一种光伏(PV)系统由子阵列构成，每个子阵列具有电连接到彼此的PV电池的组。用于每个子阵列的功率管理电路具有通信接口并且用于使子阵列与可编程电力网连接或者断开。电力网具有母线行和母线列。母线管理电路定位于母线列和母线行的相应结处，并且通过该母线管理电路的通信接口可编程，以连接或者断开网中的功率路径。因此，所选择的子阵列由所选择的功率路径连接为并联以便产生低系统电压，并且交替地，连接为串联以便产生是低电压的至少十倍大的高系统电压。
1.一种动态可重配置能量采集光伏(PV)系统，包括：
多个PV能量采集子阵列，其中每个子阵列包括一组光伏电池，所述光伏电池电连接到彼此以在多个子阵列功率节点对中的相应子阵列功率节点对处生成电压；
多个功率管理电路，每个功率管理电路具有通信接口和耦合到所述子阵列功率节点对中的相应子阵列功率节点对的功率输入；以及可编程电力网，每个所述功率管理电路的功率输出耦合到所述电力网，所述电力网具有多个母线行、多个母线列、每个均定位于母线列和母线行的相应结处的多个母线管理电路、以及采集能量输出节点，其中每个功率管理电路在所述PV系统的现场使用期间通过所述功率管理电路的通信接口可编程，以使所述功率管理电路的相应子阵列与所述电力网连接或者断开，并且每个母线管理电路通过所述母线管理电路的通信接口可编程，以连接或者断开所述电力网中的功率路径，使得选择的子阵列由选择的功率路径连接为并联，以便在所述采集能量输出节点处产生低电压，并且交替地，所述系统的选择的子阵列由选择的功率路径连接为串联，以便产生是所述低电压的至少十倍大的高电压；并且其中每个母线行具有由所述母线管理电路中的一些母线管理电路以菊花链方式耦合的相应多个母线组分段；
每个母线列具有由所述母线管理电路中的一些母线管理电路以菊花链方式耦合的相应多个母线组分段；
所述母线管理电路中的至少一些母线管理电路中的每个母线管理电路耦合到四个邻近母线组分段，并且能够被编程为使以下项交替地彼此连接和断开：(a)来自所述四个邻近母线组分段中的任何一个母线组分段的母线导体以及(b)来自所述四个邻近母线组分段中的任何一个其它母线组分段的母线导体，所述四个邻近母线组分段中的两个母线组分段在母线行中并且所述四个邻近母线组分段中的两个母线组分段在母线列中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述功率管理电路具有耦合在所述母线管理电路的所述功率输入和所述电力网之间的dc-dc转换器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中每个子阵列中的所述电池中的一些是多结电池，其中每个多结电池具有多个结，其中所述结中的每一个或者所述结中的至少一个子集独立地耦合到与所述多结电池关联的多结功率管理器电路，所述系统进一步包括电力系统控制器，所述电力系统控制器将低性能子阵列的所述功率管理电路编程为以下项中的一项：(a)响应于来自与每个所述低性能子阵列中的多结电池关联的多结功率管理器电路的、指示所述低性能子阵列中的多结电池的低性能的信号，将所述低性能子阵列从所述电力网断开，以及(b)当所述多结功率管理器电路包括dc-dc升压转换器时，将所述低性能子阵列通过所述升压转换器连接到所述电力网，其中所述控制器将高性能子阵列的所述功率管理电路编程为响应于来自与每个所述高性能子阵列中的多结电池关联的多结功率管理器电路的、指示所述高性能子阵列中的多结电池的高性能的信号，将所述高性能子阵列连接到所述电力网。
通信网，所述功率管理电路和所述母线管理电路的所述通信接口耦合到所述通信网；
电力系统控制器，将经由所述通信网，对所述功率管理电路和所述母线管理电路编程，以在所述采集能量输出节点处设定所述高电压或者所述低电压。
5.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述子阵列由光电池构成，每个所述光电池具有面积小于五(5)平方毫米的活性或者光检测区域，并且其中每个所述子阵列具有至少一千个光电池并且将产生在1伏特dc和1000伏特dc之间。
6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括电容性耦合到子阵列功率节点的通信带解码器，用于对来自由所述子阵列检测到的信号的信息或者数据解码，其中所述信息或者数据由照射所述子阵列的远程光源嵌入。
7.一种动态可重配置能量采集光伏(PV)系统，包括：
多结PV电池的组，每个所述多结PV电池具有优化为通过吸收多种不同波长的光来产生电的多个光电池结，以及多个功率管理电路，每个功率管理电路与所述多结PV电池中的相应一个或者多个关联和耦合；以及电力网，每个所述功率管理电路的功率输出耦合到所述电力网，
其中组成多结PV电池的所述多个光电池结的每个或者多个子集耦合到与该多结PV电池或者多个多结电池关联的所述功率管理电路的单独输入端口，其中由组成关联的所述一个或多个多结PV电池的所有所述光电池结采集的所有能量通过所述功率管理电路的输出端口被提供到所述电力网。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述功率管理电路将自动地检测组成关联的所述多结PV电池的哪一个或多个所述光电池结正在产生最低功率，并且作为响应以预定模式操作。
9.根据权利要求8所述的系统，其中在所述预定模式中，产生所述最低功率的所述光电池结变为从所述输出端口断开。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述功率管理电路将自动地检测组成关联的所述多结PV电池的哪一个或多个所述光电池结正在产生最高功率，并且作为响应以预定模式操作。
11.根据权利要求10所述的系统，其中在所述预定模式中，仅产生所述最高功率的所述光电池结变为与所述输出端口串联连接。
12.根据权利要求7所述的系统，其中每个所述功率管理电路包括通信接口，通过所述通信接口能够对所述功率管理电路编程以便以如下方式之一连接组成与所述功率管理电路关联的多结PV电池的所述光电池结：(a)全部与彼此并联、(b)全部与彼此串联或者(c)并联连接和串联连接的组合。
13.根据权利要求12所述的系统，进一步包括电力系统控制器，响应于确定能量采集是基于入射在所述多结PV电池上的太阳光，所述电力系统控制器将对每个所述功率管理电路发信号，以将所述功率管理电路的光电池结与彼此串联连接。
14.根据权利要求12所述的系统，进一步包括电力系统控制器，响应于确定能量采集是基于光束而不是太阳光，所述电力系统控制器将对所述功率管理电路的选择的子集发信号以用预定模式操作，所述光束主要入射在与所述选择的子集关联的所述多结PV电池上。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述光束包括激光或者非相干光束。
动态可重配置光伏系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年8月29日提交的题目为“DYNAMICALLY RECONFIGURABLE PHOTOVOLTAIC SYSTEM”的第14/014266号美国专利申请的优先权，该美国专利申请要求2012年8月31日提交的第61/695,884号美国临时申请的更早提交日的权益。本申请也还要求2012年8月31日提交的第61/695,884号美国临时申请的更早提交日的权益。这些申请的整体通过引用方式并入于此。
[0003] 政府权利声明
[0004] 本发明按照Sandia公司和美国能源部之间的合约DE-AC04-94AL85000开发。美国政府具有本发明的某些权利。
技术领域
[0005] 本发明的实施例涉及能量采集光伏(PV)发电系统，诸如在航天器中所使用的那些。还描述了其它实施例。
背景技术
[0006] 能量采集PV发电系统(还称为太阳能发电系统)已经用于在包括住宅以及诸如卫星和无人机之类的航空和航天飞行器的各种应用中提供电力。对于住宅应用，太阳能板具有相对小数目的电池，其中每个电池相当大(诸如面积可以是大约6英寸乘以6英寸的硅PV电池)，并且在单个住宅太阳能板内可以有大约72个这种电池。每个太阳能电池通常设计为产生某个电压，例如，对于硅电池大约为0.6伏特，该电压对于在电池处接收到的光辐射量仅具有微弱依赖。这种电池可以在板内串联电连接，以便增加所采集的能量输出电压，例如，40伏特dc(Vdc)。典型的住宅太阳能系统可以包括若干这样的板(例如在5个和10个之间)，从而提供高达数百伏特。然后使用dc-ac转换电路以获得更常用的120Vac输出电压。
[0007] 对于航空和航天器应用，PV系统用作供给诸如蓄电池之类的能量存储设备以及航空器或者航天器的其它部件(诸如推进系统)的主要发电系统。虽然蓄电池可以具有小于5伏特的相对低的电压，但是推进系统可能在其功率供应输入处需要数百伏特。因此，dc-dc上转换器或者升压电路用于例如将40伏特PV输出增加到800或者甚至1000伏特。对于空间应用或者无人机应用，可以看到的是，需要可以根据航天器或者航空器的操作模式来支持低、中和高电压的功率供应母线。例如，需要高电压用于在轨道转移和其它机动期间通过卫星推进单元的加速，然而需要中电压用于常规操作，以及需要低电压用于安然度过太阳风暴或者安全关闭模式。此外，航天器或者航空器的可靠性、可用性以及维护需要强烈影响其为这种应用中的关键部件的电力系统的设计。
发明内容
[0008] 本发明的实施例是动态可重配置能量采集光伏(PV)系统，其在同一采集能量输出节点处既可以产生低电压并且又可以交替地产生高电压，其中高电压可以是低电压的至少10倍大。本发明的这个方面可以帮助减少对于分离式升压转换器的需要，这将帮助提高诸如卫星(其中散热可能是难题)之类的应用中的功率效率。此外，假如其中PV系统上的入射光是激光束或者来自远程源的非相干、非宽带光束(与太阳光相反)，可配置性实现更高效的功率接收器。当光束或者光斑在PV系统之上“游走”使得给定的电池组未被连续照射时，难以高效地采集能量。本发明的实施例是可以将自身适配为产生预定输出电压或者输出功率电平的PV系统，不管游走的光斑。
[0009] 以上概述不包括本发明的所有方面的穷举式列表。设想本发明包括可以从如下方面的所有合适组合实践的所有系统和方法：以上概述的各种方面、以及在下文的具体实施方式中公开的和在与本申请一起提交的权利要求书中特别指出的那些方面。这些组合具有未在以上概述中具体记载的特定优点。
附图说明
[0010] 在附图的图中，通过示例的方式而非限制的方式图示了本发明的实施例，在图中相同的参考指示相似的元件。应该注意的是，在本公开中参照本发明的“实施例”或者“一个实施例”不一定参照同一实施例，并且它们意指至少一个。
[0011] 图1描绘了可重配置光伏系统。
[0012] 图2示出了作为航天器应用的部分的一种配置中的光伏系统的更详细视图。
[0013] 图3示出了另一配置中的可重配置光伏系统。
[0014] 图4示出了其中电池串联连接到彼此的子阵列。
[0015] 图5示出了其中电池以串并联组合方式连接到彼此的子阵列。
[0016] 图6描绘了具有dc-dc转换器的子阵列功率管理电路。
[0017] 图7以框图形式描绘了电池或者多结功率管理器电路。
[0018] 图8更详细地描绘了具有关联的电池或者多结功率管理器电路的光伏电池。
[0019] 图9示出了游走激光或者非相干光束斑如何覆盖连接的子阵列，而在该斑外部的其它子阵列断开。
[0020] 图10示出了在光伏系统上的不同位置中的游走光束斑。
[0021] 图11图示了光伏系统的各种应用。
具体实施方式
[0022] 现在解释参照附图的本发明的若干实施例。每当下文描述的部分的形状、相对定位以及其它方面未明确定义，本发明的范围未仅限于所示出的部分，这些示出的部分仅意在用于说明的目的。同样地，虽然阐述了大量细节，但是要理解的是，可以实践本发明的一些实施例而无这些细节。在其它实例中，未详细示出熟知的电路、结构以及技术，以便不模糊对本描述的理解。
[0023] 图1描绘了依照本发明的实施例的可重配置PV系统1。系统由许多PV能量采集子阵列2构成。虽然仅示出了4个，系统当然不限于该数目，因为可以有少达2个子阵列2或者可以有多于4个。每个子阵列2包含PV电池3的组，这些PV电池串联电连接到彼此用于期望的更高输出电压(见图4)，并联电连接到彼此用于期望的增加的电流，或者以串并联组合方式电连接到彼此以产生更高输出电压和更高电流两者(见图5)。并联连接的串联电池串的混合或者非对称布置也是可能的。电池3可以是微系统使能光伏(MEPV)电池，其可以使用半导体微电子制造技术来制备并且可以相对小，例如直径在100微米和5毫米之间，并且诸如在III-V族半导体电池中厚度低达1微米。考虑MEPV电池的小尺寸，子阵列2可以具有数千个电池3(相比于常规PV模块中的72个电池)。还要注意，子阵列3中的所有的电池3不需要都是复制品或者甚至不需要都是相同类型的。例如，一些可以是硅电池，其它的可以是Ge或者III-V族电池。电池3可以备选地是具有两个或者更多结的组合的多结电池，这些结可以串联连接，或者如下文中依照图7至图8中描绘的本发明的实施例所描述的那样。例如，每个子阵列2可以由光电池构成，每个光电池具有面积小于五(5)平方毫米的活性或者光检测区域，并且其中每个子阵列2可以具有几千个MEPV光电池并且可以产生在1伏特(例如，串联的两个Si硅电池)和1000伏特之间的dc，其中电流在1微安培到若干安培的范围内，微安培用于其中仅需要高电压和低电流或者基本上无电流的应用(例如，电子/离子加速网)，而若干安培用于高电流汲取应用(例如，热负载等)，使用本文描述的功率转移配置转移mW到kW的功率将是可能的。
[0024] 仍然参照图1，在存在入射光时，子阵列输出电压由每个子阵列2在子阵列功率节点的相应对处从子阵列2的连接的电池3产生。有时这些节点用标记(+)和(-)来指定，以指示输出电压的极性。子阵列的输出电压和电流或者输出功率通过导体和有源电路的分布式网络(本文中称为电力网)来递送。电力网(或者电力母线互连)由多个母线行和多个母线列构成。如可以见到的那样，母线管理电路5定位于母线列和母线行的相应结处。每个母线行具有相应数目的通过一些母线管理电路5以菊花链方式耦合的或者形成序列的母线组行分段6。类似地，每个母线列具有相应数目的通过一些母线管理电路5同样以菊花链方式耦合的母线组列分段7。每个母线组分段(行分段6或者列分段7)具有相应数目的母线导体。在一个示例中，每个母线组分段具有两个母线导体，如图2和图3所见，虽然可以并联添加附加的导体，例如以减少电阻。在这种电力网中，每个母线管理电路5可以耦合为在两个和四个邻近母线组分段之间，即左和右母线组行分段6，以及上和下母线组列分段7。
[0025] 相应子阵列功率管理电路4的输入耦合到每个子阵列输出功率节点对。电路4还具有耦合到电力网(即，行分段6或者列分段7)的功率输出。在一个实施例中，每个子阵列功率管理电路4中的电流路径开关支持“网状网络”，因为它们可以将电路4的任何输入节点与电路4的任何输出节点连接。电路4还具有通信接口，其未在图1中示出但是可见于图2，在图2中该通信接口耦合到通信网9。功率管理电路4和母线管理电路5的通信接口所耦合到的通信网9可以是任何合适的、相对低复杂度并且低比特率的数字通信总线。这种通信接口性质上可以是光学的，其中信息通过编码在照射子阵列的光上并且由通信带解码器解码的信号传递到功率管理电路——见下文描述的图2。
[0026] 子阵列功率管理电路4包含电路系统，该电路系统包括固态电流路径开口、开关驱动器、控制逻辑、以及使电路4能够在PV系统的现场使用期间可编程(通过电路4的通信接口)的通信接口电路系统，以使电路4的相应子阵列2与电力网连接或断开。除了可编程子阵列功率管理电路4之外，每个母线管理电路5也是可编程的(通过其通信接口)，以使用也可以支持网状网络(类似于上文描述的电路4的能力)的内置电流路径开关，连接和断开(其中之一)电力网中的功率或者电流路径。这两个能力一起使得两个或者更多所选择的子阵列2能够通过“可编程”电力网中的所选择的电流或者功率路径并联连接，以便在采集能量输出节点处产生低电压但是在高电流。交替地，子阵列功率管理电路4和母线管理电路5的可配置性使得两个或者更多所选择的子阵列2能够经由所选择的电流路径串联连接，以便产生可以是该较低电压的至少十倍大(取决于可用于串联连接的子阵列2的足够数目)的更高的电压。
[0027] 为了关于电力网和子阵列功率管理电路4的附加细节，现在参照图2，图2示出了通过适当地对所选择的电路4、5中的电流路径开关编程，而已经创建于电力网中的示例功率路径。该示例功率路径实现了可以位于相同列中的子阵列2_1、2_2、…的串联连接，使得(+)采集能量输出节点是PV系统顶部边界处的母线行分段6的导体，而(-)采集能量输出节点是PV系统底部边界处的母线行分段6的导体。未在PV系统的边界处的母线管理电路5可以被编程为使(a)来自其四个邻近母线组分段中的任何一个的母线导体以及(b)来自其四个邻近母线组分段中的任何另一个的母线导体交替地与彼此连接或者断开，从而在定义功率路径方面提供最大的灵活性。
[0028] 对于图2的示例，可以看出，子阵列的附加列可以类似于图2中所示串联连接到彼此。如果这些附加串联连接的列恰巧与另一个邻近，则通过对在边界处的母线管理电路5编程，以创建从其左母线行分段6到其下方母线列分段7的进一步的电流路径，所有这些列还可以沿着PV系统的顶部行和底部行并联连接到彼此。
[0029] 图2的电力网可以被重新配置使得功率路径被创建在其中，该功率路径实现子阵列2_1、2_2、…的并联连接，而不是串联连接。这在图3的示例中描绘。如果期望附加电流，则可以创建附加的并联连接的子阵列的列，并且通过适当地对在PV系统的顶部边界和底部边界处的母线管理电路5编程，这些列可以与彼此并联放置。
[0030] 应该注意的是，虽然上文描述的电路4、电路5的内置电流路径开关的全网状能力可以在电力网中和子阵列之间创建功率路径时提供最大的灵活性，但是备选限制电流路径开关的数目，使得电路4或电路5具有少于全网状的能力。只要所期望的功率路径可以创建于电力网中，并且整体上可以满足PV系统的可配置性的粒度的期望水平(包括子阵列之间的连接的粒度)，则这可以是可接受的。
[0031] 仍然参照图2，根据本发明的另一实施例，远程光束源可以通过将高频率分量施加于光束上，对功率转移配置指令或者其它数据(例如，用于控制电力系统配置或者诸如ADCS、COM等之类的其它子系统的指令)编码。然后在采集DC分量用于电力的同时，该信息通过电容性耦合到PV电池的电节点被检测到。图2中示出了示例，其中ac信号可以通过连接到采集能量输出节点的串联电容器向外耦合(out-coupled)到通信带解码器。后者对信息或者数据信号进行翻译或者解码以用于由例如EPS控制器使用，以用于配置功率管理电路和/或确定例如入射光是远程发源的光束而不是太阳光，和/或用于控制其它子系统。
[0032] 现在转到图6，描绘了子阵列功率管理电路4，其具有耦合在(其关联的子阵列2的)子阵列输出节点和电力网之间的dc-dc转换器。注意在此特定示例中，电流路径开关(用于使子阵列2与电力网交替地连接和断开)在dc-dc转换器电路系统“之前”，使得当子阵列2从网断开时，dc-dc转换器自动地在其输入处基本上见到伏特。虽然可以允许dc-dc转换器还通过通信网9(如在此经由电路4的通信接口示出的那样)控制，例如关于使输出电压升压多少或者在多大电压处调节，但是这不是在所有实例中都需要，因为可以设定固定的升压或者调节电压。使用dc-dc转换器作为升压转换器，PV系统可以在其采集能量输出节点处提供经升压的输出电压，同时有利地将消散由整个升压转换过程产生的热量的任务分布到子阵列的各个位置(而不是分布到PV系统之外的集中位置)。以这种方式使用dc-dc转换器可以被视为上文所描述的其中(通过适当地配置电力网中的功率路径)足够数目的子阵列2串联连接以便产生高输出电压的实施例的备选，或者它可以与图2的串联配置结合使用，例如以便从PV系统获得最高可用电压(作为也具有如图6所示的升压转换器的许多子阵列功率管理电路4的输出电压的总和)。
[0033] 暂时返回到图2，该图还用于图示本发明的另一实施例，即动态可重配置PV系统在航天器中的具体应用或者集成。在这种应用中，航天器具有电力系统(EPS)，其包括(除了PV系统之外)控制器8和功率分布网络10。EPS将来自PV系统的采集能量输出节点的功率分布到航天器的其它部件，即可充电蓄电池、机载计算机(OBC)、通信子系统(COM)以及姿态确定和控制系统(ACDS)。如上文提到的，即在卫星的正常使用或者部署期间，这可能需要低、中和高电压在采集能量输出节点上动态地交替可用。当EPS控制器8已被编程为经由通信网9配置功率管理电路4和母线管理电路5以在采集能量输出节点处设定高或者低电压时，上文描述的可重配置PV系统可以满足这种要求。
[0034] 现在转到图7，该图描绘了本发明的实施例，其中PV电池3是多结电池，并且为每个这种电池提供电池级或者多结功率管理器电路14，以产生电池输出电压。如更早提到的，每个子阵列2中的电池中的一个或者多个电池可以是多结电池，其中每个多结电池具有用于收集光生电流的两个或者更多结(例如，p-n结)，并且其中每个结独立耦合到多结功率管理器电路14。当吸收不同颜色或者波长的光时，不同的结(本文的示例涉及三个结A、B和C)可以各自调谐或者优化以产生最多的电。组成多结PV电池的每个光电池结耦合到与该多结PV电池关联的功率管理器电路14的单独输入端口。这样，每一个光电池结采集的能量通过功率管理电路14的相同输出端口被提供到电力网。管理来自于多结电池内的不同结的功率的功率管理器电路14可以管理来自于多结电池的子阵列内的单个结或者相似结的集合的功率。还应该注意的是，多结电池内的单个元件可以是单个结或者或许子集或者连接的多个(是两个(或者更多))结，例如串联以由更大的、例如六结多结电池制成一个元件。作为多结电池的另一示例，考虑一共具有五个结的多结电池，其中结的各种子集独立地耦合到多结功率管理器电路14。例如，这种5结电池可以如下布置：与1结子电池和另一2结子电池分离地连接(到电路14)的2结子电池。可以具有串联和/或并联连接的子集(即连接到其相应功率管理器电路14)的多结电池的其它布置是可能的。
[0035] 在一个实施例中，现在参照图8，功率管理器电路14可以由功率检测电路构成，功率检测电路用于检测在任意给定时间由结A、B和C产生的相对功率的一些量度。例如，检测器可以设计为自动地检测哪一个或多个结正在产生最低的功率。响应于这种确定，PV电池3，以及尤其是其功率管理器电路14，将以预定模式操作。作为示例，该模式可以是这样一种模式，即其中控制信号被认定为配置电流路径开关，使得产生最低功率的结变为从电池输出端口断开。
[0036] 在另一示例中，检测器可以设计为自动地检测哪一个或多个结正在产生最高的功率，响应于此，电池3将以不同的预定模式操作。作为示例，该模式可以是这样一种模式，即其中控制信号被认定为配置电流路径开关，使得仅产生最高功率的结变为与电池输出端口串联连接。在另一实施例中，电池或者多结功率管理器电路14具有通信接口，可以通过该接口对其编程(经由通信网9)，以便(a)全部与彼此并联、(b)全部与彼此串联或者(c)以某种串并联组合，连接组成其关联的多结PV电池或者这种多结PV电池的组的光电池结。
[0037] 应该注意的是，电池或者多结功率管理器电路14以及其关联的多结PV电池3可以实施在相同的微电子或者集成电路基板上。
[0038] 现在参照图9和图10，这些图用于图示本发明的另一实施例，其中尽管存在游走的激光束或者非相干光束照射斑，PV系统可以保持预定系统输出电压或者系统输出功率电平。在其中子阵列2具有局部遮蔽的情况下，可以获得相似有益的结果。此处描绘的PV系统正在用激光或者非相干束(非太阳光)照射，或者可以视为照射斑外部被遮蔽。图11中给出了这些情境的示例，其中远程功率转移经由远程产生的瞄准子阵列2的光束出现于航空器或者航天器的功率接收器或者PV系统。为了保持效率，束斑应该不大于PV系统的子阵列2的面积。实际上，斑应该小于子阵列2的全部覆盖面积(如示例所示)以允许远程光束源和PV阵列之间充足的未对准容差。在传统的PV系统中，照射小于PV阵列的全部面积导致降低的性能以及可能对阵列的损坏。然而，本发明的实施例可以接受小于PV阵列的全部面积的激光(或者其它光)斑尺寸。这种照射情况将产生一些该斑外部的低性能子阵列2，以及一些该斑内部的高性能子阵列2。现在，EPS控制器8将低性能子阵列的功率管理器电路14编程为，响应于例如来自与那些子阵列中的每个子阵列中的多结电池关联的功率检测器(见图8)的、指示子阵列中的多结电池的低性能的信号，将这些子阵列从电力网断开。备选地，功率管理器电路14可以具有DC-DC升压转换器，其允许被局部照射或者低性能的子阵列在合适的电压处与电力网连接。功率情况将需要是以下这样，即其中为了将子阵列连接到电力网，来自该电路14的功率输出不需要与网功率匹配，但是其电压输出电平需要匹配。此外，EPS控制器将高性能子阵列的功率管理器电路14编程为，响应于来自与那些子阵列中的每个子阵列中的多结电池关联的功率检测器的、指示子阵列中的多结电池的高性能的信号，将这些子阵列连接到电力网。
[0039] 在另一实施例中，响应于确定PV系统最可能面对充足的太阳光，EPS控制器8对每个功率管理器电路14发信号以将它们的光电池结与彼此串联连接，使得当在太阳光期间不同结的电流特性充分匹配时可以执行高效能量采集。但是当确定能量采集是基于激光光束或者非相干光束(非太阳光)时，则可以执行下文描述的过程，以断开针对光束的颜色或者波长不是优化的结，并且还跟踪游走束斑，使得总是做出对子阵列子集的最优选择(与束斑的覆盖面积一致)。
[0040] 用于操作具有能量采集子阵列、电池功率管理电路、子阵列功率管理电路以及可编程电力网的能量采集光伏(PV)系统的方法可以如下进行(其中还参照图9和图10)。从某些电池功率管理器电路14分别接收(例如，通过EPS控制器8)若干性能指示(还见图7和图8)。然后控制器8对低性能子阵列的功率管理器电路14发信号以将那些子阵列从电力网断开。此外，控制器对高性能子阵列的电路14发信号以将那些子阵列连接到电力网。还有，基于所接收的性能指示，控制器8对母线管理电路5(见图1，并且还见图2和图3)发信号，以在电力网中形成从所连接的子阵列到PV系统1的采集能量输出节点对的功率路径。这可以被设计为实现预定的系统输出电压或者系统输出功率电平。
[0041] 接下来，在束斑在PV系统1之上游走的同时，先前段落中的操作自动地在电力网上由控制器8重复，以便通过做出改变或更新使得仅良好照射的子阵列仍然连接到电力网，力求保持预定系统输出电压或者功率电平。
[0042] 在上文的描述中，为了解释目的，已经阐述了大量具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以实践一个或者多个其它实施例，而无这些具体细节中的一些。所描述的特定实施例不是被提供用于限制本发明，而是用于说明本发明。本发明的范围不是由上文提供的具体示例确定，而仅由下面的权利要求确定。例如，虽然在图2和图3中，采集能量输出节点被选择为位于PV系统的电力网的顶部边界和底部边界处，但是备选地它们可以位于左边界和右边界处。在其它实例中，已经以框图形式或者未详细示出熟知的结构、设备以及操作，以便避免模糊对本描述的理解。在认为合适的地方，参考标号或者参考标号的端子部分已在图中重复，以指示可以可选地具有相似特性的对应或者类型元件。
[0043] 还应该理解的是，贯穿本说明书对例如“一个实施例”、“实施例”、“一个或者多个实施例”或者“不同实施例”的引用，意指特定特征可以包括在本发明的实践中。相似地，应该理解的是，在描述中，出于使本公开简化以及帮助理解各种发明方面的目的，有时在单个实施例、图或者其描述中各种特征被分组在一起。然而，这种公开方法不应解释为反映本发明需要除了每项权利要求中明确记载的特征之外的更多特征的意图。更确切地说，如以下权利要求所反映的，发明的方面可以在于少于单个公开实施例的所有特征中。因此，具体实施方式之后的权利要求在此明确并入本具体实施方式，其中每项权利要求独自作为本发明的单独实施例。
