选择性多相最大功率点跟踪的制作方法

选择性多相最大功率点跟踪的制作方法
【专利说明】选择性多相最大功率点跟踪
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2014 年 2 月 28 日提交的题为 “Selective Mult1-Phase MaximumPower Point Tracking”的美国临时申请号61/946，582和2014年6月18日提交的题为“Selective Mult1-Phase Maximum Power Point Tracking”的美国临时申请号62/014，037的优先权和利益，所述申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]所公开的实现方式大体上涉及太阳能发电控制，并且更具体地说，涉及太阳能发电系统的最大功率点跟踪。
【背景技术】
[0004]光伏电池板，通常被称为太阳能电池板，是产生清洁、可再生能源的有吸引力的方法，并且在电网提供的电力不容易获得的偏远或服务不足的地区特别有用。太阳能电池板将太阳能转换成可用于为电器供电、为电池充电以及执行其它有用任务的电能。然而，各种环境条件影响太阳能电池板的效率和电力产生能力。太阳能电池板可产生的电量取决于例如太阳能电池板的温度、入射于太阳能电池板上的光的量和/或亮度，以及放于太阳能电池板上的负载的量值。
[0005]对于太阳能电池板的给定操作条件(例如，给定温度和入射光量)，存在将产生太阳能电池板的最大功率输出的一组最优负载特性。因此，为了对于给定条件获得来自太阳能电池板的最大电量，负载的某些电特性(例如，太阳能电池板所经历的阻抗和/或电阻)必须保持于最优值。然而，太阳能电池板的操作条件可每一天，并且甚至每一分钟变化。因此，已开发了用于跟踪太阳能电池板的最大功率点的技术，例如最大功率点跟踪(MPPT)技术。但是MPPT技术并非对于所有可能条件都是同样有效的。举例来说，对于明亮阳光条件运作良好的MPPT技术可能对于重度阴天条件并不同样地起作用。因此，甚至在使用MPPT技术时，在太阳能电池板操作的环境条件的全部范围内，可能并不能实现太阳能电池板的总发电能力。

【发明内容】

[0006]因此，提供针对不同环境条件使用不同MPPT技术和/或算法的系统和方法将是有利的。举例来说，如本文所描述，结合太阳能发电系统使用的控制器监视太阳能电池板的同期环境条件，并且选择适合于此具体环境条件的MPPT算法。因此，在环境条件的整个更广泛范围内，太阳能电池板将能够在或接近其最优功率水平下操作，因而增加太阳能发电系统在给定周期内所产生的净电量。
[0007]公开一种最大功率点跟踪方法。在一些实现方式中，所述方法在控制器处执行，所述控制器具有被配置来接收来自一个或多个能量捕获设备的电功率的输入端，以及被配置来将电功率提供给外部负载的输出端。所述方法包括在一定的时期期间启始第一最大功率点跟踪算法。所述方法还包括根据第一最大功率点跟踪算法来调整影响施加到一个或多个能量捕获设备的表观负载电阻的电性能。所述方法还包括在所述时期结束之前，确定第一最大功率点跟踪算法是否是符合要求的。所述方法还包括，根据第一最大功率点跟踪算法是符合要求的确定，继续使用第一最大功率点跟踪算法，并且在所述时期期间，继续根据第一最大功率点跟踪算法来调整电性能。所述方法还包括，根据第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，(i)在所述时期期间切换到第二最大功率点跟踪算法，并且(ii)根据第二最大功率点跟踪算法来调整电性能，其中第一最大功率点跟踪算法不同于第二最大功率点跟踪算法。
[0008]根据一些实现方式，一种计算机系统(例如，客户端系统、服务器系统或太阳能系统控制器)包括一个或多个处理器、存储器和一个或多个程序。所述一个或多个程序存储于存储器中，并且被配置来由所述一个或多个处理器执行。所述一个或多个程序包括用于执行如上所述或本文所公开的任何方法的操作的指令。根据一些实现方式，非暂时性计算机可读存储介质具有存储于其中的指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时，致使装置(例如，具有一个或多个处理器或控制器的任何设备)执行如上所述或本文所公开的任何方法的操作。
【附图说明】
[0009]在附图的图式中作为实例而非作为限制示出本文所公开的实现方式。在所有附图中，相同参考标号指代对应部分。
[0010]图1是示出根据一些实现方式的太阳能发电系统的框图。
[0011]图2A-2E以及图3是示出根据一些实现方式的太阳能电池板的特性的图。
[0012]图4是示出根据一些实现方式的用于控制太阳能发电系统的操作的控制器的框图。
[0013]图5A-5F是示出根据一些实现方式的最大功率点跟踪方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]现在关注附图，并且尤其关注图1，它是根据一些实现方式的太阳能发电系统100的框图。太阳能发电系统100包括控制器102、能量捕获设备110和外部负载120 (例如，夕卜部负载120-1...120-n)。虽然未示出，但是太阳能发电系统100可包括一个以上能量捕获设备110。
[0015]在一些实现方式中，能量捕获设备110是由一个或多个光伏电池构建的太阳能电池板。光伏电池以任何适当的方式制成，并且由任何适当材料制成。举例来说，在一些实现方式中，光伏电池由单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟砸化物/硫化物、基于GaAs的多结材料系统或任何其它适当材料或材料组合来制成。
[0016]外部负载120是经由控制器102接收来自能量捕获设备110的电功率的任何合适电负载。在一些实现方式中，外部负载是电设备，如灯(例如，提灯、手电筒或任何其它类型的灯)、移动电话、收音机、膝上型计算机、平板计算机、蓄电池充电器或任何其它适当电设备。在一些实现方式中，外部负载120是能量储存设备，如可再充电蓄电池或电容器，如电气设备(例如，提灯、手电筒、移动电话、计算机、收音机等)的蓄电池。
[0017]在一些实现方式中，外部负载120是直流(DC)负载。在一些实现方式中，外部负载120是交流(AC)负载。当外部负载120是AC负载时，控制器102包括功率转换组件(例如，逆变器)，以将由能量捕获设备110产生的DC功率转换成负载所需要的适当AC功率。当外部负载120是有源电网(或其它有源AC电力线)时，控制器102的功率转换组件能够以外部负载120所需要的相、频率、电压和/或电流来供应AC电流。
[0018]控制器102包括电力输入端104和电力输出端106 (例如，电力输出端106-1...106-n)。控制器102被配置来经由电力输入端104接收来自能量捕获设备110的电功率，并且经由电力输出端106将功率提供给外部负载120。控制器102包括用于执行各种类型的功率转换、调节和感测任务的硬件和/或软件。在一些实现方式中，控制器102含有适合于感测能量捕获设备110的电特性(和/或系统100的任何方面)，并且用于调整能量捕获设备110所经历的负载的电特性的硬件和/或软件。在一些实现方式中，控制器102包括用于确定控制器102、能量捕获设备110和外部负载120内的各个点处的功率、电压和电流值(以及任何其它适当电特性的值)的硬件和/或软件。在一些实现方式中，控制器102含有用于执行最大功率点跟踪(MPPT)的硬件和/或软件。本文论述控制器102所使用的MPPT技术和算法的实例。
[0019]电力输入端104将控制器102连接到能量捕获设备110。虽然图1示出具有单一电力输入端104的控制器，但是在一些实现方式中，包括额外电力输入端。在一些这类情况下，控制器102独立地处理每个所连接能量捕获设备。举例来说，在一些实现方式中，控制器102对于每个能量捕获设备使用MPPT算法的独立实例(例如，本文所述的方法500)。在其它这类情况下，控制器102共同地处理所连接的能量捕获设备。举例来说，控制器102对于来自能量捕获设备的组合输入使用MPPT算法的单一实例(例如，本文所述的方法500)。当共同地处理多个能量捕获设备时，其可以串行、并行，或串行与并行连接的任何组合来连接。在一些实现方式中，控制器本身基于例如相应能量捕获设备的相应环境条件来选择并实现多个能量捕获设备的多个可能电连接配置中的一个(例如，串行连接、并行连接、串行与并行连接的组合等)。
[0020]电力输出端106将控制器102连接到外部负载120。虽然图1示出多个电力输出端106-1...106-n以及多个对应的外部负载120-1...120_n，但是为了便于描述，本论述常常涉及单一电力输出端106和单一外部负载120。然而，将理解，本文中对于单一电力输出端和/或外部负载的任何提及同样适用于多个电力输出端和/或外部负载。
[0021]图1可理解为太阳能发电系统100的功能描述，以及存在于示例性系统中的组件的一个示例性实现方式。虽然能量捕获设备110、控制器102和外部负载120在图1中示出为单独的所连接组件，但是此具体布置仅仅是示例性的，并且这些组件可以各种方式来组合。举例来说，在一些实现方式中，控制器102与能量捕获设备110组合于共同外壳或结构中。在一些实现方式中，控制器102与一个或多个外部负载120-1...120-n组合于共同外壳或结构中。在一些实现方式中，能量捕获设备110、控制器102和一个或多个外部负载120-1…120-n全部组合于共同外壳或结构中。
[0022]如以上提及，太阳能电池板可产生的电量取决于各种因素。举例来说，入射于太阳能电池板上的不同水平的辐射能量导致电池板产生不同水平的电力。作为特定实例，与在暴露于阴天条件时(或较少辐射能量入射于太阳能电池板上的其它条件，如在电池板肮脏、被遮蔽/阻挡避免直射阳光等时)相比，在暴露于直射阳光时，给定太阳能电池板能够产生更多电力。此关系在图2B中示出，图2B示出在暴露于不同量的辐射能量时，太阳能电池的功率相比于电压的曲线图的实例。具体地说，与对应于相对较低辐射能量(例如，由间接或部分阳光、阴天、悬浮微粒(例如，灰尘)、黎明或黄昏、被阻挡的电池板(例如，污垢、遮蔽物)等所导致)的曲线224和226相比，对应于对辐射能量的相对较高暴露(例如，直射阳光)的曲线222展现较高的最大功率值。
[0023]太阳能电池板所产生的电量还与太阳能电池板操作的电压相关。具体地说，对于给定环境条件，太阳能电池板所产生的电流与电池板操作的电压相关。可通过调整电池板所经历的负载的一种或多种电特性来控制电池板的电压、电流和功率。举例来说，通过改变太阳能电池板所经历的电阻和/或阻抗(有时在本文中称为负载电阻和/或负载阻抗)，控制器可试图将电池板定位在最大功率点处或附近并且在最大功率点处或附近操作。在一些实现方式中，如本文所描述，通过改变将外部负载120耦合到能量捕获设备110的晶体管的工作周期来操纵太阳能电池板所经历的负载的电特性。
[0024]太阳能电池板的电压与电流之间的关系可以在图2A中看出，其示出在暴露于不同量的辐射能量时，太阳能电池的电流相比于电压的曲线图的实例。举例来说，对应于对辐射能量的相对较高暴露(例如，直射阳光)的曲线202展示由太阳能电池板产生的电流在输出电压增加时保持相对恒定，然后在某一点之后快速降低。
[0025]图2A和图2B表示沿着y轴的不同值。具体地说，图2A的y轴代表电流(例如，由太阳能电池板在给定电压下递送到外部负载的电流)，而图28的7轴代表功率(例如，由太阳能电池板在给定电压下产生的功率)。这些附图中的曲线在数学上是相关的(因为功率是电压和电流的函数，电压和电流可由控制器102测量或以其它方式确定)，并且当系统的某些特性已知和/或测得时，电压和电流各自可从另一者导出。
[0026]此外，如本文所描述，由太阳能电池板产生的电流和功率还至少部分地随着太阳能电池板所经历的负载的某些电特性(包括，例如，太阳能电池板所经历的电阻和/或阻抗)而变化。在一些实现方式中，通过改变太阳能电池板与外部负载之间的晶体管的工作周期来控制负载的电特性。因此，虽然图2A-2E中的X轴标示为电压，但是相对于功率和电流对电压曲线，附图也示出电压、工作周期与负载阻抗之间的关系。具体来说，太阳能电池板所经历的阻抗的增加导致太阳能电池板的电压的对应增加。阻抗的增加进而由晶体管的工作周期的减小引起。
[0027]如可以在图2B中看出，存在对应于此具体环境条件的最大功率产生的太阳能电池板的具体输出电压，其标示为Vx，其中X为1、2或3。然后，为了从太阳能电池板获得最大功率输出，在此具体操作点下操作太阳能电池板是有利的。值得注意的是，对应于最大功率输出的操作点并非对于所有环境条件都是相同的。举例来说，参照图2B，与对应于低辐射能量条件的峰值功率(Pmaxl)的电压(V1)相比，高辐射能量条件下的峰值功率(Pmax3)在较高电压(V3)下发生。
[0028]因为典型太阳能电池板的环境条件在各个时刻之间是不同的，所以对于所有环境条件在单一操作点下操作太阳能电池板在其操作的大部分期间导致次优功率产生。可通过使用最大功率点跟踪(MPPT)技术来增加总功率产生。最大功率点跟踪算法试图确定太阳能电池板对于同期环境条件产生最大功率的操作参数。然后，可反复地调整操作参数，以确保尽管环境条件改变，仍产生峰值功率。
[0029]MPPT算法的实例是改变负载的一种或多种电特性以便检测产生最大功率的特性集合(例如，点228)的一种算法。然后，控制器102使用那些特性来操作，直到控制器102检测到条件已经改变为止，且接着沿着功率曲线逐步升高或降低(例如，改变负载的电特性，以便使操作点沿着功率曲线在正或负X方向上移动)，以便识别新的最大功率点。在一些实现方式中，如本文所描述，控制器102通过检测太阳能电池板的功率输出、电流或电压的变化来检测条件已经改变。在一些实现方式中，在确定条件已经改变之后，控制器102 是否沿着功率曲线逐步升高或降低取决于检测到的具体变化。举例来说，如果太阳能电池板所产生的功率增加，那么控制器102将操作点在正X方向上移动，或升高功率曲线，因为新的最大功率点可能沿着功率曲线(即，对应于较高负载阻抗)在此方向上发现。另一方面，如果太阳能电池板所产生的功率减少，那么控制器102将操作点在负X方向上移动，或降低功率曲线。如本文所描述，在一些实现方式中，控制器102为了沿着功率曲线逐步升高和降低而实际上操纵的电特性是将外部负载120耦合到太阳能电池板的晶体管的工作周期。
[0030]此技术在图2C中进一步示出，图2C示出在确定电流操作点可能不再对应于实际最大功率点(S卩，因为条件已经改变)之后，控制器102如何改变负载的电特性以搜寻新的最大功率点。具体地说，如果控制器102正在可例如对应于以前识别的最大功率点的点227处操作，并且控制器102检测到功率输出增加，那么控制器102改变负载的一种或多种电特性，以便沿着功率曲线(即，在正X方向上)逐步升高到新的最大功率点。控制器102继续沿着功率曲线逐步升高，直到满足第一条件(例如，Vm)为止。此外，在沿着功率曲线逐步升高时，控制器102监视太阳能电池板的功率，并且存储它在沿着功率曲线逐步升高时检测到的最大功率值。一旦控制器102检测到满足第一条件(例如，随着负载阻抗上升，功率曲线的斜率正变得越来越为负)，然后其逆转方向，并且沿着功率曲线(即，在负X方向上)逐步降低。控制器102沿着功率曲线逐步降低，直到满足第二条件(例如，在'处)为止，同时存储其在逐步降低时检测到的最大功率值。在一些实现方式中，在功率曲线的斜率已基本上恒定某一持续时间时，满足第二条件。
[0031]以这种方式沿着功率曲线逐步升高和降低，控制器102基本上扫描最大功率点应出现于其中的功率曲线的局部区域。具体地说，最大功率点应在曲线上对应于第一和第二条件的点之间发生。更具体地说，最大功率点通常在曲线的具有恒定正斜率值的部分的右侧以及曲线的具有负斜率的部分左侧的某处发现。因此，对应于位于图2C中的'和Vm之间的最大功率点的负载的电特性是控制器102应操作以便对于那些环境特性实现从太阳能电池板的最大功率转移的特性。当然，控制器102可通过首先搜寻 '然后搜寻Vm来启始算法。
[0032]在一些实现方式中，控制器102继续沿着功率曲线逐步升高和降低额外一次或多次，同时监视所产生的最高功率值，以便确立新最大功率点。举例来说，控制器102沿着功率曲线逐步升高和降低，直到控制器102 —致地识别到同一最大功率点为止。一旦控制器102确立最大功率点，控制器102就开始使用对应于此点的负载的电特性来操作。
[0033]在一些实现方式中，控制器102改变放于太阳能电池板上的负载的阻抗，以便沿着功率曲线逐步升高和降低。举例来说，在一些实现方式中，控制器102通过降低晶体管的工作周期以便沿着功率曲线爬升来增加负载的阻抗，并且通过增加晶体管的工作周期以便沿着功率曲线下降来减少负载的阻抗。
[0034]虽然上述技术识别给定条件的最大功率点，但是它的有效性和效率部分地取决于它如何被配置。具体来说，如果上述技术是针对晴天条件而优化的，那么它可对于多云天条件次优地执行，并且反之亦然。举例来说，虽然在高辐射能量条件下，在最大功率点的任一侦牝功率相对急剧地下降，但是在低辐射能量条件下，太阳能电池板的功率曲线倾向于在最大功率点周围具有不太急剧的功率变化。图2D示出此现象，因为图2D(低辐射能量)中的VA V L之间的距离大于图2C (高辐射能量)中的VAVl之间的距离。因此，在较低辐射能量条件下，控制器102将必须进一步沿着功率曲线上下搜寻以寻找最大功率点，从而导致花费更多时间在远离最大功率点的点处操作。
[0035]在低辐射能量条件下使用为高辐射能量条件调谐的MPPT算法也可产生其它次优的操作。举例来说，虽然图2B和图2D中的功率曲线226似乎非常平滑，但是这在实际上往往并不真实。具体地说，曲线可事实上具有不对应于曲线的实际最大功率点的局部最大值。图2E示出曲线226的一部分，其展示不在最大功率点227处的局部最大值230。如果为高辐射能量条件调谐的MPPT算法在由曲线226表示的条件下使用，那么控制器102可能不正确地将点230识别为最大功率点。换句话说，因为晴天条件倾向于产生单一、明显最大功率点，所以为这类条件调谐的算法只少量地在最大功率点周围进行搜寻。这可导致在局部最大值下操作的非所要结果，但在功率曲线的较大范围内搜寻将导致控制器102识别真实的最大功率点。
[0036]因此，如上文所展示，非常适合于在高辐射能量条件下维持最大功率点处的操作的MPPT算法不一定非常适合于在较低辐射能量条件下维持最大功率点处的操作。因此，在一些实现方式中，控制器102对于不同环境条件使用不同的MPPT算法(且/或将不同配置应用于相同MPPT算法)。举例来说，当能量捕获设备110暴露于高辐射能量条件(例如，直射阳光)时，控制器102使用尤其适合于那些条件的MPPT算法，并且当条件改变为较低辐射能量条件(例如，黎明、黄昏、云层、肮脏太阳能电池板等)时，控制器102改变为较适合于那些条件的不同MPPT算法(或相同MPPT算法的不同配置)。如本文所描述，在一些实现方式中，低辐射能量MPPT算法使用较大步长来横越功率曲线。举例来说，高辐射能量MPPT算法将通过产生负载阻抗的较小变化来沿着功率曲线逐步升高和降低。因为接近于最大功率点的功率曲线的陡度，这些较小变化允许控制器102在负载阻抗值的相对较小范围内发现最大功率点。然而，因为功率曲线的最大功率点在低辐射能量条件下不太明确界定，所以负载阻抗的相同较小变化将导致控制器102耗费长得多的时间来识别峰值点。具体来说，与在高辐射能量条件下相比，在低辐射能量条件下满足第一和第二条件的点彼此相距较远，意味着将需要更多步长(以及由此更多时间)以便在那些点之间步进。因此，在一些实现方式中，低辐射能量MPPT算法在搜寻最大功率点时使用较大步长。因此，控制器102可更迅速地覆盖第一与第二条件(即，对应于'和Vm)之间的距离，并且花费较少时间在远离最大功率点的点处操作。
[0037]通过在不同MPPT算法之间实时切换以适应变化的环境条件，控制器102可在整个操作周期中更紧密地跟踪最大功率点，从而导致在此周期内由能量捕获设备110产生的功率的净增加，因而增加太阳能发电系统的有用性和效率。
[0038]除了对于不同环境条件使用不同MPPT算法以外，在一些实现方式中，控制器102还响应于各种事件和/或触发来执行最大功率点搜寻扫描。虽然本文描述的MPPT算法用于以最小量的搜寻维持最大功率点处或附近的操作，但是最大功率点搜寻扫描在较大范围内改变负载的电特性，以便获得同期环境条件的更全面的观察。举例来说，代替逐渐地从现有操作点移位到新操作点，如上所述，控制器102中断当前MPPT算法，并且开始沿着功率曲线从功率曲线上的相对点逐步升高。控制器102继续沿着功率曲线逐步升高到明显超过最大功率点的点。通过扫描功率曲线的此较大部分，控制器102识别真实最大功率点，同时忽略控制器102可能已经另外不正确地识别为最大功率点的局部最大值。此外，由于最大功率点搜寻扫描，控制器102确定功率曲线是否具有高辐射能量条件或低辐射能量条件的特性，并且由此确定其后应使用哪些类型的MPPT算法(即，高辐射能量MPPT算法或低辐射能量MPPT算法)。
[0039]示例性MPPT算法的更多细节参照图3来论述。图3示出代表给定环境条件下的太阳能电池板的功率曲线300的实例。虽然曲线300基本上与图2A中的曲线222相同，但是X轴列出工作周期值而非电压。这是因为在一些实现方式中，控制器102包括太阳能电池板与外部负载之间的晶体管(例如，场效晶体管(“FET”))或其它固态切换设备，来改变太阳能电池板所经历的负载的阻抗(并且由此改变太阳能电池板的电压)。具体来说，晶体管的相应工作周期值(即，在某一周期期间，接通时间与断开时间的比率)对应于相应阻抗值。因此，控制器102通过改变晶体管的工作周期来改变太阳能电池板所经历的负载的阻抗(并且由此沿着功率曲线爬升或下降)。
[0040]在一些实现方式中，控制器102使用步进技术，藉此控制器102经由一系列步进来改变晶体管的工作周期，以便沿着功率曲线爬升和下降，并且基于在每个步进处获得的测量值来维持功率趋势。在一些实现方式中，功率趋势是功率曲线的斜率的值，并且基于以前功率测量值来计算。举例来说，在每个步进处(例如，对应于具体工作周期值)，控制器102基于在最近步进和一个或多个以前步进处检测到的功率来确定曲线的斜率。至少部分地基于功率趋势，对于给定环境条件，控制器102发现并在最大功率点处或附近操作，并且确定如何以及何时改变算法以提供更好结果(例如当环境条件改变以使得同时进行的MPPT算法不再适合时)。在一些实现方式中，功率趋势并非所计算的斜率值，而是对应于和/或指示功率曲线的斜率。举例来说，在一些实现方式中，斜率值由后续步进和/或测量之间的所检测功率值的差异来表示。举例来说，图3中的步进302与步进304之间的功率曲线的斜率可简单表示为在这些点中的每个点处检测到的功率的差异。
[0041]在图3中，沿着X轴标示多个示例性工作周期值，其代表在一些操作条件下的MPPT算法的步进。(将理解，这些工作周期值仅仅是例子，并且取决于环境条件，这些值可或可不对应于曲线300上所指示的具体功率值或位置)。点302、304、306、308和310代表在使用示例性MPPT算法时，控制器102将以之操作的示例性工作周期。图3中的曲线300代表高辐射能量条件(例如，晴天)的功率曲线的实例。
[0042]当控制器102在每个步进(对应于具体工作周期值)下操作时，控制器102确定在所述步进期间由太阳能电池板递送的功率。基于在每个步进处所确定的功率，控制器102确定功率曲线的功率趋势。在一些实现方式中，功率趋势是功率曲线的斜率，且/或指示两个或更多个步进之间的功率曲线的斜率的值。举例来说，在控制器102从60%步进到58%之后，控制器102计算点302与304之间的曲线的斜率。随后，在控制器102从58%步进到56%之后，控制器102计算至少点304与306之间的曲线的斜率。因此，控制器102可监视曲线的斜率如何随着工作周期随每个步进减小而变化。控制器102还测量在每个步进处由太阳能电池板产生的功率，以便确定其是否高于最后一个步进处的功率(其指示以前步进并非最大功率点)，或其是否低于最后一个步进。
[0043]在一些实现方式中，控制MPPT算法沿着功率曲线逐步升高和降低多远以便定位最大功率点的条件至少部分地基于沿着功率曲线的点处的功率趋势。具体地说，当在正X方向上横越功率曲线时，控制器102继续减小工作周期，并且确定每个步进处的功率，直到满足第一条件为止。举例来说，控制器102减小工作周期(例如，在正X方向上横越功率曲线)，直到功率趋势指示斜率已变成负为止，对于预定数量的步进(例如，5)为负，且/或对于一定数量的步进越来越为负(例如，对于一定数量的步进来说，每个功率趋势值(例如，斜率)比最后一个值负)为止。在图3中，例如，控制器102将确定功率趋势从点306到308到310越来越为负。在一些实现方式中，第一条件涵盖多个不同子条件，其中任何一个子条件均足以导致满足第一条件。举例来说，在一些实现方式中，第一子条件为功率趋势是否对于预定数量的步进(例如，5个步进，或任何其它适当数量的步进)为负，并且第二子条件为功率趋势是否对于预定数量的步进(例如，3个步进，或任何其它适当数量的步进)越来越为负。因此，如果功率曲线的超过最大功率点的部分急剧下降(即，曲线在正X方向上变陡)，那么满足第二子条件足以满足第一条件。另一方面，如果功率曲线的超过最大功率点的部分未急剧下降(即，曲线以基本上恒定的斜率减少)，那么满足第一子条件对于满足第一条件是必要的。这样，如果功率曲线的超过最大功率点的部分急剧下降，那么控制器102将不必要在正X方向上采取额外步进，因为检测到越来越为负的功率趋势足以指示控制器102已经经过最大功率点，并且在此方向上的额外步进将只用来不必要地降低太阳能电池板的功率。
[0044]一旦满足第一条件，控制器102就开始通过随着每个后续步进来增加工作周期(例如，从52%到54%等)而沿着功率曲线下降(即，在负X方向上横越功率曲线)。控制器继续随着每个后续步进来增加工作周期，直到满足第二条件为止。在一些实现方式中，第二条件是曲线的功率趋势对于一定数量的步进(例如，5个步进)是恒定的。在一些实现方式中，当后续步进之间的功率的差异恒定(例如，点306与点304之间的功率的差异是10W，并且点304与点302之间的功率的差异也是10W)时，控制器102识别恒定斜率条件。在一些实现方式中，第二条件是曲线的斜率基本上等于某一值(例如，斜率I)，且/或对于某一数量的步进(例如，3个步进)来说，基本上等于某一值。
[0045]如上所述，通过在这两个条件之间来回摆动，控制器102试图识别同期环境条件的最大功率点(例如，功率曲线具有零斜率的点)。然后，控制器102可开始以对应于最大功率点的工作周期来操作，直到检测到环境条件的足够变化(例如，当控制器102在以前识别的最大功率点下操作时，由能量捕获设备产生的功率变化)为止。
[0046]在一些实现方式中，控制器102被配置来围绕最大功率点摆动一次以上，以便证实最大功率点是稳定的并且被准确识别。举例来说，在沿着功率曲线爬升直到满足第一条件(例如，从步进302步进到310)为止，并且沿着功率曲线下降直到满足第二条件(例如，从步进310步进到302)为止之后，控制器102重复此循环一定次数。在一些实现方式中，控制器102重复所述循环，直到在每个循环期间识别的最大功率点(例如，斜率从正变化为负的点)稳定为止。在一些实现方式中，当在预定数量的循环(例如 ，1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个循环，或任何其它适当数量的循环)内，最大功率点基本上相同(例如，在+/-1%、2%、3%、4%、5%，或任何其它适当范围内)时，最大功率点是稳定的。在一些实现方式中，循环包括正X方向上的一系列步进以及负X方向上的一系列步进。在一些实现方式中，循环包括仅一个方向上的一系列步进。
[0047]此外，如上所述，在一些实现方式中，控制器102还在某些情况下增加或减少步长(例如，工作周期在步进之间变化的量)，以便进一步增加系统的效率和/或有效性。举例来说，在一些实现方式中，如果控制器在一定数量的步进之后未检测到具体条件，那么它增加步长。作为一个特定实例，如果控制器102在正X方向上横越功率曲线，但是以每个步进I %的工作周期的减少在5个步进之后未检测到负斜率，那么控制器102开始每个步进减少2%的工作周期。如果控制器102以每个步进2%的工作周期的减少在5个步进之后未检测到负斜率，那么控制器102开始每个步进减少5%的工作周期。增加步长允许控制器102更迅速地发现最大功率点(例如，当斜率从正值过渡到负值时)。步长和改变步长之前所采取的步进的数量的前述值仅仅是例子，并且也涵盖其它值。在一些实现方式中，一旦在增加步长之后控制器102识别到最大功率点，控制器102就开始在最大功率点下操作，并且将后续步进的步长复位到最小允许步长。如以上提及，最小允许步长的值部分地取决于控制器102是否正使用高辐射能量MPPT算法或低辐射能量MPPT算法。因此，当控制器102再一次开始搜寻最大功率点(例如，响应于检测到当控制器102在以前识别的最大功率点下操作时，能量捕获设备所产生的功率已变化)时，其开始使用最小允许步长。
[0048]在前述论述中，术语“增加”和“减少”对应于步长的绝对值变化。举例来说，当步长从1%增加到2%时，对于正X方向上的每个步进来说，步进之间的工作周期的实际差异变成-2%，并且对于负X方向上的每个步进来说，为+2%。为了便于标记，此变化被称为“增加的”步长，但对于在正X方向上采取的步进来说，实际工作周期值减小。
[0049]在一些实现方式中，如上所述，除了将工作周期上下步进以便汇聚于最大功率点上以外(或除了任何其它一种或多种适当MPPT技术以外)，控制器102还执行最大功率点搜寻扫描，以便确定在此具体时刻下的系统的最大功率点。具体来说，控制器102开始于相对较高值(例如，75%、80%等，其对应于相对较低电压)的工作周期，然后继续完成其中工作周期随着每个步进减小的一系列步进，直到满足终止条件为止。终止条件指示控制器102几乎毫无疑问地经过给定环境条件的最大功率点，其在一些实现方式中对应于0%的工作周期，功率曲线的斜率达到阈值，或功率曲线的斜率对于预定数量的步进变得越来越为负。在一些实现方式中，最大功率点搜寻扫描的终止点是当功率趋势(例如，对应于功率曲线的斜率的值)指示斜率已变成负，对于预定数量的步进(例如，5)为负，且/或对于一定数量的步进越来越为负(例如，对于一定数量的步进来说，每个功率趋势值(例如，斜率)比最后一个值负)。
[0050]在最大功率点搜寻扫描的每个步进处，控制器102确定太阳能电池板所产生的功率，并且确定其是否为扫描期间检测到的最高功率值。如果它是最高功率值，那么控制器102存储此功率值发生的工作周期。如果它不是最高功率值，那么控制器102不存储对应的工作周期值。一旦最大功率点搜寻扫描达到终止条件，所存储的值就将对应于同期环境条件的最大功率点，不论功率曲线是否展现局部最大值或其它不规则性。当然，在其它实现方式中，在确定最大功率点期间，存储一些或所有功率值。举例来说，在一些实现方式中，控制器具有对寄存器或其中存储多个功率值的其它形式的存储器的访问权。在一些实现方式中，这类存储用于根据本文所公开的MPPT技术来分析趋势。
[0051]通过以前述方法来执行最大功率点扫描，控制器102更容易避免汇聚于虚假最大功率点(例如，事实上不对应于最大功率点的局部最大值点)，如图2E中的点230。举例来说，通过对图2E示出的曲线来执行最大功率点搜寻扫描，控制器102将确定点230事实上并非最大功率点，并且将替代地检测到最大功率点实际上出现于对应于点227的工作周期值处。
[0052]除了识别同期环境条件的最大功率点以外，控制器102使用最大功率点搜寻扫描来确定同期环境条件是高辐射能量条件还是低辐射能量条件，并且由此确定其后使用多种候选MPPT算法中的哪一种(和/或单一 MPPT算法的哪一个配置)。在一些实现方式中，控制器102基于功率曲线的恒流区域中的功率曲线的斜率来确定辐射能量的强度。具体地说，在一些实现方式中，高辐射能量条件的恒流区域的斜率基本上等于值1，而低辐射能量条件的恒流区域的斜率基本上等于值.5。因此，当控制器102正执行最大功率点搜寻扫描时，控制器102确定恒流区域中的功率曲线的斜率，并且基于此区域中的斜率的值，确定条件是指示高辐射能量条件还是低辐射能量条件。然后，控制器102基于此确定来选择适当的MPPT算法。在一些实现方式中，如果斜率高于约.5，那么所述条件被视为高辐射能量条件。在一些实现方式中，如果斜率低于约1，那么所述条件被视为低辐射能量条件。在一些实现方式中，如果斜率低于约.5，那么所述条件被视为低辐射能量条件。前述实例中的斜率值仅仅是例子。高和低辐射能量条件特有的实际值可取决于各种因素而不同，如正使用的能量捕获设备的类型和/或特性、“高”和“低”辐射能量条件的定义(其本身可在不同实现方式中不同地定义)等。
[0053]在一些实现方式中，控制器102使用在不同环境条件特有的功率曲线之间有区别的任何其它适当技术。举例来说，在图2B中容易显而易知曲线222(例如，高辐射能量条件)的轮廓极大地不同于曲线226(例如，低辐射能量条件)一与展现较平坦、较平缓轮廓(总体上，并且在最大功率点附近)的曲线226相比，曲线222在最大功率点的两侧较陡。此外，与曲线226 (例如，点227)相比，在曲线222 (例如，点228)上的最大功率点的任一侧，功率更加急剧地下降。因此，用于观察从高辐射能量条件特有的具有尖锐峰功率曲线变化为较低辐射能量条件特有的较平坦功率曲线(或反之亦然)的任何技术可用于确定同期环境条件。举例来说，在一些实现方式中，控制器102确定功率曲线中的最小曲率(例如，曲率半径)，并且环境条件以及由此将使用的具体MPPT算法是基于最小曲率的值来确定(例如，如果最小曲率小于阈值，那么同期环境条件是高辐射能量条件，且/或如果最小曲率大于阈值，那么同期环境条件是低辐射能量条件)ο作为另一个实例，在一些实现方式中，控制器102确定功率曲线下的面积，并且环境条件以及由此将使用的具体MPPT算法是基于功率曲线下的面积来确定(例如，如果面积超过阈值，那么同期环境条件是高辐射能量条件，且/或如果面积小于阈值，那么同期环境条件是低辐射能量条件))。还可使用其它技术。
[0054]在一些实现方式中，控制器102响应于一个或多个条件来执行最大功率点搜寻扫描。举例来说，在一些实现方式中，控制器102定期(例如，每1、2、3、4、5、7、10、15、30、60、或90分钟等)来扫描功率曲线。
[0055]在一些实现方式中，控制器102响应于在执行MPPT算法时、在预定数量的步进之后未能定位最大功率点(例如，功率曲线的斜率基本上等于零的点)来执行最大功率点搜寻扫描。举例来说，如果控制器102沿着功率曲线逐步升高以便识别新的最大功率点，并且在一定数量的步进上未检测到负斜率，那么控制器102停止根据MPPT算法来操作，并且替代地执行最大功率点搜寻扫描，以便(I)识别当前最大功率点，并且(2)确定同期环境条件是指示高辐射能量条件还是低辐射能量条件，并且由此确定在最大功率点搜寻扫描之后使用哪一种MPPT算法。
[0056]在一些实现方式中，控制器102响应于这些条件的组合(例如，定期以及在稳态操作期间未能识别到最大功率点后)来执行最大功率点搜寻扫描。
[0057]本文描述的示例性系统和方法描述取决于同期环境条件来使用两种不同MPPT算法中的一种。在一些实现方式中，还使用额外MPPT算法。举例来说，代替对于高辐射能量条件使用一种MPPT算法，并且对于低辐射能量条件使用另一种MPPT算法，在一些实现方式中，控制器102使用3、4、5或更多种MPPT算法，每一种适合于不同环境条件或光的量/强度。这样，每种MPPT算法可为具体特性环境条件而优化，并且在控制器102检测到此具体环境条件时选择使用。
[0058]图4是示出根据一些实现方式的控制器102的框图。在一些实现方式中，控制器102是手持电子设备。举例来说，在一些实现方式中，控制器102是或并入以下任何一种中:灯(例如，提灯、手电筒或任何其它类型灯)、移动电话、收音机、膝上型计算机、平板计算机或任何其它适当电气设备。
[0059]控制器102通常包括一个或多个CPU 404、任选的用户接口 406、任选的网络通信接口 412 (有线和/或无线)、一个或多个传感器414、一个或多个电力输入端104、一个或多个电力输出端106、存储器416，以及用于互连这些组件的至少一个通信总线402。每个通信总线402可包括互连并且控制系统组件之间的通信的电路(有时称为芯片组)。在一些实现方式中，任选的用户接口 406包括显示器408和输入设备410 (例如，键盘、鼠标、触摸屏、小键盘等)。
[0060]一个或多个传感器414包括被配置来检测控制器102为其一部分的太阳能发电系统的各种方面的电特性的传感器，并且包括任何必需电气组件、电路、处理器和用于感测各种电气值的组件(软件或硬件)。举例来说，在一些实现方式中，传感器414包括用于检测任何以下值的传感器:由太阳能发电系统的一个或多个组件(例如，任何内部或外部组件，或这类组件的任何组合)消耗的功率；由太阳能发电系统的一个或多个组件汲取的电流；太阳能发电系统的一个或多个组件之间的电压差；以及连接到控制器102的能量捕获设备(例如，太阳能电池板)的开路电压。在各种实现方式中，还包括用于感测和/或测量其它值的其它传感器。
[0061]在一些实现方式中，传感器414还包括用于检测控制器102为其一部分的太阳能发电系统的其它特性(包括例如环境光条件、环境温度条件等)的传感器。
[0062]一个或多个电力输入端104包括促进控制器102与一个或多个能量捕获设备(例如，能量捕获设备110，图1)之间的机械和/或电连接的硬件(例如，连接器、端口、电子电路等)和/或软件(例如，程序、可执行指令、固件、嵌入逻辑等)。举例来说，在一些实现方式中，一个或多个电力输入端104包括用于连接到能量捕获设备110的对应插座或插头的插座或插头(例如，同轴DC电力连接器)。
[0063]一个或多个功率输出端106包括促进控制器102与一个或多个外部负载120 (例如，外部负载120-1...120-n，图1)之间的机械和/或电连接的硬件(例如，连接器、端口、电子电路等)和/或软件(例如，程序、可执行指令、固件、嵌入逻辑等)。在一些实现方式中，一个或多个电力输出端106包括用于改变与其连接的负载的电特性的电路。举例来说，一个或多个电力输出端106包括且/或耦合到一个或多个晶体管(例如，场效晶体管，或“FET”)，其在一些实现方式中用于改变耦合到控制器102的能量捕获设备所经历的负载的阻抗。所述一个或多个晶体管(和/或其它适当组件)用于例如根据MPPT算法来调整负载的电特性，如下相对于图5A-5F所述。
[0064]存储器416包括高速随机存取存储器，如DRAM、SRAM, DDRRAM或其它随机存取固态存储器设备，并且可包括非易失性存储器，如一种或多种磁盘存储设备、光盘存储设备、闪速存储器设备或其它非易失性固态存储设备。存储器416可任选地包括远离CPU 404定位的一个或多个存储设备(例如，网络连接存储设备或服务，如基于“云”的存储服务)。存储器416，或替代地存储器416内的非易失性存储器设备，包括非暂时性计算机可读存储介质。在一些实现方式中，存储器416或存储器416的计算机可读存储介质存储以下程序、模块和数据结构或其子集:
[0065]?任选操作系统418，其包括用于处理各种基本系统服务并且用于执行依赖于硬件的任务的程序；
[0066]?任选通信模块420，其用于经由一个或多个任选网络通信接口 412 (有线或无线)和一个或多个通信网络，如互联网、其它广域网、局域网、个人域网、城域网、VPN、本地对等和/或专用连接等将控制器102连接到其它计算机或设备；
[0067]?任选用户接口模块422，其经由任选用户接口 406接收来自用户的命令和/或输入端(例如，来自输入设备410，其可包括键盘、触摸屏、麦克风、指点设备等)，并且在显示器(例如，显示器408)上提供用户接口对象；
[0068].传感器模块424，其用于与一个或多个传感器414通信以接收感测到的电气值、所计算的导出值，并且以编程方式将一个或多个传感器414的输出端耦合到控制器102的其它组件，如以下最大功率点跟踪模块426 ；
[0069].最大功率点跟踪模块426，其用于执行如本文描述的最大功率点跟踪，包括:
[0070]〇确定在给定时间使用的MPPT算法是否适合于在给定时间有效的环境条件；
[0071]〇执行重新校准循环，以确定在给定时间使用的MPPT算法是否继续适合于在给定时间有效的环境条件；
[0072]〇执行多种MPPT算法中的任何一种，如第一 MPPT算法428、第二 MPPT算法430等;
[0073]〇从一种MPPT算法切换到另一种MPPT算法；
[0074]〇改变MPPT算法的配置参数的值；并且
[0075]〇根据MPPT算法来确定控制器的一个或多个操作 设定点，如(但是不限于)工作周期值；以及
[0076]?功率输出控制模块432，其根据选定的最大功率点跟踪算法来调整影响耦合到控制器102的一个或多个能量捕获设备所经历的表观负载电阻和/或负载阻抗的电特性(如调整晶体管的工作周期值)。
[0077]在一些实现方式中，控制器102包括图4示出的组件和模块的子集。此外，在一些实现方式中，控制器102包括图4未示出的额外组件和/或模块。
[0078]关注图5A-5F，其为示出根据一些实现方式的最大功率点跟踪方法500的流程图。图5A-5F示出的每个操作可对应于存储在计算机存储器或非暂时性计算机可读存储介质中的指令。在一些实现方式中，在电子设备处用一个或多个处理器(或核心)以及存储由一个或多个处理器(或核心)执行的一个或多个程序的存储器来执行步骤。举例来说，在一些实现方式中，步骤由控制器102执行。此外，所述方法的个别步骤可以任何适当的方式分布于多个设备，或设备(例如，控制器102)的多个组件和/或模块之间。
[0079]控制器102在时期期间启始第一最大功率点跟踪算法(502)(例如，使用MPPT模块426)。如本文使用，时期是指太阳能系统的操作周期。举例来说，时期可指整个太阳日(例如，24小时)，或指太阳日的昼光部分。时期还可指小于(或长于)太阳日的昼光部分的太阳能系统的操作周期。举例来说，太阳能系统可在一天期间只使用足够长时间以产生所需电量，如直到蓄电池充电到所需水平为止。时期可通过自然现象来描绘，如从黎明到黄昏的周期，或通过人为操纵来描绘，如用户启用和停用太阳能发电系统之间的一段时间。
[0080]回到图5A，控制器102根据第一最大功率点跟踪算法来调整影响施加到一个或多个能量捕获设备的表观负载电阻的电特性(504)(例如，使用功率输出控制模块432)。在一些实现方式中，根据第一最大功率点跟踪算法来调整电特性包括调整太阳能电池板与外部负载之间的晶体管的工作周期，以便识别对应于最大功率点的工作周期，并且以所述工作周期来操作晶体管。本文论述用于根据第一最大功率点跟踪算法来调整电特性的具体技术。
[0081]在时期结束之前，控制器102确定第一最大功率点跟踪算法是否符合要求(506)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，作出第一最大功率点跟踪算法是否符合要求的确定是由于执行最大功率点搜寻扫描，如相对于(522)-(532)所描述。
[0082]根据第一最大功率点跟踪算法符合要求的确定，控制器102继续使用第一最大功率点跟踪算法，并且在时期期间继续根据第一最大功率点跟踪算法来调整电特性(508)(例如，使用功率输出控制模块432)。
[0083]根据第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，控制器102在时期期间切换到第二最大功率点跟踪算法(510)(例如，使用MPPT模块426)，其中第一最大功率点跟踪算法不同于第二最大功率点跟踪算法，如相对于(522)-(532)所描述。然后，控制器102根据第二最大功率点跟踪算法来调整电特性(512)(例如，使用功率输出控制模块432)。
[0084]在一些实现方式中，根据第二最大功率点跟踪算法来调整电特性包括调整太阳能电池板与外部负载之间的晶体管的工作周期，以便识别对应于最大功率点的工作周期，并且以所述工作周期来操作晶体管。本文论述用于根据第二最大功率点跟踪算法来调整电特性的具体技术。
[0085]在一些实现方式中，第一最大功率点跟踪算法对应于一个或多个能量捕获设备的第一功率产生特性，并且第二最大功率点跟踪算法对应于一个或多个能量捕获设备的第二功率产生特性。功率产生特性对应于能量捕获设备(例如，太阳能电池板)如何在可能操作值(例如，电压、表观电阻、阻抗、工作周期等)的范围内对具体环境条件作出响应，并且可以具体环境条件下的太阳能电池板的电流对电压曲线(例如，图2A)和/或功率对电压曲线(例如，图2B)来直观化/表示。在一些实现方式中，如与第二功率产生特性相比，第一功率产生特性对应于一个或多个能量捕获设备的较高光照度条件。在一些实现方式中，第一功率产生特性对应于直射阳光条件，并且第二功率产生特性对应于至少部分间接阳光条件。至少部分间接阳光条件包括，例如，多云条件、完全或部分遮蔽条件、肮脏或闭塞能量捕获设备等。
[0086]在一些实现方式中，第一最大功率点跟踪算法符合要求的确定对应于一个或多个能量捕获设备正根据第一功率产生特性来操作的确定。在一些实现方式中，第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定对应于一个或多个能量捕获设备正根据第二功率产生特性来操作的确定。
[0087]在一些实现方式中，在切换到第二最大功率点跟踪算法之后，控制器102在时期结束之前确定第二最大功率点跟踪算法是否符合要求(514)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，进行第二最大功率点跟踪算法是否符合要求的确定是由于执行最大功率点搜寻扫描，如相对于(522)-(532)所描述。
[0088]在图5B中，在一些实现方式中，根据第二最大功率点跟踪算法符合要求的确定，控制器102继续使用第二最大功率点跟踪算法，并且在时期期间继续根据第二最大功率点跟踪算法来调整电特性(516)(例如，使用功率输出控制模块432)。
[0089]在一些实现方式中，根据第二最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，控制器102在时期期间切换到第一最大功率点跟踪算法(518)(例如，使用MPPT模块426)，并且根据第一最大功率点跟踪算法来调整电特性(520)(例如，使用功率输出控制模块432)。
[0090]在一些实现方式中，控制器102执行最大功率点搜寻扫描，相对于(522)-(532)所描述。在一些实现方式中，控制器102在值的范围内调整电特性(522)(例如，使用功率输出控制模块432)。在一些实现方式中，值的范围对应于将外部负载耦合到能量捕获设备的晶体管的工作周期值的范围。在一些实现方式中，工作周期值的范围是从100%到0%。在一些实现方式中，工作周期值的范围是从100%向0%，终止于对应于满足一定条件(例如，功率曲线的斜率满足条件)的点的工作周期值。在一些实现方式中，工作周期值的范围是任何其它适当范围。
[0091]在一些实现方式中，控制器102，在所述值范围内调整电特性时，识别最大功率点(524)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，识别最大功率点包括在最大功率点搜寻扫描期间确定对应于由能量捕获设备产生的最高功率的电特性(例如，工作周期)的值。举例来说，如上所述，控制器102确定在扫描期间各个点处的由太阳能电池板产生的功率，并且确定所述值是否是在扫描期间检测到的最高功率。如果它是最高值，那么控制器102存储此功率发生的工作周期。如果它不是最高值，那么控制器102不存储此值。一旦最大功率点搜寻扫描结束，所存储的值就将对应于同期环境条件的最大功率点。
[0092]在一些实现方式中，在最大功率点搜寻扫描之后，控制器102选择第一最大功率点跟踪算法或第二最大功率点跟踪算法中的一个来使用(526)(例如，使用MPPT模块426)。举例来说，在一些实现方式中，控制器102基于功率曲线的恒流区域中的功率曲线的斜率(或指示斜率的值)来确定辐射能量的强度。以上论述关于确定是选择第一还是第二最大功率点跟踪算法的更多细节。
[0093]在一些实现方式中，控制器102确定满足最大功率点搜寻扫描的终止条件(528)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，当功率趋势(例如，对应于功率曲线的斜率的值)指示斜率已变成负，对于预定数量的步进(例如，5)为负，且/或对于一定数量的步进越来越为负(例如，对于一定数量的步进来说，每个功率趋势值(例如，斜率)比最后一个值更为负)时，满足最大功率点搜寻扫描的终止条件。
[0094]在图5C中，在一些实现方式中，根据满足终止条件的确定，控制器102根据选定最大功率点搜寻算法，使用对应于最大功率点的电特性的值作为初始操作点来调整电特性(530)(例如，使用功率输出控制模块432)。举例来说，如果控制器102从最大功率点搜寻扫描中确定是晴天，并且最大值点对应于54%的工作周期值，那么，一旦满足终止条件，控制器102就启始第一最大功率点跟踪算法(例如，晴天MPPT算法)，并且开始以54%的工作周期来操作，此时，第一最大功率点跟踪算法将开始跟踪最大功率点，如本文描述。
[0095]在一些实现方式中，控制器102确定在值范围内、由一个或多个能量捕获设备产生的功率是否根据指示第一环境条件或第二环境条件的斜率来变化，其中第二环境条件不同于第一环境条件(532)(例如，使用MPPT模块426)。举例来说，在一些实现方式中，第一环境条件对应于高辐射能量条件(例如，晴天)，特征为功率曲线的相对较陡斜率(例如，I)，并且第二环境条件对应于低辐射能量条件(例如，多云天)，并且特征为相对较浅斜率(例如，.5)。
[0096]在一些实现方式中，根据(和/或响应于)在值范围内由一个或多个能量捕获设备产生的功率根据指示第一环境条件的斜率而变化的确定(例如，在(532))来作出第一最大功率点跟踪算法符合要求的确定(508)。在一些实现方式中，根据(和/或响应于)在值范围内由一个或多个能量捕获设备产生的功率根据指示第二环境条件的斜率而变化的确定(例如，在(532))来作出第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定(510)。
[0097]在一些实现方式中，根据(和/或响应于)在值范围内由一个或多个能量捕获设备产生的功率根据指示第二环境条件的斜率而变化的确定(例如，在(532))来作出第二最大功率点跟踪算法符合要求的确定(516)。在一些实现方式中，根据(和/或响应于)在值范围内由一个或多个能量捕获设备产生的功率根据指示第一环境条件的斜率而变化的确定(例如，(532))作出第二最大功率点跟踪算法不符合要求的确定(518)。
[0098]在图中，在一些实现方式中，为了根据第一最大功率点跟踪算法(504)和/或第二最大功率点跟踪算法(512)来调整电特性，控制器102维持功率趋势(534)，其中功率趋势是至少部分地基于一个或多个能量捕获设备的两个功率值来反复更新的值。在一些实现方式中，功率值是由一个或多个能量捕获设备产生的电功率的量度。电功率的量度反映在具体步进下(例如，步进的持续时间内的平均功率值)、周期性地(例如，以预定间隔)，或以任何其它适当时间或间隔由一个或多个能量捕获设备产生的功率。在一些实现方式中，通过只测量对应于来自一个或多个能量捕获设备的电流的电流值来确定每个功率值。在一些实现方式中，控制器102通过确定多个斜率值来维持功率趋势，其中所述多个斜率值中的每个斜率值是基于至少两个相应功率值(536)(例如，使用MPPT模块426)。
[0099]在一些实现方式中，在第一系列步进上，控制器102在第一方向上调整电特性，其中第一系列步进中的每个相应步进对应于电特性的相应值(538)(例如，使用功率输出控制模块432)。因此，控制器102以一个工作周期值操作一定时间量(即，第一步进)，然后以另一工作周期操作一定时间量(即，第二步进)等。在一些实现方式中，控制器102通过减少控制从一个或多个能量捕获设备到外部负载的电流的晶体管的工作周期而在第一方向上调整电特性(540)(例如，使用功率输出控制模块432)。
[0100]在一些实现方式中，控制器102确定第一系列步进的每个相应步进的第一相应功率值(542)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，每个相应步进的功率值用于确定第一系列步进(和/或第一系列步进的子集)内的功率趋势。
[0101]在一些实现方式中，控制器确定第一系列步进上的功率趋势是否满足第一条件(544)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，当功率趋势对于预定数量的步进为负时，功率趋势满足第一条件。在一些实现方式中，当多个步进上的功率趋势的变化满足第三条件时，功率趋势满足第一条件。如上所述，在一些实现方式中，功率趋势是基于沿着曲线的两个或更多个点处的功率值的功率曲线的斜率。因此，在一些实现方式中，当斜率以足够速率变得越来越为负时，多个步进上的功率趋势的变化满足第三条件。换句话说，如果从306到308 (图3)的斜率(即，功率趋势)为_3，并且从308到310 (图3)的斜率(即，功率趋势)为_7，那么将满足第三条件，因为斜率变化率以足够(S卩，阈值)速率变得越来越为负。另一方面，如果从308到310的斜率已维持在_3，那么将未满足第三条件，因为斜率在这些步进上保持恒定(即，未变得更负)。另外，如果斜率正以低速率变得越来越为负(例如，斜率从-3改变为-4)，那么在一些实现方式中，这将不足以满足第三条件。此描述中的具体值和条件仅仅是例子，并且其它适当值和条件(即，将满足第三条件的斜率的具体变化率)可取而代之。
[0102]根据在第一系列步进期间功率趋势满足第一条件的确定，控制器102，在第二系列步进上，在不同于第一方向的第二方向上调整电特性(546)(例如，使用功率输出控制模块432)。在一些实现方式中，控制器102通过增加晶体管的工作周期来在第二方向上调整电特性(547)(例如，使用功率输出控制模块432)。增加工作周期导致在负X方向上横越功率曲线，如以上相对于图2A-2E以及图3所论述。
[0103]在一些实现方式中，控制器102确定第二系列步进中的每个相应步进的第二相应功率值(548)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，每个相应步进的功率值用于确定第一系列步进(和/或第一系列步进的子集)内的功率趋势。
[0104]在一些实现方式中，控制器102确定第二系列步进上的功率趋势是否满足第二条件(550)(例如，使用MPPT模块426)。在一些实现方式中，当功率趋势对于预定数量的步进基本上恒定时，功率趋势满足 第二条件。在一些实现方式中，当功率曲线的斜率对于1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个步进，或任何其它适当数量的步进恒定时，功率趋势满足第二条件。在一些实现方式中，当功率趋势对于预定数量的步进指示能量捕获设备的恒流条件时，功率趋势满足第二条件。在一些实现方式中，当功率曲线的斜率对于一定数量的步进(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个或任何其它适当数量的步进恒定时，功率趋势指示恒流条件。在一些实现方式中，当功率趋势基本上等于I时，功率趋势满足第二条件。
[0105]在图5E中，在一些实现方式中，在确定功率趋势满足第二条件之后，控制器102基于在第一系列步进(538)和第二系列步进(546)内确定的功率值来识别最大功率点(552)(例如，使用MPPT模块426)。举例来说，如上所述，最大功率点对应于功率趋势指示零斜率的点。因此，在第一和第二系列步进期间，控制器102确定各个步进处的功率值，其中每个步进对应于电特性(例如，工作周期)的具体值。在一些实现方式中，当控制器102识别到功率趋势对于第一和第二系列步进在相同功率点处为零时，功率点被视为最大功率点。
[0106]在一些实现方式中，控制器102使用对应于最大功率点的电特性的值作为控制器的新操作点(554)(例如，使用功率输出控制模块432)。举例来说，如上所述，控制器102以新操作点(例如，新识别的最大功率点)操作，直到发生导致控制器102开始沿着功率曲线逐步升高或降低以便定位新的最大功率点，或执行最大功率点搜寻扫描的事件为止。导致控制器102开始沿着功率曲线逐步升高或降低的事件的实例包括在以前确定为最大功率点的点处操作时，确定正由能量捕获设备产生的功率发生变化，指示入射于能量捕获设备上的辐射能量的量和/或强度已经改变，并且所述操作点可能不再对应于最大功率点。导致控制器102执行最大功率点搜寻扫描的事件的其它实例包括计时器的期满(例如，当周期性地执行最大功率点搜寻扫描时)，在执行第一或第二 MPPT算法时，在一定数量的步进之后，确定控制器102已不能发现功率曲线中的具有为零或接近零的斜率的点或区域，以及类似实例。
[0107]在一些实现方式中，为了根据第一最大功率点跟踪算法(504)和/或第二最大功率点跟踪算法(512)来调整电特性，控制器102以电特性的第一值操作(556)(例如，使用功率输出控制模块432)。举例来说，控制器102以第一工作周期值操作晶体管。在一些实现方式中，电特性的第一值是以前由于最大功率点搜寻扫描(522)-(532)，或通过第一或第二MPPT算法来确定的最大功率点。
[0108]在一些实现方式中，控制器102观察到由一个或多个能量捕获设备产生的功率的变化(558)(例如，使用传感器模块424)。在一些实现方式中，控制器102确定由一个或多个能量捕获设备产生的功率已增加还是减少(560)(例如，使用MPPT模块426)。举例来说，控制器102观察到正由一个或多个能量捕获设备产生的功率从5W增加到10W，或从1W减少到5W。在一些实现方式中，控制器102观察到的功率是减少还是增加控制控制器102是通过在正还是负X方向上横越功率曲线来开始搜寻新最大功率点。具体地说，如果功率增加，控制器102开始在正X方向上横越功率曲线，因为新的最大功率点更可能对应于较高电压(其也对应于较低工作周期和较高负载阻抗)。后来，当(并且如果)控制器102检测到第一条件(例如，如上相对于(544)所述)时，控制器102逆转方向，并且开始在负X方向上横越功率曲线。因此，在这些条件下，第一方向对应于在正X方向上横越功率曲线，并且第二方向对应于在负X方向上横越功率曲线。另一方面，如果功率减少，那么第一和第二方向逆转。具体来说，控制器102开始在负X方向上横越功率曲线，并且一旦控制器102检测到第二条件(例如，如上相对于(550)所述)，其逆转方向并且开始在正X方向上横越功率曲线。因此，在这些条件下，第一方向对应于在负X方向上横越功率曲线，并且第二方向对应于在正X方向上横越功率曲线。
[0109]在图5F中，在一些实现方式中，根据由一个或多个能量捕获设备产生的功率已增加的确定，控制器102通过减少控制从一个或多个能量捕获设备到外部负载的电流的晶体管的工作周期，来在第一方向上调整电特性(562)(例如，使用功率输出控制模块432)，并且通过增加晶体管的工作周期，来在第二方向上调整电特性(564)(例如，使用功率输出控制模块432) ?
[0110]因此，在一些实现方式中，根据由一个或多个能量捕获设备产生的功率已减少的确定，控制器102通过增加晶体管的工作周期，来在第一方向上调整电特性(566)(例如，使用功率输出控制模块432)，并且通过减少晶体管的工作周期，来在第二方向上调整电特性(568)(例如，使用功率输出控制模块432)。在第一方向对应于在负X方向上横越功率曲线(例如，增加晶体管的工作周期)，并且第二方向对应于在正X方向上横越功率曲线(例如，减少晶体管的工作周期)的情况下，确立第一和第二条件以便对应于此约定。举例来说，当功率趋势指示功率曲线的斜率已基本上恒定一定的持续时间(例如，一定数量的步进)时，满足第一条件，并且当功率趋势指示斜率已变成负，对于预定数量的步进(例如，5)为负，且/或对于一定数量的步进正越来越为负时，满足第二条件。因此，至少部分地基于第一方向是对应于在正X方向还是负X方向上横越功率曲线来确定第一和第二条件。
[0111]在一些实现方式中，第一最大功率点跟踪算法和第二最大功率点跟踪算法通过沿着功率曲线逐步升高和降低以便识别最大功率点来操作。在一些实现方式中，第一和第二最大功率点算法在其相应最小步长方面有所不同。更具体地说，如上所述，第一和第二最大功率点跟踪算法在操作期间增加步长，以便更快速地定位最大功率点。因此，如果控制器102以较小步长来操作(例如，增加和/或减少工作周期1% )，但是最大功率点已从以前操作点移位较大距离，那么控制器增加步长，以便增加识别最大功率点的速度。举例来说，控制器102将步长增加到2%，并且如果控制器102未到达最大功率点，那么控制器102开始采用5%的较大步进。然而，由于高低辐射能量条件之间的功率曲线的形状的差异，对于两种算法来说，相同最小步长可能并非理想的。举例来说，如果在低辐射能量条件下，控制器102必须横越晶体管的工作周期的40%以便定位最大功率点，那么1%步长可导致控制器102操作太慢，并且不能在合理时间内发现最大功率点。因此，在一些实现方式中，低辐射能量条件的最小步长大于高辐射能量条件的最小步长。
[0112]因此，在一些实现方式中，当根据第一最大功率点跟踪算法来调整电特性时(例如，(504))，两个相邻步进之间的电特性(例如，晶体管的工作周期)的值的最小差异是第一值，并且当根据第二最大功率点跟踪算法来调整电特性时(例如，(512))，两个相邻步进之间的电特性(例如，晶体管的工作周期)的值的最小差异是大于第一值的第二值。在一些实现方式中，第一值(即，第一 MPPT算法中的两个相邻步进之间的最小差异)是1%，并且第二值(即，第二 MPPT算法中的两个相邻步进之间的最小差异)是5%。还涵盖最小差异的其它值。
[0113]在一些实现方式中，在第一方向上(例如，在(538))和/或在第二方向上(例如，在(546))调整电特性包括最初以第一量调整每个后续步进的电特性(570)(例如，使用功率输出控制模块432)。在一些实现方式中，第一量对应于两个步进之间的电特性的值的最小差异。举例来说，在一些实现方式中，第一量是步进之间的晶体管的工作周期的增加或减少I %。在一些实现方式中，如果在预定数量的步进之后，功率趋势未能满足第一条件，那么控制器102开始以第二量来调整每个后续步进的电特性，其中第二量大于第一量(572)(例如，使用功率输出控制模块432)。举例来说，使用一个可能第一条件，如果在具体数量的步进(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10个步进，或任何其它适当数量的步进)之后，功率趋势未能变为负，那么控制器102开始以第二、较大量(例如，2%)来调整每个后续步进的电特性。在一些实现方式中，在开始以第二量调整每个后续步进的电特性之后，如果在第二具体数量的步进之后，功率趋势未能满足第一条件，那么控制器102开始以第三量来调整每个后续步进的电特性，其中第三量大于第二量(574)(例如，使用功率输出控制模块432)。继续上文所陈述的实例，如果在第二具体数量的步进(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10个步进，或任何其它适当数量的步进)之后，功率趋势未能变为负，那么控制器开始以第三、更大的量(例如，5%)来调整每个后续步进的电特性。所列出的具体步长仅仅是例子，并且也涵盖其它步长。举例来说，不同MPPT算法可使用不同步长。具体来说，在一些实现方式中，在第二 MPPT算法中，最小步长是5%，而非第一 MPPT算法的I %最小步长。因此，第二MPPT算法中的步长例如从5%增加到7%，然后从7%增加到10%。在一些实现方式中，步长的增加(即，以较大量来调整每个后续步进的电特性)对应于步进之间的绝对值差异。因此，步长的增大增加了两个步进之间的差异的绝对值，不论那些步进是在正X方向还是负X方向上。作为特定实例，将步长从1%增加到2%导致当在正X方向上横越功率曲线时，控制器102使工作周期在每个步进上减少-2% (例如，从58%到56%至54%等)，并且当在负X方向上横越功率曲线时，使工作周期增加+2% (例如，从54%到56%到58%等)。
[0114]在一些实现方式中，在开始以第三量调整每个后续步进的电特性之后，如果在第三具体数量的步进之后，功率趋势未能满足第一条件，那么控制器102执行最大功率点搜寻扫描(576)(例如，使用MPPT模块426)。举例来说，继续上文所陈述的实例，如果在第三具体数量的步进(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10个步进，或任何其它适当数量的步进)之后，功率趋势未能变为负，那么控制器启始最大功率点搜寻扫描。具体地说，在两次增加步长(例如，在(572)-(576))之后，不能识别最大功率点暗示与继续根据第一或第二 MPPT算法来搜寻相比，执行最大功率点搜寻扫描是更有效的。因此，控制器102停止稳态操作，并且替代地执行最大功率点搜寻扫描以识别最大功率点，并且确定其后使用哪一种MPPT算法。参照(522)-(532)来描述最大功率点搜寻扫描，并且此处将不再重复。
[0115]前述实例描述响应于在增加步长两次之后未能定位最大功率点而触发最大功率点搜寻扫描(即，执行三组步进，每一组具有比前一组大的步长)。在一些实现方式中，在更多或更少组步进之后，控制器102执行最大功率点搜寻扫描。举例来说，在一些实现方式中，控制器102采用5组步进，每一组具有比前一组大I %的步长，并且如果在完成5组步进之后，未发现最大功率点，那么执行最大功率点搜寻扫描。也涵盖其它步长和组数。
[0116]可针对本文描述为单一实例的组件、操作(例如，方法步骤)或结构提供多个实例。另外，各种组件、操作(例如，方法步骤)和数据存储之间的边界是略微任意的，并且具体操作是在特定说明性配置的情形中说明。功能性的其它分配是预期的，并且可属于实现方式的范围内。通常，在示例性配置中呈现为分离组件或操作的结构和功能性可实现为组合结构、组件或操作。类似地，呈现为单一组件或操作的结构和功能性可实现为分离组件或操作。这些和其它变化、修改、添加和改进属于实现方式的范围内。此外，描绘或描述为以具体顺序发生的操作可以其它顺序来执行，并且描绘为组合于单一方法、过程、技术等中的操作可省略或根据各种实现方式与其它操作组合。
[0117]还应了解，虽然在本文中可能使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语只用于区分一个元件与另一个元件。举例来说，第一算法可被称为第二算法，并且类似地，第二算法可被称为第一算法，而不改变描述的含义，只要所有出现的“第一算法” 一致地重命名，并且所有出现的“第二算法” 一致地重命名即可。
[0118]本文使用的术语只用于描述具体实现方式的目的，并且无意限制所附权利要求书。如在实现方式和所附权利要求书的描述中所使用，单数形式的“一”和“所述”既定还包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，如本文使用的术语“和/或”涉及并且涵盖一个或多个相关联列出项目的任何和所有可能组合。将进一步理解，术语“包括(comprises) ”和/或“包括(comprising) ”在用于本说明书中时，规定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
[0119]如本文所使用，术语“如果”可解释为表示“在…时”或“在…后”或“响应于确定”或“根据确定”或“响应于检测到”所陈述的先决条件是真实的，这取决于上下文。类似地，短语“如果确定(所陈述的先决条件是真实的)”或“如果(所陈述的先决条件是真实的)”或“当(所陈述的先决条件是真实的)时”可解释为表示“在确定…后”或“响应于确定”或“根据确定”或“在检测到…后”或“响应于检测到”所陈述的先决条件是真实的，这取决于上下文。
[0120]前面的描述包含实现说明性实现方式的示例性系统、方法、技术、指令序列和计算机程序产品。出于阐释的目的，陈述许多特定细节以便提供对本发明标的物的各种实现方式的理解。然而，本领域技术人员将明白，本发明标的物的实现方式可在没有这些特定细节的情况下实施。通常，未详细地展示众所周知的指令实例、协议、结构和技术。
[0121]出于阐释的目的，已经参照特定实现方式描述了前面的描述。然而，以上说明性论述无意为无遗漏的，或将实现方式限于所公开的确切形式。许多修改和变化鉴于上述教义是可能的。选择并描述所述实现方式是为了最好地阐释原理及其实际应用，从而使得其它 本领域技术人员能够最好地利用所述实现方式，以及具有适合于所涵盖具体用途的各种改进的各种实现方式。
【主权项】
1.一种用于控制太阳能系统的操作的控制器，所述控制器通过操作点来表征，并且包括: 输入端，所述输入端被配置来接收来自一个或多个能量捕获设备的电功率； 输出端，所述输出端被配置来向外部负载提供电功率； 一个或多个处理器； 存储器；以及 一个或多个程序，所述一个或多个程序存储在所述存储器中，并且被配置来由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于以下操作的指令: 在时期期间，启始第一最大功率点跟踪算法； 根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整影响施加到所述一个或多个能量捕获设备的表观负载电阻的电特性； 在所述时期结束之前，确定所述第一最大功率点跟踪算法是否符合要求； 根据所述第一最大功率点跟踪算法符合要求的确定，继续使用所述第一最大功率点跟踪算法，并且在所述时期期间继续根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整所述电特性；以及 根据所述第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，执行包括以下步骤的方法:(i)在所述时期期间，切换到第二最大功率点跟踪算法，以及(ii)根据所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性， 其中所述第一最大功率点跟踪算法不同于所述第二最大功率点跟踪算法。2.如权利要求1所述的控制器，其中: 所述第一最大功率点跟踪算法对应于所述一个或多个能量捕获设备的第一功率产生特性； 所述第二最大功率点跟踪算法对应于所述一个或多个能量捕获设备的第二功率产生特性；并且 所述第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定对应于所述一个或多个能量捕获设备根据所述第二功率产生特性来操作的确定。3.如权利要求2所述的控制器，其中如与所述第二功率产生特性相比，所述第一功率产生特性对应于所述一个或多个能量捕获设备的较高光照度条件。4.如权利要求2所述的控制器，其中所述第一功率产生特性对应于直射阳光条件，并且所述第二功率产生特性对应于至少部分间接阳光条件。5.如权利要求1所述的控制器，所述一个或多个程序还包括用于执行最大功率点搜寻扫描的指令，所述指令包括用于以下操作的指令: 在值范围内调整所述电特性； 在所述值范围内调整所述电特性时，识别最大功率点； 在所述最大功率点搜寻扫描之后，选择所述第一最大功率点跟踪算法或所述第二最大功率点跟踪算法中的一种供使用； 确定满足所述最大功率点搜寻扫描的终止条件；以及 根据满足所述终止条件的确定: 根据所述选定最大功率点搜寻算法，使用对应于所述最大功率点的电特性的值作为所述操作点来调整所述电特性。6.如权利要求5所述的控制器，用于执行所述最大功率点搜寻扫描的所述指令还包括用于以下操作的指令:确定在所述值范围内、由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率是否根据指示第一环境条件或第二环境条件的斜率而变化，其中所述第二环境条件不同于所述第一环境条件。7.如权利要求6所述的控制器，所述一个或多个程序还包括用于以下操作的指令: 根据在所述值范围内、由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率根据指示第一环境条件的斜率而变化的确定，确定所述第一最大功率点跟踪算法是符合要求的；以及根据在所述值范围内、由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率根据指示第二环境条件的斜率而变化的确定，确定所述第一最大功率点跟踪算法是不符合要求的。8.如权利要求6所述的控制器，所述一个或多个程序还包括用于以下操作的指令: 在切换到所述第二最大功率点跟踪算法之后，在所述时期结束之前，确定所述第二最大功率点跟踪算法是否符合要求； 根据所述第二最大功率点跟踪算法符合要求的确定，继续使用所述第二最大功率点跟踪算法，并且在所述时期期间，继续根据所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性； 根据所述第二最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，执行包括以下步骤的方法:(i)在所述时期期间，切换到所述第一最大功率点跟踪算法，以及(ii)根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整所述电特性。9.如权利要求8所述的控制器，所述一个或多个程序还包括用于以下操作的指令: 根据在所述值范围内、由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率根据指示所述第二环境条件的斜率而变化的确定，确定所述第二最大功率点跟踪算法是符合要求的；并且 根据在所述值范围内、由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率根据指示所述第一环境条件的斜率而变化的确定，确定所述第二最大功率点跟踪算法是不符合要求的。10.如权利要求1所述的控制器，其中用于根据所述第一最大功率点跟踪算法和/或所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性的所述指令包括用于以下操作的指令: 在维持功率趋势时，其中所述功率趋势是至少部分地基于所述一个或多个能量捕获设备的两个功率值而反复更新的值: 在第一系列步进上，在第一方向上调整所述电特性，其中所述第一系列步进中的每个相应步进对应于所述电特性的相应值； 确定所述第一系列步进中的每个相应步进的第一相应功率值； 确定所述第一系列步进上的所述功率趋势是否满足第一条件； 根据在所述第一系列步进期间，所述功率趋势满足所述第一条件的确定: 在第二系列步进上，在不同于所述第一方向的第二方向上调整所述电特性； 确定所述第二系列步进中的每个相应步进的第二相应功率值； 确定所述第二系列步进上的所述功率趋势是否满足第二条件；以及 在确定所述功率趋势满足所述第二条件之后: 基于在所述第一和所述第二系列步进上确定的功率值，识别最大功率点；并且 使用对应于所述最大功率点的所述电特性的值作为所述控制器的所述操作点。11.如权利要求10所述的控制器，其中用于维持所述功率趋势的所述指令包括用于确定多个斜率值的指令，所述多个斜率值中的每个斜率值是基于至少两个相应功率值。12.如权利要求10所述的控制器，其中: 用于在所述第一方向上调整所述电特性的所述指令包括用于减小控制从所述一个或多个能量捕获设备到所述外部负载的电流的晶体管的工作周期的指令；并且 用于在所述第二方向上调整所述电特性的所述指令包括用于增加所述晶体管的所述工作周期的指令。13.如权利要求10所述的控制器，其中当所述功率趋势对于预定数量的步进为负时，所述功率趋势满足所述第一条件。14.如权利要求10所述的控制器，其中当多个步进上的所述功率趋势的变化满足第三条件时，所述功率趋势满足所述第一条件。15.如权利要求14所述的控制器，其中当所述功率趋势对于预定数量的步进基本上恒定时，所述功率趋势满足所述第二条件。16.如权利要求15所述的控制器，其中当所述功率趋势对于预定数量的步进指示所述能量捕获设备的恒流条件时，所述功率趋势满足所述第二条件。17.如权利要求16所述的控制器，其中当所述功率趋势基本上等于I时，所述功率趋势满足所述第二条件。18.如权利要求17所述的控制器，其中所述第二条件不同于所述第一条件。19.如权利要求10所述的控制器，其中用于根据所述第一最大功率点跟踪算法和/或所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性的所述指令还包括用于以下操作的指令: 以所述电特性的第一值下操作所述控制器； 观察由所述一个或多个能量捕获设备产生的功率的变化； 确定由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率已增加还是减少； 根据由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率已增加的确定: 在所述第一方向上调整所述电性能包括减少控制从所述一个或多个能量捕获设备流至所述外部负载的电流的晶体管的工作周期；并且 在所述第二方向上调整所述电特性包括增加所述晶体管的所述工作周期；以及 根据由所述一个或多个能量捕获设备产生的所述功率已减少的确定: 在所述第一方向上调整所述电特性包括增加所述晶体管的所述工作周期；并且 在所述第二方向上调整所述电特性包括减少所述晶体管的所述工作周期。20.如权利要求10所述的控制器，其中: 当根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整所述电特性时，两个相邻步进之间的所述电特性的所述值的最小差异是第一值；并且 当根据所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性时，两个相邻步进之间的所述电特性的所述值的最小差异是大于所述第一值的第二值。21.如权利要求10所述的控制器，其中用于在所述第一系列步进上、在所述第一方向上调整所述电特性的所述指令包括用于以下操作的指令: 最初以第一量调整每个后续步进的所述电特性； 如果在预定数量的步进之后，所述功率趋势未能满足所述第一条件，那么开始以第二量来调整每个后续步进的所述电特性，其中所述第二量大于所述第一量；并且 随后，如果在第二具体数量的步进之后，所述功率趋势未能满足所述第一条件，那么开始以第三量来调整每个后续步进的所述电特性，其中所述第三量大于所述第二量。22.如权利要求21所述的控制器，其中用于在所述第一系列步进上、在所述第一方向上调整所述电特性的所述指令还包括用于以下操作的指令: 在开始以所述第三量调整每个后续步进的所述电特性之后，如果在第三具体数量步进之后，所述功率趋势未能满足所述第一条件，那么执行最大功率点搜寻扫描，包括在第四系列步进上: 在所述第一方向上调整所述电特性； 在所述第四系列步进上识别最大功率点； 在所述最大功率点搜寻扫描之后，选择所述第一最大功率点跟踪算法或所述第二最大功率点跟踪算法中的一种供使用； 确定所述第四系列步进上的所述功率趋势是否满足所述第一条件；以及 根据所述功率趋势满足所述第一条件的确定: 根据所述选定最大功率点搜寻算法，使用对应于所述最大功率点的所述电特性的值作为初始操作点来调整所述电特性。23.如权利要求22所述的控制器，其中每个相应功率值对应于在步进期间由所述一个或多个能量捕获设备提供的电功率。24.如权利要求22所述的控制器，其中通过只测量对应于来自所述一个或多个能量捕获设备的电流的电流值来确定每个相应功率值。25.如权利要求1所述的控制器，其中所述电特性对应于控制从所述一个或多个能量捕获设备到所述外部负载的电流的晶体管的工作周期。26.如权利要求1所述的控制器，其中所述输出端包括通用串行总线端口。27.如权利要求1所述的控制器，其中所述一个或多个能量捕获设备是太阳能电池板。28.一种用于跟踪一个或多个能量捕获设备的最大功率点的方法，包括: 在具有一个或多个处理器和存储由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序的存储器的控制器处，所述控制器通过操作点来表征: 在时期期间，启始第一最大功率点跟踪算法； 根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整影响施加到所述一个或多个能量捕获设备的表观负载电阻的电特性； 在所述时期结束之前，确定所述第一最大功率点跟踪算法是否符合要求； 根据所述第一最大功率点跟踪算法符合要求的确定，继续使用所述第一最大功率点跟踪算法，并且在所述时期期间继续根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整所述电特性；并且 根据所述第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，执行包括以下步骤的方法:(i)在所述时期期间，切换到第二最大功率点跟踪算法，并且(ii)根据所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性， 其中所述第一最大功率点跟踪算法不同于所述第二最大功率点跟踪算法。29.—种电子设备，包括: 一个或多个处理器； 存储器；以及 一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在所述存储器中，并且被配置来由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于以下操作的指令: 在时期期间，启始第一最大功率点跟踪算法； 根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整影响施加到所述一个或多个能量捕获设备的表观负载电阻的电特性； 在所述时期结束之前，确定所述第一最大功率点跟踪算法是否符合要求； 根据所述第一最大功率点跟踪算法符合要求的确定，继续使用所述第一最大功率点跟踪算法，并且在所述时期期间，继续根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整所述电特性；并且 根据所述第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，执行包括以下步骤的方法:(i)在所述时期期间，切换到第二最大功率点跟踪算法，并且(ii)根据所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性， 其中所述第一最大功率点跟踪算法不同于所述第二最大功率点跟踪算法。30.—种存储一个或多个程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令在由电子设备执行时，致使所述设备: 在时期期间，启始第一最大功率点跟踪算法； 根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整影响施加到所述一个或多个能量捕获设备的表观负载电阻的电特性； 在所述时期结束之前，确定所述第一最大功率点跟踪算法是否符合要求； 根据所述第一最大功率点跟踪算法符合要求的确定，继续使用所述第一最大功率点跟踪算法，并且在所述时期期间，继续根据所述第一最大功率点跟踪算法来调整所述电特性；并且 根据所述第一最大功率点跟踪算法不符合要求的确定，执行包括以下步骤的方法:(i)在所述时期期间，切换到第二最大功率点跟踪算法，以及(ii)根据所述第二最大功率点跟踪算法来调整所述电特性， 其中所述第一最大功率点跟踪算法不同于所述第二最大功率点跟踪算法。
【专利摘要】本发明公开一种用于控制太阳能系统的操作的控制器。所述控制器接收来自能量捕获设备的电功率，并且将电功率输出到一个或多个外部负载。所述控制器在时期期间启始第一最大功率点跟踪算法。然后，所述控制器确定所述第一最大功率点跟踪算法是否符合要求。如果它是符合要求的，那么所述控制器继续使用所述第一最大功率点跟踪算法。如果它是不符合要求的，那么所述控制器切换到第二最大功率点跟踪算法。所述第一和第二最大功率点跟踪算法可针对不同环境条件，例如入射于太阳能电池板上的不同量的阳光而进行优化。
【IPC分类】G05F1/67
【公开号】CN104881076
【申请号】CN201510091516
【发明人】M·赫德森, N·托曾
【申请人】D.灯设计股份有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月28日
【公告号】US8972069, US20150249421