产生的额定系统功率。例如，额定系统功率可包括由PV串120供应至在PV串行125和站集线器150之间运行的电力电缆的功率。每个PV串都可与其他PV串并联电连接，因此，额定系统功率可具有对应于PV串的额定电压的额定系统电压。例如，在一实施例中，额定系统电压可大于1000伏，例如，1500伏。如下所述，站集线器150可以能够使来自电网180的电功率通过电力电缆140以低于额定系统电压的电压反馈至PV串行。举例来说，反馈功率可具有反馈电压，所述反馈电压小于额定系统电压的10％，例如，小于100伏，诸如48伏。因此，电力电缆可始终有功率可用，即前馈功率或反馈功率，以便为太阳能跟踪器系统100的跟踪器模块130供电。

图2A示出了具有太阳能跟踪器系统200的太阳能阵列的示意图，其可在实施例中采用。如图2B，该跟踪器系统200具有串级致动拓扑结构以及系统级拓扑结构。图2A中标记了站集线器150、逆变器151、电源153、站控制器152、电力电缆140、电源接头210、PV板串120、PV串跟踪器模块230、第一模块致动器220，第二模块致动器240和模块控制器250。太阳能跟踪器系统200可包括电源接头210，其可以是物理电连接器，并且沿电力电缆140具有任意或选择的位置。

如下文更详细地解释，电源接头210可位于沿电力电缆140的某点，其被电连接至一个或多个PV串120，并且至对应于PV串的跟踪器模块230。例如，PV串120可电连接到电源接头210，以将前馈功率输出到电源接头210。类似地，跟踪器模块230控制器250可与PV串120并联地电连接到电源接头210。

电源接头210可以是电力电缆140的第一端，其与PV串行120最接近且相连接。电力电缆140也可具有与电源接头相对的第二端，该第二端可连接到太阳能跟踪器系统的站集线器150。更具体地讲，电力电缆140可与站集线器150的逆变器151和电源153中的一者或多者电连接。如下所述，站集线器150还可包括站控制器152，以确定是以前馈模式还是反馈模式运行站集线器。根据运行模式，例如当站集线器150以前馈模式运行时，逆变器151可接收来自电源接头210的前馈功率，或者，例如当站集线器150以反馈模式运行时，电源153可将反馈功率输出至电源接头210。

在实施例中，跟踪器模块230可包括一个或多个板致动器和跟踪器控制器。在实施例中，跟踪器致动器中的一个可以是制动器或齿轮组或其他机械致动器。跟踪器控制系统组件中的一者或多者可与PV串并联地电连接到电源接头。

在实施例中，站控制器152可发送状态命令诸如配载、跟踪、维护和报告至跟踪器模块230的单独控制器。可使用专用接线或优选地使用无线协议诸如蓝牙、ZigBee、Z-Wave、WLAN、WPA、WEP、802.11b、802.11a、802.11g、802.11n和802.11ac，经由电力线通信(PLC)发送这些命令。站控制器152可接听来自模块控制器250以及其他来源的报告，这些报告可提供有关系统状态和单独模块230状态的信息，例如串功率、电机故障、温度、串位置等。因此，在天黑后或当PV板不产生电力时，当或如果需要移动一个或多个串120时，站集线器150可发送功率至跟踪器模块230。也可由站集线器150发送功率来监视PV串120和它们的模块230中每个的状态。

在白天时段，可使用DC电压从一个或多个PV串寄生地为PV串跟踪器模块230供电，并且在实施例中，跟踪器模块230处可不存储电力。日落后，当需要进行移动或其他管理活动时，电力可从逆变器151经由现有DC电缆140被送回(即，反馈)。

模块控制器250可独立地作用来计算设置点、电机位置以及激活和去激活对PV串120跟踪活动的支持。该模块活动在白天可由寄生功率供电，在天黑期间可由反馈功率供电。

图2B示出了具有跟踪器系统200的太阳能阵列的示意图，其可在实施例中采用。除了图2A中标记的特征之外，图2B还具有图2B中标记的反馈功率141和前馈功率142。该站集线器150的逆变器和电源可使用相应长度的电力电缆直接连接到电源接头210。例如，第一长度的电力电缆可将电源接头直接连接到逆变器，以将前馈功率142自电源接头210输送至逆变器151，第二长度的电力电缆可将电源接头直接连接到电源153，以将反馈功率141自电源输送至电源接头210。如图所示，各长度的电力电缆可在电源接头210处汇合。所述长度也可在电源接头210和站集线器150之间的另一接合点处汇合，使得单一长度的电缆分叉为第一长度和第二长度，直接连接到站集线器的相应组件。因此，上述电缆布线并非限制性的，而是示例性说明可能的电缆架构。

图3A和图3B示出了PV串跟踪器模块130，其可在实施例中采用。图3A和图3B中标记了跟踪器模块130、板致动器220、PV串端子320、传输机构330、制动器240、桩310、跟踪器控制器250、电源接头210、驱动器340、传感器350及传感器线351和352。驱动器340可以是传输机构诸如行星齿轮组的齿轮，也可具有其他配置。传感器350可优选地为霍尔效应传感器，但也可以是分流器或具有另一种配置。跟踪器模块130可按太阳能跟踪和/或系统配载的需求将对应PV串定向。因此，跟踪器模块可包括支撑传输机构330(例如，回转驱动器、连杆或其他机械驱动机构)的桩310，以将来自板致动器220的机械功率转换成PV串的移动。板致动器220可通过传输机构可操作地耦接到PV串，以影响PV串的移动。板致动器220可以是例如线性或旋转致动器(诸如电DC电机，例如DC步进电机)，并可调整尺寸以用于10kW反馈电源。也可使用其他尺寸，并可调整尺寸以适应来自系统集线器或中央逆变器的逆变器容量。

跟踪器模块130还可包括制动器240，该制动器具有制动电磁阀以限制板致动器和/或传输机构的移动。板致动器220可操作地耦接到跟踪器控制器250，其中跟踪器控制器250可提供电功率和/或电信号来驱动板致动器220。因此，跟踪器控制器250可用作跟踪器模块130和太阳能跟踪器系统100的其他组件之间的电接口或控制接口。跟踪器控制器250也可用于委派。这种委派可包括行级激活和组件变更。校准和重新校准也可作为委派活动由控制器250执行。可由控制器执行安全技术，诸如对3.5°±的总重新校准的硬停止。委派可包括相对于笛卡尔坐标确定每个PV板或PV串或PV阵列的俯仰、滚转和偏转。可由控制器250以及太阳能跟踪器系统100的其他组件形成PV板取向的精细校准。跟踪器控制器250可通过快速连接和允许维修或替换的其他技术很容易地实现替换。跟踪器控制器250可被配置用于致动器控制，来为恒定的或变化的行进速率供应功率，并且在致动器碰到硬停止或移动操作已完成时停止功率供应。跟踪器控制器250也可在初始上电时执行归位服务，并且可在启动或用于重新校准活动时用于PV串的本地太阳传感校准。默认安全模式也可由跟踪器控制器250执行。例如，通信损失和故障感测可触发控制器250来以配载模式放置PV串。

在夜间，当几乎没有任何夜间移动可优选地进行时，跟踪器控制器250可处于休眠状态。然而，当要进行夜间移动时，控制器250可用于通过与站集线器150或系统100的其他组件通信来激发反馈功率。“唤醒”消息可通过电力线或无线地由控制器250发送到其他控制器250，并且还可通过电力线或无线地发送到太阳能跟踪器系统100的其他组件。为了移动一个或多个PV板串，现在激活或接听进一步指令的控制器以及一个或多个站集线器可运行，将反馈DC功率发送至跟踪器模块130。可对这种移动进行编排和分级，以节省功率，使用现有电力，保持在现有电力电缆限制内，并且适应其他参数。当一个或多个控制器250激活后，可采用定期通信信道进行通信。

跟踪器控制器250可包括控制器端子320，该控制器端子在电源接头处电连接到电力电缆的导体。类似地，跟踪器控制器250可与PV串并联电连接。例如，从控制器端子导至电源接头的导体也可与PV串的相应PV串端子连接。

在一些实施例中，太阳能跟踪器系统的每个跟踪器控制器都可接收来自并联PV串的功率。也就是说，PV串行中的若干PV串可彼此并联连接，并连接到PV串端子。如此，即使PV串行中的一个PV串失效，跟踪器控制器250仍可接收来自PV串端子和/或电源接头的功率。在许多种配置中，跟踪器控制器250可与PV串并联电连接，如下所述。

图4A示出了与光伏串并联电连接的跟踪器控制器的示意图，其可在实施例中采用。跟踪器模块控制器250可与PV串120的段411并联电连接。在实施例中，PV串120可包括与电源接头210串联线连的若干PV板110。也就是说，PV串120的PV串端子可连接到电源接头210，使得PV串将前馈功率输出至电源接头210。在实施例中，来自跟踪器控制器250的电引线可在多个位置处电连接到PV串120的串行引线，跟踪器控制器250与PV板的子组段并行地放置在所述位置。例如，跟踪器控制器250可与PV串120中少于全部的(例如，仅一个)PV板110并联电连接。因此，段411可包括PV串120的一个或多个PV板110，跟踪器控制器250可只接收由PV串120产生的前馈功率的一部分。更具体地讲，跟踪器控制器250可接收由段411产生的前馈功率的该部分。

图4B示出了与光伏串120并联电连接的跟踪器控制器250的示意图，其可在实施例中采用。跟踪器控制器可包括电引线，所述电引线在多个位置处电连接到PV串的串行引线，跟踪器控制器与PV串的全部PV板并行地放置在所述位置。因此，段411可包括PV串120的全部PV板110。这样做时，前馈功率的整个部分可由跟踪器控制器250接收。

图4C示出了与光伏串并联电连接的跟踪器控制器的示意图，其可在实施例中采用。PV串120可包括与PV串120的PV板110串联连接的电负载420。跟踪器控制器可包括电引线，所述电引线在多个位置处电连接到PV串的串行引线，跟踪器控制器与电负载并行地放置在所述多个位置。因此，段411可包括电负载，跟踪器控制器250可接收穿过负载420的前馈功率的部分。

在上文相对于图4A至图4C所讨论的每种电配置中，跟踪器控制器250可接收来自一个或多个PV串的操作功率。例如，每个PV串行可包括4至10个PV串(例如，6个PV串)，并且因此跟踪器控制器可从几个PV串接收功率。因此，当PV串产生电并向电力电缆提供前馈功率时，跟踪器控制器可由前馈功率寄生供电。例如，在白天，在电源接头处可存在足够量的前馈功率，从而可操作地为跟踪器控制系统供电。然而在某些时候，电源接头处的前馈功率可能不足以可操作地为跟踪器控制系统供电。此时，太阳能跟踪器系统的站集线器可将功率反馈至跟踪器控制系统，如下所述。

上文所描述的电配置(例如，跟踪器控制器与PV串的段并联电连接)是示例性的，而非限制性的。例如，跟踪器控制器可与PV串的段串联电连接。因此，可通过跟踪器控制器将前馈功率从PV串输送至电源接头。类似地，在一些实施例中，PV串可具有并联电连接的几个PV板。作为又一个例子，可在PV板之间和/或PV板和跟踪器控制器之间采用串联和并联连接的组合。

图5示出了通信拓扑结构，其可在实施例中以各种级别采用。该通信拓扑结构500包括管理级别510、互联网520、设备网络级别530、站集线器540和跟踪器模块550。如图可见，站集线器540可包括各种通信模块，这些通信模块包括逆变器通信、网络交换机和以太网接口。集线器540还可包括无线通信组件。跟踪器模块550可包括无线和PLC通信模块以及单个或多个控制器。远程管理层510表明，远程管理通信可包括通过互联网520从PV阵列分离的服务器。该管理层510可以能够执行某些或所有PV阵列活动和功能，这些PV阵列活动和功能可在站集线器或跟踪器模块处执行。数据压缩和紧凑通信协议可用于带宽用途和处理效率。

图6示出了运行太阳能跟踪器的方法600的流程图，其可在实施例中采用。在操作602中，站集线器的控制器可接收一个或多个数据输入。例如，数据输入可包括站控制器所使用的输入，以确定以前馈模式还是反馈模式来运行站集线器。更具体地讲，数据输入可包括电信号(例如，传感器测量)，该电信号指示在电源接头处是否存在足够的功率来可操作地为跟踪器控制系统供电。因此，传感器测量可指示电源接头处前馈功率的当前值或预测值。因此，传感器测量可包括电源接头处电功率的测量、电源接头处电压的测量或电源接头处电流的测量。这种测量可以是当前由PV串行产生的可用于跟踪器控制器的前馈功率的瞬时指标。其他信号包括(例如)电报警错误状态。例如，站控制器可接收来自逆变器的报警信号，该报警信号表明前馈功率已降至低于预定的阈值功率水平。类似地，跟踪器控制器可被配置用于测量本地电源特性，并在可用于跟踪器控制器的前馈功率降至预定阈值之下时，向站控制器提供反馈功率请求。数据输入还可包括预测数据(诸如一天中的时间或光伏串的地理位置)，其可用于预测电源接头处的前馈功率是否会很快降至阈值水平之下。

在操作604中，基于数据输入，站集线器可确定以前馈模式还是反馈模式来运行站集线器。更具体地讲，一个或多个站集线器组件(诸如站控制器或逆变器)可执行确定操作。例如，站控制器可使用数据输入作为算法中的因子，以确定是否将功率从电源反馈到电力电缆。如上所述，当数据输入表明在电源接头处存在足够前馈功率以可操作地为跟踪器模块控制系统供电时，站控制器可确定以前馈模式运行站集线器。相反地，当数据输入表明在电源接头处不存在足够前馈功率以可操作地为跟踪器模块控制系统供电时，站控制器可确定以反馈模式运行站集线器。

除了确定是否存在足够前馈功率用于跟踪器模块控制器之外，确定是否以反馈模式运行站集线器还可包括确定跟踪器模块控制系统是否需要反馈功率。例如，在夜间，可能不存在足够寄生功率以用于跟踪器模块控制器，但是，如果无需移动PV串，则向跟踪器模块控制器反馈功率可能是无效率的。因此，站控制器可根据数据输入确定存在移动PV串(例如)用于夜间或天气配载的需求。

在操作606中，响应于确定以反馈模式运行站集线器，站集线器可将反馈功率反馈至跟踪器模块控制器。例如，站控制器可控制电源，将反馈功率通过电力总线和电力电缆输出至电源接头。因此，跟踪器模块控制器可接收来自电源接头的操作功率，以移动PV串行。

图7示出了站集线器700的示意图，其可在实施例中采用。站集线器700可包括站控制器710，用于确定以前馈模式还是反馈模式来运行站集线器。例如，当电源接头处存在足够前馈功率来为跟踪器控制系统供电时，站控制器710可确定以前馈模式运行。相反地，当电源接头处不存在足够前馈功率来为跟踪器控制系统供电时，站控制器710可确定以反馈模式运行。当以前馈模式运行站集线器700时，如上所述，跟踪器控制器可从PV串的段寄生地接收前馈功率的一部分。然而，当站集线器700以反馈模式运行时，跟踪器控制器可相反从电源接头接收反馈功率。站集线器700被显示为具有内部电压±48VDC，但也可使用其他电压。在741处显示反馈功率，而在电缆742处可得到前馈功率。内部电力线743可提供24VDC以为集线器700的内部部件供电。

如上所述，电力电缆可将站集线器电连接到电源接头。电力电缆可将前馈功率通过站集线器输送至电网。例如，电力电缆可将前馈功率输送至逆变器，并且逆变器可将来自PV串行的DC功率转换成AC功率以供应给电网。电力电缆还可将反馈功率从站集线器输送到电源接头。例如，电源可将来自电网的AC功率转换为可被反馈至跟踪器控制器的DC功率。因此，站集线器的电源可连接到站集线器的相同电力总线，该电力总线连接到电力电缆和/或逆变器。然而，当被站控制器如此控制时，电源可只输送电力至电力总线。例如，当没有足够功率来使用寄生功率运行跟踪器控制器系统时，以及当需要移动PV串行时，站控制器可控制电源，以将反馈功率输送至电力电缆。

值得注意的是，通过站集线器的电力总线传输至电网的前馈功率可不同于由电源输送至电力总线的反馈功率。在白天，PV串行可产生前馈功率，该前馈功率例如具有在300伏至1500伏之间变化的DC电压，在夜间，前馈电压可降至零。在夜间，电源可将反馈功率(例如，48伏)反馈至电力总线。这种电压的差异可以是有益的，原因如下。首先，较低的反馈电压可具有安全优势。第二，低反馈电压允许PV串行电显示为开路。更具体地讲，PV串行中的PV板作为二极管，并且当反馈电压上升到阈值水平时，PV板作为正向偏置二极管，使得反馈方法效率较低。因此，虽然最大反馈电压可能取决于串联置于PV串中的PV模块类型和/或PV板数目，但最大反馈电压可被设置在避免PV板正向偏置的水平。

站控制器可连接到电源、交换装置和逆变器，其中交换装置用于将反馈功率切换至电力总线。类似地，站控制器可电连接到跟踪器控制系统。此外，站控制器可以能够通信，以控制所有这些组件。更具体地讲，可通过电力电缆同时传输电力和通信。在一个实施例中，跟踪器控制器被配置为通过电力电缆与站控制器进行电通信。例如，使用电力线通信通过电力电缆在跟踪器控制器和站集线器之间传输通信。可使用(例如)窄带电力线通信或宽带电力线通信进行电力线通信。另外，跟踪器控制器可通过无线或其他网络通信标准与站控制器通信。以举例而非限定的方式，无线通信可包括具有高带宽(例如，150Mbps)的基于标准的无线通信，并可在300米或更低的范围有效。站控制器和跟踪器控制器之间的通信也可使用其他无线通信技术提供，仅举几例，诸如蓝牙通信、ZigBee通信或低功率无线个域网上IPv6通信等。此外，控制器可配备必要的电子硬件，以有助于这种通信，包括调制解调器、路由器、天线等。

在实施例中，当跟踪器控制系统需要反馈功率移动光伏串时，站控制器和跟踪器控制器之间的通信可用于仅反馈功率。例如，虽然反馈功率始终都可用于太阳能跟踪器系统，但可能仅在夜间(或者接近黎明或黄昏)当出于一些原因(例如由于恶劣天气条件配载PV串)而必须移动PV串时才需要它。因此，跟踪器控制器和站控制器之间的通信可包括唤醒序列，诸如可从站控制器输送到跟踪器控制器的唤醒信号。此外，唤醒序列可包括等待期，以允许跟踪器控制器启动，然后接下来是通信以查询跟踪器控制器和/或将功率输送至跟踪器控制器，从而驱动板致动器。

图8是中央逆变器支撑拓扑结构的示意图，其可在实施例中采用。串逆变器851可从PV板的串接收DC功率，并可供应AC功率至变压器852和站集线器850。可采用这种拓扑结构用于中央逆变器太阳能系统，并可使用寄生功率提供可插拔电源，用于PLC模块和其他组件。在这些中央逆变器拓扑结构中，站集线器850可以与变压器852集成。当通过中央逆变器供电时，跟踪器系统的组件将是AC组件，而不是DC组件。

图9是跟踪器模块控制器的示意图，其可在实施例中采用。控制器920架构及其与其他组件的连接可见于图9。图9中的控制器920被图示为具有逻辑电源921、主电源接口922、主电源接口923，蓝牙调制解调器924、内核925、PLC调制解调器926、电磁阀驱动器929、致动器驱动器928和电流监视器927。逻辑电源921可用于产生3.3V、5V和12V的DC逻辑电压以及其他逻辑电压范围，或与这些DC逻辑电压接合。主电源接口922和923可被配置为接受用于为电机930或其他致动器供电的主电源。这些接口922和923还可将主电源转换为较低的工作电压。这些接口922和923还可以监视来自AC站950的功率，以确定所供应的反馈功率。控制器920可确定反馈功率通过所测量的电压量供应。低于600V的电压可被认为是反馈电压，而600V或更高的电压可被归为前馈电压。控制器920还可控制电磁阀941和942，其可用于启动或接合制动器941、行星齿轮942或正在与电机一起采用的任何其他致动器配置。

在实施例中，控制器920可以是半自主跟踪控制器，它可在没有外部命令的情况下运行几个小时。对于时间、地点、配载条件以及通信网关功能和数据，控制器920可依靠站集线器150。对于致动和控制，DC电机930可依靠控制器。电机驱动器928可与电机930中的磁编码器通信，该磁驱动器可用于位置反馈。这种位置反馈可用于减少或消除对测斜仪的需求，因为倾斜角度或其他位置反馈可由位置反馈来提供。电机驱动器928还可支持硬停止归位，其中PV板可在运行路径上达到硬停止之后复位到归位位置。PLC调制解调器926可通过电力线插入通信，而无线调制解调器924可用于通过无线协议(诸如

)插入通信。电流监视器927可使得能够基于检测电压和预期电压进行太阳位置和行间阴影的检测。可使用远程感测装置测量串电流并发送到控制器920，而串电压可在主电源处获得。电流感测可通过一个或多个串上的在线装置执行，并发送回电流监视器927。这些测量可用于确定PV功率，该PV功率可用于确定太阳位置和行间阴影。

无线调制解调器924可用于本地UI，并可使用

或其他协议使得能够与手机、平板电脑配对，或使用自定义UI应用使得能够与PC配对。调制解调器924还可用于系统通信，并允许在主要基础以及在次要备份基础上诊断和控制。

如上文对图4A至图4C所说明的，电源921、922和923可与最大产生1500VDC的PV板全串并联连接。该VDC可被控制器920用于日常操作。在晚上和其他时候，当该1500VDC不可用时，AC站可反过来向接口922和923提供48VDC。接口921(逻辑接口)还可接收反馈电压，并可将其转换为供逻辑电路在3.3V、5V、12V等处使用的低压。48VDC或其他电压(例如420VDC)还可用于驱动电机930和一个或多个电磁阀(诸如941和942)。

图10是监督站控制器1000的示意图，其可在实施例中采用。除了上文所述的模块控制器和站集线器之外，该监督控制器1000还可位于站集线器中。该监督控制器1000可用于自动计量应用以及运行自定义系统级应用。该监督控制器可使用无线协议与集线器和模块控制器通信。图10中标记了OS 1001、以太网接口1090、时钟1080、电源监视器1070、调制解调器1060、RLA应用1010、NTP服务器接口1020、MODBUS TCP 1030、路由器1040和缓冲器1050。

参见图11，示出了系统管理器1100的示意图，其可在实施例中采用。计算机系统管理器可并入一个或多个跟踪器控制器或集线器控制器中，以执行上述那些控制器的各种操作。该计算机系统是示例性的，并且本发明的实施例可在多种不同的计算机系统上运行或由多种不同的计算机系统控制，所述多种不同的计算机系统包括通用联网计算机系统、嵌入式计算机系统、路由器、交换机、服务器装置、客户端装置、各种中间装置/节点、独立计算机系统等。在一个实施例中，计算机系统包括用于通信信息的地址/数据总线1180。例如，计算机系统可包括具有中央处理单元1140的主逻辑板，其耦接到总线以用于处理信息和指令。计算机系统的主逻辑板还可包括耦接到总线用于为中央处理单元存储信息和指令的数据存储特征，诸如计算机可用易失性存储器1120，例如，动态随机存取存储器(DRAM)。计算机可用非易失性存储器1130(例如只读存储器(ROM))也可耦接到总线和/或安装在主逻辑板上，用于为中央处理器1140存储静态信息和指令。除了处理和存储硬件之外，计算机系统还可包括各种输入和输出装置。例如，计算机系统可包括耦接到总线的字母数字输入装置1160和/或光标控制装置1150，用于将用户输入信息和命令选择通信到中央处理单元。同样，计算机系统可包括耦接到总线用于向用户显示信息的显示装置1170。

尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子旨在为说明性的而非限制性的，除非另有说明。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。

本公开的范围包括本文所(明示或暗示)公开的任何特征或特征组合，或其任何概括，不管其是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中枚举的特定形式组合。

Claims (20)

1.一种太阳能PV阵列跟踪器系统，包括：

光伏串，所述光伏串具有串联电连接的多个光伏板，其中所述光伏串电连接到电源接头，以将前馈功率输出至所述电源接头；以及

跟踪器模块，所述跟踪器模块包括可操作地耦接到所述光伏串并耦接到跟踪器控制器的板致动器，其中所述跟踪器控制器与所述光伏串的段并联电连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，还包括站集线器，所述站集线器包括：

站控制器，所述站控制器被配置为确定以前馈模式还是后馈模式来运行所述站集线器；

逆变器，所述逆变器电连接到所述电源接头，其中当所述站集线器以所述前馈模式运行时，所述逆变器接收来自所述电源接头的前馈功率；以及

电源，所述电源电连接到所述电源接头，其中当所述站集线器以所述后馈模式运行时，所述电源将反馈功率输出至所述电源接头。

3.根据权利要求2所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，其中当所述站集线器以所述前馈模式运行时，所述跟踪器控制器接收来自所述段的所述前馈功率的一部分，并且其中当所述站集线器以所述反馈模式运行时，所述跟踪器控制器接收来自所述电源接头的所述反馈功率。

4.根据权利要求3所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，其中所述前馈功率包括额定系统电压，并且其中所述反馈功率包括小于所述额定系统电压的10％的反馈电压。

5.根据权利要求4所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，其中所述额定系统电压大于1000伏，并且其中所述反馈电压小于100伏。

6.根据权利要求5所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，其中所述段包括所述多个光伏板中的一者或多者。

7.根据权利要求5所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，其中所述段包括与所述多个光伏板串联连接的电负载。

8.根据权利要求2所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，还包括将所述站集线器电连接至所述电源接头的电力电缆，其中所述电力电缆在所述站集线器和所述电源接头之间传输所述前馈功率和所述反馈功率，并且其中所述跟踪器控制器被配置为使用电力线通信通过所述电力电缆与所述站控制器进行电通信。

9.根据权利要求2所述的太阳能PV阵列跟踪器系统，其中所述跟踪器控制器被配置为与所述站控制器无线地通信。

10.一种运行太阳能PV阵列跟踪器系统的方法，包括：

通过站集线器的站控制器接收来自电源接头的一个或多个数据输入；

基于所述数据输入，确定以前馈模式还是反馈模式来运行所述站集线器；以及

响应于确定以所述反馈模式来运行所述站集线器，将来自所述站集线器的电源的反馈功率反馈至所述电源接头。

11.根据权利要求10所述的方法，其中当所述数据输入表明所述电源接头处存在足够的前馈功率以可操作地为跟踪器控制系统供电时，确定以所述前馈模式运行所述站集线器，并且其中当所述数据输入表明所述电源接头处不存在足够的前馈功率以可操作地为所述跟踪器控制系统供电时，确定以所述反馈模式运行所述站集线器。

12.根据权利要求11所述的方法，其中确定是否以所述反馈模式运行所述站集线器还包括确定所述跟踪器控制系统是否需要所述反馈功率来移动具有多个光伏板的光伏串。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述数据输入包括传感器测量，所述传感器测量指示以下一者或多者的当前值或预测值中的一者或多者：所述电源接头处的电功率、所述电源接头处的电压、所述电源接头处的电流、电报警错误状态、一天中的时间或光伏串的地理位置。

14.一种PV串跟踪器模块，包括：

跟踪器控制器，所述跟踪器控制器被配置为当所述PV板在日光下运行时接收来自PV板阵列的寄生功率，

所述跟踪器控制器进一步被配置为当PV板不运行时接收反馈功率，

其中，使用所述PV板阵列的电力输出电缆将所述反馈功率提供至所述跟踪器控制器。

15.根据权利要求14所述的PV串跟踪器模块，还包括：

板致动器，所述板致动器被配置为接收反馈功率并使用所接收的所述反馈功率移动所述PV板阵列。

16.根据权利要求14所述的PV串跟踪器模块，其中所述跟踪器控制器进一步被配置为对所述PV板阵列进行委任，并使用板致动器以确定所述PV板阵列中的一个或多个板的倾斜角度。

17.根据权利要求14所述的PV串跟踪器模块，还包括：

支撑所述模块的桩；

耦接到所述PV板阵列的第一致动器驱动器；以及

被定位且被配置为锁定所述第一致动器驱动器的移动的第二致动器驱动器。

18.根据权利要求14所述的PV串跟踪器模块，其中所述跟踪器控制器被配置用于确定是否有反馈功率或寄生功率可供所述控制器使用。

19.根据权利要求14所述的PV串跟踪器模块，其中所述跟踪器控制器包括无线通信收发机，并且被配置为使用所述收发机与站集线器通信。

20.根据权利要求14所述的PV串跟踪器模块，其中所述跟踪器控制器被配置为通过短距离无线连接和用于设置、维护或用户管理中的一者或多者的图形用户界面与用户进行通信。

Images