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基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510667432.2

申請日:

2015.10.16

公開號:

CN105242741A

公開日:

2016.01.13

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G05F 1/67申請日:20151016|||公開
IPC分類號: G05F1/67 主分類號: G05F1/67
申請人: 王水平
發明人: 王水平
地址: 710075陜西省西安市錦業路69號創新公寓
優先權:
專利代理機構: 西安吉盛專利代理有限責任公司61108 代理人: 張培勛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510667432.2

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2018.09.04|||2016.01.13

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置及方法。該裝置至少包括:光伏組件和太陽能優化電路,光伏組件的輸出端與太陽能優化電路輸入端電連接構成一組太陽能發電優化單元;多組太陽能發電優化單元進行串并聯連接,多組串聯連接的太陽能發電優化單元輸出進行并聯后與DC/AC逆變器輸入端電連接,DC/AC逆變器輸出端與交流并網單元電連接,將多組太陽能發電優化單元進行串并聯后的輸出電能供給交流并網單元。本發明以便解決由于各種因素使太陽能系統內部出現失衡時,最大限度的提高光伏系統的發電效率。

權利要求書

權利要求書
1.  基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置,其特征是:至少包括:光伏組件和太陽能優化電路,光伏組件的輸出端與太陽能優化電路輸入端電連接構成一組太陽能發電優化單元;多組太陽能發電優化單元進行串并聯連接,多組串聯連接的太陽能發電優化單元輸出進行并聯后與DC/AC逆變器輸入端電連接,DC/AC逆變器輸出端與交流并網單元電連接,將多組太陽能發電優化單元進行串并聯后的輸出電能供給交流并網單元。

2.  根據權利要求1所述的基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置,其特征是:所述的太陽能優化電路包括:雙向DC-DC變換器、電壓和電流檢測傳感單元和優化處理電路,光伏組件輸出端與雙向DC-DC變換器的輸入端電連接,電壓和電流檢測傳感單元電連接在光伏組件輸出端;電壓和電流檢測傳感單元輸出端與優化處理電路電接口連接,向優化處理電路提供光伏組件的電壓和電流輸出信號;優化處理電路通過對光伏組件的電壓和電流信號的處理;不斷調整雙向DC-DC變換器的工作模式或占空比,使太陽能發電優化單元輸出的電壓或電流得到控制。

3.  根據權利要求2所述的基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置,其特征是:所述的雙向DC-DC變換器包括:T1開關管和T2開關管,T1開關管和T2開關管的發射極和集電極并接有二極管;二極管的正極與發射極電連接,二極管的負極與集電極電連接;在T1開關管的集電極與T2開關管的發射極電連接,在T1開關管的集電極與T2開關管的發射極電連接點電連接電感L,電感L的另一端接光伏組件的輸出端,光伏組件的輸出端與地電壓之間接C1電容,T2開關管的集電極接太陽能優化器的輸出端,太陽能優化器的輸出端與地電壓之間接C2電容;T1開關管和T2開關管的基極分別與優化處理電路的控制端電連接;在升壓運行時,開關管T2導通,T1截止,變換器工作在Boost狀態,當開關管T1導通,T2截止時,變換器工作在Buck狀態。

4.  根據權利要求3所述的基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置,其特征是:所述的T1開關管和T2開關管基極端與優化處理電路控制端通過光電耦合器光電連接,實現T1開關管和T2開關管不同控制電壓的轉換。

5.  根據權利要求2所述的基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置,其特征是:所述的電壓和電流檢測傳感單元包括:電壓檢測電路和電流檢測電路;電壓檢測電路是在光伏組件正負電極輸出端,串接有3個電阻R1、R2和R0,在電阻R0和電阻R1的電連接端有一電壓輸出端,電壓輸出端與運算放大器構成的跟隨器輸入端電連接,跟隨器輸出端與優化處理電路A/D輸入端電連接;計算電阻R0的電壓可以獲取光伏組件的輸出電壓;電流檢測電路在光伏組件正極輸出回路上,串接有電阻Ri,電阻Ri兩端與測量放大器的兩輸入端電連接,測量放大器的輸出端與優化處理電路的另一個A/D輸入端電連接;檢通過檢測電阻Ri的電壓,在通過歐姆定律可以獲取光伏組件的輸出電流。

6.  基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制方法,其特征是:
(1)光伏組件遮陰或電氣參數不一致,導致光伏組件輸出功率變小,當光伏組件的輸出電流小于光伏組件所在支路串的輸出電流時,太陽能優化電路將光伏組件工作在降壓擴流模式;
(2)如果支路串中光伏組件由于遮陰而使得系統的輸出功率變小,此時該支路串中未被遮陰的光伏組件輸出電流將大于光伏組件串的輸出電流,太陽能優化電路將光伏組件工作在升壓模式;
(3)如果光伏組件均工作在最大功率點上,且光伏組件輸出電流近似等于光伏組件支路串的輸出電流時,太陽能優化電路將光伏組件工作在直通狀態;
(4)太陽能優化電路內部或并聯有旁路二極管,當光伏組件異常時,太陽能優化電路將光伏組件支路串通過旁路二極管直接旁路電流,使整個光伏發電系統正常工作。

說明書

說明書基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置及方法
技術領域
本發明涉及一種太陽能發電技術,特別是基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置及方法。
背景技術
隨著能源的短缺和環境的污染,太陽能作為一種無公害、無污染的綠色能源越來越多的被人們所重視,太陽能光伏發電的應用也越來越廣。隨著可再生能源的發展,太陽能光伏發電的應用也越來越倍受人們的關注,太陽能光伏發電領域也成為熱門研究領域。不過,目前現有的太陽能光伏發電系統架構最極易受到實際工作環境和現場條件的影響,從而導致太陽能系統內部出現失衡。如,住宅旁邊如果種了一棵大樹,樹蔭、落葉、樹皮等各類碎片,天空中飛快運動的云朵,以及不時掉落下來的鳥糞、蟲子等雜物都會遮擋住陽光照射太陽能極板的強度,并且會逐步減少光伏系統的總發電量。對于太陽能光伏發電系統而言,只要幾塊電池板有陰影或樹葉等雜物遮蔽,整個系統的發電量便會大幅地下跌。具體來說,只要有10%的光伏組件面積被遮蓋,系統的總發電量便會下跌50%。另外,盡管新安裝的太陽能光伏系統不會有電池板失配的問題,但隨著時間的流逝,電池板也會不斷老化,并且老化的速度參差不齊,太陽能系統內部也必然會出現失衡。
發明內容
本發明的目的是提供基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置及方法,以便解決由于各種因素使太陽能系統內部出現失衡時,最大限度的提高光伏系統的發電效率。
本發明的目的是這樣實現的,基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置,其特征是:至少包括:光伏組件和太陽能優化電路,光伏組件的輸出端與太陽能優化電路輸入端電連接構成一組太陽能發電優化單元;多組太陽能發電優化單元進行串并聯連接,多組串聯連接的太陽能發電優化單元輸出進行并聯后與DC/AC逆變器輸入端電連接,DC/AC逆變器輸出端與交流并網單元電連接,將多組太陽能發電優化單元進行串并聯后的輸出電能供給交流并網單元。
所述的太陽能優化電路包括:雙向DC-DC變換器、電壓和電流檢測傳感單元和優化處理電路,光伏組件輸出端與雙向DC-DC變換器的輸入端電連接,電壓和電流檢測傳感單元電連接在光伏組件輸出端;電壓和電流檢測傳感單元輸出端與優化處理電路電接口連接,向優化處理電路提供光伏組件的電壓和電流輸出信號;優化處理電路通過對光伏組件的電壓和電流信號的處理;不斷調整雙向DC-DC變換器的工作模式或占空比,使太陽能發電優化單元輸出的電壓或電流得到控制。
所述的雙向DC-DC變換器包括:T1開關管和T2開關管,T1開關管和T2開關管的發射極和集電極并接有二極管;二極管的正極與發射極電連接,二極管的負極與集電極電連接;在T1開關管的集電極與T2開關管的發射極電連接,在T1開關管的集電極與T2開關管的發射極電連接點電連接電感L,電感L的另一端接光伏組件的輸出端,光伏組件的輸出端與地電壓之間接C1電容,T2開關管的集電極接太陽能優化器的輸出端,太陽能優化器的輸出端與地電壓之間接C2電容;T1開關管和T2開關管的基極分別與優化處理電路的控制端電連接;在升壓運行時,開關管T2導通,T1截止,變換器工作在Boost狀態,當開關管T1導通,T2截止時,變換器工作在Buck狀態。
所述的T1開關管和T2開關管基極端與優化處理電路控制端通過光電耦合器光電連接,實現T1開關管和T2開關管不同控制電壓的轉換。
所述的電壓和電流檢測傳感單元包括:電壓檢測電路和電流檢測電路;電壓檢測電路是在光伏組件正負電極輸出端,串接有3個電阻R1、R2和R0,在電阻R0和電阻R1的電連接端有一電壓輸出端,電壓輸出端與運算放大器構成的跟隨器輸入端電連接,跟隨器輸出端與優化處理電路A/D輸入端電連接;計算電阻R0的電壓可以獲取光伏組件的輸出電壓;電流檢測電路在光伏組件正極輸出回路上,串接有電阻Ri,電阻Ri兩端與測量放大器的兩輸入端電連接,測量放大器的輸出端與優化處理電路的另一個A/D輸入端電連接;檢通過檢測電阻Ri的電壓,在通過歐姆定律可以獲取光伏組件的輸出電流。
基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制方法,其特征是:
(1)光伏組件遮陰或電氣參數不一致,導致光伏組件輸出功率變小,當光伏組件的輸出電流小于光伏組件所在支路串的輸出電流時,太陽能優化電路將光伏組件工作在降壓擴流模式;
(2)如果支路串中光伏組件由于遮陰而使得系統的輸出功率變小,此時該支路串中未被遮陰的光伏組件輸出電流將大于光伏組件串的輸出電流,太陽能優化電路將光伏組件工作在升壓模式;
(3)如果光伏組件均工作在最大功率點上,且光伏組件輸出電流近似等于光伏組件支路串的輸出電流時,太陽能優化電路將光伏組件工作在直通狀態;
(4)太陽能優化電路內部或并聯有旁路二極管,當光伏組件異常時,太陽能優化電路將光伏組件支路串通過旁路二極管直接旁路電流,使整個光伏發電系統正常工作。
本發明的優點是:太陽能優化器在光伏發電基站系統中的連接位置。從它在光伏發電基站系統中的連接位置就可以看出太陽能優化器在光伏極板串聯時可以解決由于遮陰等因素導致能量降低而出現的電流瓶頸問題,在支路并聯時可以解決由于遮陰等因素導致能量降低而出現的電壓差異問題,從而使整個光伏發電系統的效率得到提高。
附圖說明
下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明:
圖1是本發明實施例一種太陽能優化電路圖;
圖2是太陽能發電優化單元電路原理圖;
圖3是雙向DC-DC變換器電路原理圖;
圖4是電壓檢測電路的電路圖;
圖5是電流檢測電路的電路圖。
圖中,1、光伏組件;2、太陽能優化電路;3、DC/AC逆變器;4、交流并網單元;5、雙向DC-DC變換器;6、電壓和電流檢測傳感單元;7、優化處理電路;8、電壓檢測電路;9、電流檢測電路。
具體實施方式
如圖1所示,基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制裝置及方法,至少包括:光伏組件1和太陽能優化電路2,光伏組件1的輸出端與太陽能優化電路2輸入端電連接構成一組太陽能發電優化單元;多組太陽能發電優化單元進行串并聯連接,多組串聯連接的太陽能發電優化單元輸出進行并聯后與DC/AC逆變器3輸入端電連接,DC/AC逆變器3輸出端與交流并網單元4電連接,將多組太陽能發電優化單元進行串并聯后的輸出電能供給交流并網單元4。
如圖2所示,所述的太陽能優化電路包括:雙向DC-DC變換器5、電壓和電流檢測傳感單元6和優化處理電路7,光伏組件1輸出端與雙向DC-DC變換器5的輸入端電連接,電壓和電流檢測傳感單元6電連接在光伏組件1的輸出端;電壓和電流檢測傳感單元6的輸出端與優化處理電路7接口電連接,向優化處理電路7提供光伏組件1的電壓和電流輸出信號;優化處理電路7通過對光伏組件1的電壓和電流信號的處理;不斷調整雙向DC-DC變換器5的工作模式或占空比,使太陽能發電優化單元輸出的電壓或電流得到控制。
基于太陽能優化器的太陽能發電功率控制方法:其方法是:
(1)光伏組件1遮陰或電氣參數不一致,導致光伏組件輸出功率變小,當光伏組件的輸出電流小于光伏組件所在支路串的輸出電流時,太陽能優化電路將光伏組件工作在降壓擴流模式;
(2)如果支路串中光伏組件由于遮陰而使得系統的輸出功率變小,此時該支路串中未被遮陰的光伏組件輸出電流將大于光伏組件串的輸出電流,太陽能優化電路將光伏組件工作在升壓模式;
(3)如果光伏組件均工作在最大功率點上,且光伏組件輸出電流近似等于光伏組件支路串的輸出電流時,太陽能優化電路將光伏組件工作在直通狀態;
(4)太陽能優化電路內部或并聯有旁路二極管,當光伏組件異常時,太陽能優化電路將光伏組件支路串通過旁路二極管直接旁路電流,使整個光伏發電系統正常工作。
如圖3所示,雙向DC-DC變換器5包括:T1開關管和T2開關管,T1開關管和T2開關管的發射極和集電極并接有二極管;二極管的正極與發射極電連接,二極管的負極與集電極電連接;在T1開關管的集電極與T2開關管的發射極電連接,在T1開關管的集電極與T2開關管的發射極電連接點電連接電感L,電感L的另一端接光伏組件的輸出端,光伏組件的輸出端與地電壓之間接C1電容,T2開關管的集電極接太陽能優化器的輸出端,太陽能優化器的輸出端與地電壓之間接C2電容;T1開關管和T2開關管的基極分別與優化處理電路的控制端(I/O口)電連接。在升壓運行時,開關管T2導通,T1截止,變換器工作在Boost狀態,當開關管T1導通,T2截止時,變換器工作在Buck狀態,實現降壓功能。
由于T1開關管和T2開關管控制需要不同的電壓,而T1開關管和T2開關管同時由優化處理電路進行控制,因此,在T1開關管和T2開關管基極端與優化處理電路控制端通過光電耦合器T3和T4光電連接,實現T1開關管和T2開關管不同控制電壓的轉換。
所述的電壓和電流檢測傳感單元6包括:電壓檢測電路8和電流檢測電路9。
如圖4所示,給出電壓檢測電路的電路圖。
在光伏組件1正負電極輸出端有電壓檢測電路8,電壓檢測電路8是在在光伏極板1正負電極輸出端串接有3個電阻R1、R2和R0,在電阻R0和電阻R1的電連接端有一電壓輸出端,電壓輸出端與運算放大器T4構成的跟隨器輸入端電連接,跟隨器輸出端與優化處理電路7的A/D輸入端電連接;計算電阻R0的電壓可以獲取光伏組件1的輸出電壓。
電阻R1、R2和R0總阻值大于1000k歐,使其不會損耗光伏極板1的能量。
如圖5所示,給出電流檢測電路的電路圖。
在光伏組件1正極輸出回路上有電流檢測電路9,它是在光伏組件1正極輸出回路上串接一電阻Ri,電阻Ri兩端與測量放大器T6的兩輸入端電連接,測量放大器T6的輸出端與優化處理電路7的另一個A/D輸入端電連接;通過檢測電阻Ri的電壓,在通過歐姆定律可以獲取光伏組件1的輸出電流。
太陽能優化器在光伏發電基站系統中的連接位置。從它在光伏發電基站系統中的連接位置我們就可以看出太陽能優化器在光伏極板串聯時可以解決由于遮陰等因素導致能量降低而出現的電流瓶頸問題,在支路并聯時可以解決由于遮陰等因素導致能量降低而出現的電壓差異問題,從而使整個光伏發電系統的效率得到提高。
本發明的交流并網單元采用現有的結構,在這不做過多說明。

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基于 太陽能 優化 發電 功率 控制 裝置 方法
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