CN117477745A - 一种可重构光伏电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构光伏电池系统，包括：光伏电池组、Buck/Boost电路、缓冲吸收电路以及模式配置电路，三者通过模式配置电路的多个开关实现连接；每个光伏电池串联一个开关SR且并联一个开关SL；通过配置各个开关的导通与关断并配合Buck/Boost电路进行升压/降压/不工作，使系统以下任一种模式向负载输出电能：光伏电池组直接输出、光伏电池组直接输出且同时为缓冲吸收电路充电、缓冲吸收电路升压输出、光伏电池组和缓冲吸收电路直接串联输出、缓冲吸收电路升压后和光伏电池串联输出、缓冲吸收电路升压后和光伏电池组并联输出。本发明有效避免了热斑效应，降低了系统的功率损耗。

Description

一种可重构光伏电池系统

技术领域

本发明属于光伏电池系统领域，具体涉及一种可重构光伏电池系统。

背景技术

随着环境污染和能源短缺问题的日益加重，绿色环保、可再生的光伏发电逐渐受到人们的关注。光伏电池有很多优点：光伏资源取之不尽，用之不竭且资源随处可得，可就近供电，避免电能损失。光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电能的转换，不存在机械磨损。光伏发电本身不使用燃料，不污染空气，不产生噪声，对环境友好。光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长。

然而，相比其他可再生能源，光伏发电容易受到外界环境的影响发生故障，如阴影、鸟粪等原因，光伏电池会出现输出电压降低，功率减小的情况，从而出现热斑现象。热斑现象是指当光伏组件中某一个电池被遮挡时，其短路电流小于其它组件的短路电流，就可能在某种情况下带上负电压，即其在电路中不再作为电源，而是作为负载消耗其他正常电池产生的功率，而且这些被消耗的功率会在故障组件上转换为热能，导致这一组件温度升高，当温度升高到一定程度就会烧毁组件表面的封装材料，甚至会烧坏单个光伏电池的物理结构。

国际上公认的避免热斑效应的方案都是为组件中的单体光伏电池并联上一个旁路二极管，一般来说，一个由36个单体光伏电池串联的商用光伏组件中，每18个单体光伏电池会并联上一个旁路二极管，当被遮挡局部带有负压而且其大小也达到二极管导通电压的时候，旁路二极管可以把被遮挡部分短路，使得只有很少的电流流过被遮挡部分电路，从而避免热斑效应带来的过热影响。

但是，并联二极管也存在缺点，首先大量的二极管带来了成本的增加，并且增加了功率的损耗。其次，对于低电压阵列，例如便携式光伏设备或者小型低电压阵列，并联二极管的偏置电压会对阵列的工作电压影响较大。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种可重构光伏电池系统。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种可重构光伏电池系统，包括：光伏电池组、Buck/Boost电路、缓冲吸收电路以及模式配置电路；

所述光伏电池组包括串联在一起的多个光伏电池，每个光伏电池均串联一个开关SR且并联一个开关SL；其中，断开任一光伏电池串联的开关SR并闭合该光伏电池并联的开关SL，该光伏电池从所述光伏电池组移出；

所述模式配置电路包括多个开关；所述光伏电池组、所述缓冲吸收电路以及所述Buck/Boost电路三者通过所述多个开关实现连接；

其中，通过配置各个所述开关SR、各个所述开关SL以及所述多个开关的导通与关断并配合所述Buck/Boost电路进行升压/降压/不工作，使得所述系统按照以下模式中的任意一种模式向负载输出电能：

光伏电池组直接输出的第一模式、光伏电池组直接输出且同时为缓冲吸收电路充电的第二模式、缓冲吸收电路升压输出的第三模式、光伏电池组和缓冲吸收电路直接串联输出的第四模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池串联输出的第五模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池组并联输出的第六模式，以及缓冲吸收电路和光伏电池组直接并联输出的第七模式。

在一个实施例中，所述缓冲吸收电路包括：缓冲电池和二极管D1；

所述模式配置电路，包括：开关S1、开关S2以及开关S3；

所述光伏电池组的正极连接开关S3的第一端和所述负载的正极；所述光伏电池组的负极连接开关S1的第一端、开关S2的第一端、开关S3的第二端以及所述二极管D1的负极；

所述缓冲电池的正极连接开关S1的第二端和所述Buck/Boost电路的第一端；所述缓冲电池的负极连接所述二极管D1的正极、所述Buck/Boost电路的参考地以及所述负载的负极；其中，所述Buck/Boost电路的第一端在所述Buck/Boost电路升压工作时为升压输入端，且在所述Buck/Boost电路的降压工作时为降压输出端；

所述Buck/Boost电路的第一端连接所述缓冲电池的正极和开关S1的第二端；所述Buck/Boost电路的第二端连接开关S2的第二端和开关S3的第二端；所述Buck/Boost电路的参考地连接所述缓冲电池的负极、所述二极管D1的正极以及所述负载的负极；其中，所述Buck/Boost电路的第二端在所述Buck/Boost电路升压工作时为升压输出端，且在所述Buck/Boost电路的降压工作时为降压输入端。

在一个实施例中，所述系统还包括：第一检测模块和控制模块；

所述第一检测模块，用于检测所述光伏电池组和所述缓冲电池的电性能指标；

所述控制模块，用于根据所述电性能指标控制所述系统按照所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式、所述第四模式、所述第五模式、所述第六模式或所述第七模式工作。

在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且所述缓冲电池的电量充足时，控制所述系统按照所述第一模式向负载输出电能；

所述第一模式中，开关S1、开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR均闭合，所述Buck/Boost电路不工作。

在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且所述缓冲电池的电量不足时，控制所述系统按照所述第二模式向负载输出电能；

所述第二模式中，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，所述Buck/Boost电路降压工作。

在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所有光伏电池均无法正常输出时，控制所述系统按照所述第三模式向负载输出电能；

所述第三模式中，所有SR开关、所有SL开关、开关S1以及开关S2均断开，开关S3闭合，所述Buck/Boost电路升压工作。

在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值、且不低于预设的第二阈值时，控制所述系统按照所述第四模式向负载输出电能；其中，所述第一阈值高于所述第二阈值；

所述第四模式中，开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池开关SR以及开关S1均闭合，所述Buck/Boost电路不工作。

在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值时，控制所述系统按照所述第五模式向负载输出电能；

所述第五模式中，开关S1、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR以及开关S2均闭合，所述Buck/Boost电路升压工作。

在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值且输出功率低于预设的第三阈值时，控制所述系统按照所述第六模式向负载输出电能；

所述第六模式中，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，所述Buck/Boost电路升压工作。

在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值且不低于预设的第二阈值，且该光伏电池组的输出功率低于预设的第三阈值时，控制所述系统按照所述第七模式向负载输出电能；

所述第七模式中，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，所述Buck/Boost电路不工作。

本发明提供的可重构光伏电池系统，通过断开任一光伏电池串联的开关SR并闭合该光伏电池并联的开关SL，即可将该光伏电池从光伏电池组移出，从而避免其作为负载消耗其他正常光伏电池产生的功率，有效避免了热斑效应，确保了系统的安全。其中，本发明将光伏电池从光伏电池组移出的旁路操作通过开关而不是二极管实现，不仅降低了系统的功率损耗，降低了资源浪费，且对系统的工作电压影响较小。此外，通过配置系统中开关的导通与关断并配合Buck/Boost电路进行升压/降压/不工作，使得系统可以按照不同的模式向负载输出电能，从而适配不同的场景，保证了系统的输出。

以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种可重构光伏电池系统的结构示意图；

图2示出了图1所示可重构光伏电池系统中的光伏电池被旁路时的能量流路径；

图3示出了图1所示可重构光伏电池系统工作在第一模式时的能量流路径；

图4示出了图1所示可重构光伏电池系统工作在第二模式时的能量流路径；

图5示出了图1所示可重构光伏电池系统工作在第三模式时的能量流路径；

图6示出了图1所示可重构光伏电池系统工作在第四模式时的能量流路径；

图7示出了图1所示可重构光伏电池系统工作在第五模式时的能量流路径；

图8示出了图1所示可重构光伏电池系统工作在第六模式或第七模式时的能量流路径。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

为了解决现有技术所存在的技术问题，本发明实施例提供了一种可重构光伏电池系统。如图1所示，该系统包括：光伏电池组、Buck/Boost电路、缓冲吸收电路以及模式配置电路。

如图1所示，光伏电池组包括串联在一起的多个光伏电池，每个光伏电池均串联一个开关SR且并联一个开关SL；其中，断开任一光伏电池串联的开关SR并闭合该光伏电池并联的开关SL，即可将该光伏电池从光伏电池组移出，避免该光伏电池作为负载消耗其他正常光伏电池产生的功率，有效避免了热斑效应，确保了系统的安全。

如图2所示，断开光伏电池C2串联的开关SR2并闭合该光伏电池并联的开关SL2后，原本流过光伏电池C2的电流从其并联的开关SL2旁路流出，实现了将光伏电池C2从光伏电池组移出，且不影响其他剩余的光伏电池串联形成的光伏电池组的正常工作。

其中，本发明实施例将光伏电池从光伏电池组移出的旁路操作通过开关而不是二极管实现，不仅降低了系统的功率损耗，降低了资源浪费，且对系统的工作电压影响较小，因此系统可以作为低电压阵列。

继续参见图1所示，模式配置电路包括多个开关；光伏电池组、缓冲吸收电路以及Buck/Boost电路三者通过模式配置电路包括的多个开关实现连接。其中，通过配置各个开关SR、各个开关SL以及模式配置电路包括的多个开关的导通与关断并配合Buck/Boost电路进行升压/降压/不工作，可以使得系统按照以下模式中的任意一种模式向负载输出电能：

光伏电池组直接输出的第一模式、光伏电池组直接输出且同时为缓冲吸收电路充电的第二模式、缓冲吸收电路升压输出的第三模式、光伏电池组和缓冲吸收电路直接串联输出的第四模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池串联输出的第五模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池组并联输出的第六模式，以及缓冲吸收电路和光伏电池组直接并联输出的第七模式。

由此，使得系统可以按照不同的模式向负载输出电能，从而适配不同的场景，保证了系统的输出。

可以理解的是，本发明实施例提供的可重构光伏电池系统一方面实现了光伏电池组的电池数量的可重构，另一方面实现了对外供能模式的可重构。

在一个实施例中，如图1所示，缓冲吸收电路可以包括：缓冲电池和二极管D1；模式配置电路，可以包括：开关S1、开关S2以及开关S3。

其中，光伏电池组的正极连接开关S3的第一端和负载的正极；光伏电池组的负极连接开关S1的第一端、开关S2的第一端、开关S3的第二端以及二极管D1的负极。缓冲电池的正极连接开关S1的第二端和Buck/Boost电路的第一端；缓冲电池的负极连接二极管D1的正极、Buck/Boost电路的参考地以及负载的负极。Buck/Boost电路的第一端连接缓冲电池的正极和开关S1的第二端；Buck/Boost电路的第二端连接开关S2的第二端和开关S3的第二端；Buck/Boost电路的参考地连接缓冲电池的负极、二极管D1的正极以及负载的负极。其中，Buck/Boost电路的第一端在Buck/Boost电路升压工作时为升压输入端，且在Buck/Boost电路的降压工作时为降压输出端；Buck/Boost电路的第二端在Buck/Boost电路升压工作时为升压输出端，且在Buck/Boost电路的降压工作时为降压输入端。

如图1所示，Buck/Boost电路包括MOS管M1、MOS管M2、二极管D2、二极管D3以及电感L。其中，关断MOS管M1和MOS管M2，Buck/Boost电路不工作；给MOS管M1加载PWM(Pulse widthmodulation wave，脉冲宽度调制)信号并关断MOS管M2，则Buck/Boost电路降压工作，此时Buck/Boost电路为一个Buck降压电路；给MOS管M2加载PWM信号并关断MOS管M1，则Buck/Boost电路升压工作，此时Buck/Boost电路为一个Boost升压电路。

从图1中可以看到，当开关S1闭合，缓冲电池与光伏电池组直接串联，当开关S1断开，则缓冲电池与光伏电池组只能通过Buck/Boost电路连接。当开关S2闭合，则缓冲电池与光伏电池组通过Buck/Boost电路串联连接，此时缓冲电池可以通过Buck/Boost电路升压后与光伏电池组串联输出给负载。当S3开关闭合，则缓冲电池与光伏电池组、负载能够实现连接，此时若光伏电池组有功率输出，则光伏电池组可以正常给负载供电，并且可以通过Buck/Boost电路给缓冲电池降压充电；若光伏电池组没有输出，则缓冲电池可以通过Buck/Boost升压后单独给负载供电；若光伏电池输出功率不够，则缓冲电池并联和光伏电池组可以并联后同时给负载供电。

基于图1中所示出的模式配置电路，下面对系统工作在不同模式下各个开关的通断以及Buck/Boost电路的工作状态进行详细说明。

当系统按照第一模式向负载输出电能时，开关S1、开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR均闭合，Buck/Boost电路不工作。如图3所示，在第一模式下，电流从光伏电池组的正极输出经过负载和二极管D1返回光伏电池组的负极。

当系统按照第二模式向负载输出电能时，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，Buck/Boost电路降压工作。如图4所示，在第二模式下，电流从光伏电池组的正极输出，一部分经过负载和二极管D1后返回光伏电池组的负极，另一部分电流经由闭合的开关S3进入Buck/Boost电路，通过Buck/Boost电路的降压工作给缓冲电池充电，最后电流从缓冲电池的负极流出后经过二极管D1返回光伏电池组的负极。

当系统按照第三模式向负载输出电能时，所有SR开关、所有SL开关、开关S1以及开关S2均断开，开关S3闭合，Buck/Boost电路升压工作。如图5所示，在第三模式下，由于所有SR开关和所有SL开关均断开，因此光伏电池组不参与输出，电流从缓冲电池的正极输出后进入Buck/Boost电路，通过Buck/Boost电路的升压后经由二极管D2、开关S3进入负载的正极，然后从负载的负极返回缓冲电池的负极。

当系统按照第四模式向负载输出电能时，开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池开关SR以及开关S1均闭合，Buck/Boost电路不工作。如图6所示，在第四模式下，由于开关S1闭合，因此光伏电池组和缓冲电池两者直接串联在一起形成了一个复合电池组，电流从复合电池组的正极输出，由于开关S3断开，因此电流不会经过开关S3进入Buck/Boost电路，而是直接进入负载的正极，并从负载的负极返回复合电池组的负极。

当系统按照第五模式向负载输出电能时，开关S1、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR以及开关S2均闭合，Buck/Boost电路升压工作。如图7所示，在第五模式下，由于开关S1断开，因此光伏电池组和缓冲电池两者的串联通路被断开；电流从光伏电池组的正极输出；由于开关S3断开，因此该电流不经过开关S3进入Buck/Boost电路，而是直接进入负载的正极，并从负载的负极流出进入到缓冲电池的负极；由于开关S2闭合，因此电流从缓冲电池的正极流出后，经由电感L进入Buck/Boost电路，Buck/Boost电路升压工作，最后电流从二极管D2、开关S2返回到光伏电池组的负极，由此因此形成了缓冲电池升压后与光伏电池组串联输出的回路。

当系统按照第六模式向负载输出电能时，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，Buck/Boost电路升压工作。如图8所示，在第六模式下，由于开关S1断开，因此光伏电池组和缓冲电池两者的串联通路被断开；一方面，电流从光伏电池组的正极输出，经过负载和二极管D1返回光伏电池组的负极；另一方面，电流从缓冲电池的正极流出，经过电感L进入Buck/Boost电路，Buck/Boost电路升压工作，最后电流从二极管D2以及开关S3进入负载的正极，从负载的负极流出后返回缓冲电池的负极。

当系统按照第七模式向负载输出电能时，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，Buck/Boost电路不工作。在第七模式下，电流的行走路径和第六模式相同，第六模式和第七模式的系统配置区别是第六模式中MOS管M2被PWM信号驱动，MOS管M1关断，而在第七模式中，MOS管M2和MOS管M1都是关断的。

需要说明的是，图2～图8中并未具体示出各个开关实际的通断状态以及Buck/Boost电路中的MOS管的通断状态，具体的通断状态以上文的文字描述为准。

在一个实施例中，本发明实施例提供的可重构光伏电池系统还可以包括：第一检测模块和控制模块；

第一检测模块，用于检测光伏电池组和缓冲电池的电性能指标；

控制模块，用于根据第一检测模块检测的电性能指标控制系统按照第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式、第六模式或第七模式工作。

其中，控制模块根据第一检测模块检测的电性能指标控制系统按照第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式、第六模式或第七模式工作的具体实现方式存在多种。

示例性的，在第一种实现方式中，控制模块，具体用于：

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定光伏电池组中有故障光伏电池时，断开故障光伏电池串联的开关SR，并闭合故障光伏电池并联的开关SL；实际中控制模块可根据缓冲电池的输出是否欠压来确定其是否为故障光伏电池；

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且缓冲电池的电量充足时，控制系统按照第一模式向负载输出电能，也即此时开关S1、开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR均闭合，Buck/Boost电路不工作。

在实际应用中，第一模式通常应用在光照充沛，没有遮挡的情况下。

在第二种实现方式中，控制模块，具体用于：

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定光伏电池组中有故障光伏电池时，断开故障光伏电池串联的开关SR，并闭合故障光伏电池并联的开关SL；

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且缓冲电池的电量不足时，控制系统按照第二模式向负载输出电能，也即此时开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，Buck/Boost电路降压工作。

在实际应用中，第二模式通常应用在日出不久后，也即缓冲电池在夜间放电完毕，在白天充电。

在第三种实现方式中，控制模块，具体用于：

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定所有光伏电池均无法正常输出时，控制系统按照第三模式向负载输出电能，也即此时所有SR开关、所有SL开关、开关S1以及开关S2均断开，开关S3闭合，Buck/Boost电路升压工作。

在实际应用中，第三模式通常应用阴天或者夜晚等光照严重不足的场景。

在第四种实现方式中，控制模块，具体用于：

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定光伏电池组中有故障光伏电池时，断开故障光伏电池串联的开关SR，并闭合故障光伏电池并联的开关SL；

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值时，控制系统按照第四模式向负载输出电能，也即此时开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池开关SR以及开关S1均闭合，Buck/Boost电路不工作。其中，光伏电池组的输出电压低于第一阈值且不低于第二阈值，表示光伏电池组有轻微欠压的现象。

在实际应用中，第四模式通常应用在光伏电池组被少量遮挡的场景，此时将缓冲电池与光伏电池组串联以补充所欠缺的电压。

在第五种实现方式中，控制模块，具体用于：

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定光伏电池组中有故障光伏电池时，断开故障光伏电池串联的开关SR，并闭合故障光伏电池并联的开关SL；

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值时，控制系统按照第五模式向负载输出电能，也即此时开关S1、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR以及开关S2均闭合，Buck/Boost电路升压工作。其中，光伏电池组的输出电压低于第二阈值表示光伏电池组欠压严重。

在实际应用中，第五模式通常应用在光照条件长时间不足导致光伏电池组严重欠压的场景。

在第六种实现方式中，控制模块，具体用于：

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定光伏电池组中有故障光伏电池时，断开故障光伏电池串联的开关SR，并闭合故障光伏电池并联的开关SL；

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值且输出功率低于预设的第三阈值时，控制系统按照第六模式向负载输出电能，也即此时开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，Buck/Boost电路升压工作。

可以理解的是，光伏电池组的输出电压低于第二阈值且输出功率低于第三阈值，表示光伏电池组欠压严重且输出功率不足。

在实际应用中，第六模式通常应用在负载有大功率需求、光伏电池组欠压严重，且缓冲电池的电量充足的场景。

在第七种实现方式中，控制模块，具体用于：

当根据第一检测模块检测的电性能指标确定光伏电池组中有故障光伏电池时，断开故障光伏电池串联的开关SR，并闭合故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值且不低于预设的第二阈值，且该光伏电池组的输出功率低于预设的第三阈值时，控制所述系统按照所述第七模式向负载输出电能，也即此时开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，Buck/Boost电路不工作。

在实际应用中，第七模式通常应用在负载有大功率需求的场景，如果第一检测模块检测到负载有大功率需求，同时缓冲电池的电量不是很足，则使用第七模式向负载输出功率。

可以理解的是，实际应用中系统的各种模式的切换契机并不局限于上文所列举的七种实现方式，可以灵活运用，本发明实施例不再赘述。

在一个实施例中，本发明实施例提供的可重构光伏电池系统还可以包括：第二检测模块；

第二检测模块，用于检测光伏电池组所在环境的光照条件；

控制模块，具体用于：根据第一检测模块检测到的电性能指标和第二检测模块检测到的光照条件，控制系统按照第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式、第六模式或第七模式工作。

具体的，当控制模块仅根据第一检测模块检测的电性能指标确定当前可以按照第二模式工作时，此时控制模块可以同时考虑光照条件，如果光照充足，控制系统按照第二模式工作，如果光照不充足，则控制系统按照第一模式工作。这是因为当光照不足时，光伏电池组的电能应优先供给负载，以避免因给缓冲电池导致的光伏电池组的电能快速消耗又无法及时补充的问题。其他情况下控制模块的控制方式可以与控制模块仅根据电性能指标控制系统的工作模式的方式相同，此处不赘。

综上，本发明实施例提供的可重构光伏电池系统有效避免了热斑效应，确保了系统的安全，降低了系统的功率损耗，对系统的工作电压影响较小，适配不同的场景，保证了系统的供能输出。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图以及公开内容，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在本发明的描述中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外,相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可重构光伏电池系统，其特征在于，包括：光伏电池组、Buck/Boost电路、缓冲吸收电路以及模式配置电路；

所述光伏电池组包括串联在一起的多个光伏电池，每个光伏电池均串联一个开关SR且并联一个开关SL；其中，断开任一光伏电池串联的开关SR并闭合该光伏电池并联的开关SL，该光伏电池从所述光伏电池组移出；

所述模式配置电路包括多个开关；所述光伏电池组、所述缓冲吸收电路以及所述Buck/Boost电路三者通过所述多个开关实现连接；

其中，通过配置各个所述开关SR、各个所述开关SL以及所述多个开关的导通与关断并配合所述Buck/Boost电路进行升压/降压/不工作，使得所述系统按照以下模式中的任意一种模式向负载输出电能：

光伏电池组直接输出的第一模式、光伏电池组直接输出且同时为缓冲吸收电路充电的第二模式、缓冲吸收电路升压输出的第三模式、光伏电池组和缓冲吸收电路直接串联输出的第四模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池串联输出的第五模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池组并联输出的第六模式，以及缓冲吸收电路和光伏电池组直接并联输出的第七模式。

2.根据权利要求1所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，

所述缓冲吸收电路包括：缓冲电池和二极管D1；

所述模式配置电路，包括：开关S1、开关S2以及开关S3；

所述光伏电池组的正极连接开关S3的第一端和所述负载的正极；所述光伏电池组的负极连接开关S1的第一端、开关S2的第一端、开关S3的第二端以及所述二极管D1的负极；

所述缓冲电池的正极连接开关S1的第二端和所述Buck/Boost电路的第一端；所述缓冲电池的负极连接所述二极管D1的正极、所述Buck/Boost电路的参考地以及所述负载的负极；其中，所述Buck/Boost电路的第一端在所述Buck/Boost电路升压工作时为升压输入端，且在所述Buck/Boost电路的降压工作时为降压输出端；

所述Buck/Boost电路的第一端连接所述缓冲电池的正极和开关S1的第二端；所述Buck/Boost电路的第二端连接开关S2的第二端和开关S3的第二端；所述Buck/Boost电路的参考地连接所述缓冲电池的负极、所述二极管D1的正极以及所述负载的负极；其中，所述Buck/Boost电路的第二端在所述Buck/Boost电路升压工作时为升压输出端，且在所述Buck/Boost电路的降压工作时为降压输入端。

3.根据权利要求2所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述系统还包括：第一检测模块和控制模块；

所述第一检测模块，用于检测所述光伏电池组和所述缓冲电池的电性能指标；

所述控制模块，用于根据所述电性能指标控制所述系统按照所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式、所述第四模式、所述第五模式、所述第六模式或所述第七模式工作。

4.根据权利要求3所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且所述缓冲电池的电量充足时，控制所述系统按照所述第一模式向负载输出电能；

所述第一模式中，开关S1、开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR均闭合，所述Buck/Boost电路不工作。

5.根据权利要求3所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且所述缓冲电池的电量不足时，控制所述系统按照所述第二模式向负载输出电能；

所述第二模式中，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，所述Buck/Boost电路降压工作。

6.根据权利要求3所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所有光伏电池均无法正常输出时，控制所述系统按照所述第三模式向负载输出电能；

所述第三模式中，所有SR开关、所有SL开关、开关S1以及开关S2均断开，开关S3闭合，所述Buck/Boost电路升压工作。

7.根据权利要求3所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值、且不低于预设的第二阈值时，控制所述系统按照所述第四模式向负载输出电能；其中，所述第一阈值高于所述第二阈值；

所述第四模式中，开关S2、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池开关SR以及开关S1均闭合，所述Buck/Boost电路不工作。

8.根据权利要求3所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值时，控制所述系统按照所述第五模式向负载输出电能；

所述第五模式中，开关S1、开关S3以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR以及开关S2均闭合，所述Buck/Boost电路升压工作。

9.根据权利要求3所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值且输出功率低于预设的第三阈值时，控制所述系统按照所述第六模式向负载输出电能；

所述第六模式中，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，所述Buck/Boost电路升压工作。

10.根据权利要求3所述的可重构光伏电池系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关SR，并闭合所述故障光伏电池并联的开关SL；

当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值且不低于预设的第二阈值，且该光伏电池组的输出功率低于预设的第三阈值时，控制所述系统按照所述第七模式向负载输出电能；

所述第七模式中，开关S1、开关S2以及所有非故障光伏电池的开关SL均断开，所有非故障光伏电池的开关SR和开关S3均闭合，所述Buck/Boost电路不工作。