一種光伏電源優(yōu)化器及其優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光伏電源優(yōu)化器以及利用所述電源優(yōu)化器優(yōu)化的方法，所述電源優(yōu)化器包括用于升壓或降壓的DC/DC單元、用于確定光伏陣列最大功率工作點(diǎn)的MPPT控制單元、用于測(cè)量輸入端電流和電壓的輸入檢測(cè)單元、用于測(cè)量輸出端電流和電壓的輸出檢測(cè)單元、為光伏電壓優(yōu)化器提供工作電源的開關(guān)電源。通過(guò)輸入檢測(cè)單元和輸出檢測(cè)單元測(cè)量的數(shù)據(jù)，以及MPPT控制單元的運(yùn)算分析，控制DC/DC單元實(shí)現(xiàn)輸出功率最大化，避免了由于遮擋造成光伏系統(tǒng)整體輸出功率下降這一問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種光伏電源優(yōu)化器及其優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及應(yīng)用在光伏發(fā)電領(lǐng)域的光伏電源優(yōu)化器。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，很多安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的用戶已經(jīng)意識(shí)到部分或間歇性的遮蔽會(huì)影響到系統(tǒng)的發(fā)電量?，F(xiàn)在也安裝和即將安裝的太陽(yáng)能系統(tǒng)，普遍采用的是集中式MPPT系統(tǒng)，由于陰影或其它因素造成的電池板不匹配會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板中功率損耗不均勻，其中10%的陰影就可能導(dǎo)致所獲能源50%的損耗。
[0003]一些商業(yè)和住宅設(shè)施未能充分發(fā)揮其能源輸出的潛力，由于電池板不匹配導(dǎo)致能源輸出不理想，致使一些其他項(xiàng)目被放棄。從本質(zhì)上講，存在固有空間利用不足和能源提供不足的問(wèn)題。
[0004]在輻射、溫度以及其它電池參數(shù)統(tǒng)一的情況下，除了轉(zhuǎn)換效率差異之外，分布式MPPT和集中式MPPT的性能之間沒有差異。光伏系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，陣列中的個(gè)別或部分組件由于受到遮擋、塵土、鳥類糞便、各種天氣變化、陣列朝向、組件不一致性等造成系統(tǒng)整體輸出功率下降這一問(wèn)題，采用集中式MPPT技術(shù)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致更多的不均勻損失。集中式最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)(MPPT)功能的標(biāo)準(zhǔn)并網(wǎng)配置，其中一個(gè)組列的兩個(gè)電池板被遮蔽。集中式MPPT無(wú)法設(shè)置直流電壓，因此無(wú)法令兩個(gè)組列的輸出功率都達(dá)到最大。在高直流電壓點(diǎn)(Ml)，MPPT使未遮蔽組列的輸出功率達(dá)到最大。在低直流電壓點(diǎn)(M2)，MPPT將使遮蔽組列的輸出功率達(dá)到最大:旁路二極管繞過(guò)遮蔽電池板，此組列的未遮蔽電池板將提供全量電流。陣列的多個(gè)MPP可能導(dǎo)致集中最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)配置的額外損失，因?yàn)樽畲蠊β庶c(diǎn)跟蹤器可能得到錯(cuò)誤信息停止在局部最大點(diǎn)處，并穩(wěn)定在具有V-P特征的次優(yōu)點(diǎn)。不同的案例研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明，部分遮蔽對(duì)光伏系統(tǒng)的發(fā)電量具有嚴(yán)重的影響。通過(guò)使用分布式MPPT控制可以減輕遮蔽對(duì)系統(tǒng)的不利影響。
[0005]分布式MPPT (DMPPT)功能，單獨(dú)補(bǔ)償每塊光伏板的輸出；而集中式MPPT方案則是對(duì)整個(gè)光電板陣列應(yīng)用一個(gè)“最佳配合”的補(bǔ)償功能。由于不受相鄰模塊性能的影響，即便有一個(gè)模塊失效，每塊太陽(yáng)能電池板的輸出功率仍可最大化，因此DMPPT是提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能源生產(chǎn)率最有前景的技術(shù)。
[0006]為了防止由于塵土、鳥類糞便、各種天氣變化、陣列朝向、組件不一致性等造成系統(tǒng)整體輸出功率下降這一問(wèn)題，需要采用分布式的MPPT技術(shù)降低遮擋對(duì)于能量輸出的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的，就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有補(bǔ)償光伏板的輸出，避免電池板受相鄰模塊性能的影響，能夠在光伏陣列中個(gè)別電池板出現(xiàn)失配問(wèn)題時(shí)，每塊電池板仍然能輸出最大的電力，盡可能降低失配帶來(lái)的發(fā)電量損失的光伏電源優(yōu)化器極其優(yōu)化方法。
[0008]為了達(dá)到上述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種光伏電源優(yōu)化器，包括為光伏電壓優(yōu)化器提供工作電源的開關(guān)電源；用于升壓或降壓的DC/DC單元，其兩端分別連接光伏電源優(yōu)化器的輸入端和輸出端；用于確定光伏陣列最大功率工作點(diǎn)的MPPT控制單元，其連接并控制DC/DC單元；用于測(cè)量輸入端電流和電壓的輸入檢測(cè)單元，測(cè)量數(shù)據(jù)反饋至MPPT控制單元；用于測(cè)量輸出端電流和電壓的輸出檢測(cè)單元，測(cè)量數(shù)據(jù)反饋至MPPT控制單元。
[0010]進(jìn)一步地，所述電源優(yōu)化器還包括用于與計(jì)算機(jī)通訊的組件狀態(tài)監(jiān)視單元，其一端連接MPPT控制單元,另一端與計(jì)算機(jī)通訊連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述電源優(yōu)化器還包括用于提供組件狀態(tài)監(jiān)視單元溫度信息的溫度檢測(cè)單元。
[0012]進(jìn)一步地，所述組件狀態(tài)監(jiān)視單元為RS485通訊組件狀態(tài)監(jiān)視單元。
[0013]一種利用光伏電源優(yōu)化器優(yōu)化光伏電源的方法，包括以下步驟:
[0014]輸入檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸入端的電流和電壓；
[0015]輸出檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸出端的電流和電壓；
[0016]MPPT控制單元根據(jù)輸入檢測(cè)單元測(cè)量的電流值和電壓值和輸出檢測(cè)單元測(cè)量的電流值和電壓值進(jìn)行比較運(yùn)算；
[0017]MPPT控制單元控制DC/DC單元，調(diào)整與光伏電源優(yōu)化器連接的電池組件的輸出電壓和輸出電流，使電池組件輸出最大功率；
[0018]輸入檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸入端的電流值和電壓值，輸出檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸出端的電流值和電壓值通過(guò)組件狀態(tài)監(jiān)視單元與計(jì)算機(jī)通訊，上傳至計(jì)算機(jī)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]本發(fā)明具有補(bǔ)償光伏板的輸出，避免電池板受相鄰模塊性能的影響優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)每個(gè)電源優(yōu)化器輸入檢測(cè)單元和輸出檢測(cè)單元檢測(cè)的數(shù)據(jù)，以及MPPT控制單元的運(yùn)算分析，控制DC/DC單元實(shí)現(xiàn)輸出功率最大化。即便有一個(gè)電池組件失效，每塊太陽(yáng)能電池板的電池組件輸出功率仍可最大化，解決個(gè)別或部分電池組件由于受到遮擋、塵土、鳥類糞便、各種天氣變化、陣列朝向、組件不一致性等造成系統(tǒng)整體輸出功率下降這一問(wèn)題，針對(duì)陣列中的電池組件進(jìn)行分布式MPPT跟蹤，優(yōu)化輸出，使光伏發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)維護(hù)更加高效的特點(diǎn)。
[0021]另外，每個(gè)電池組與電源優(yōu)化器相連。MPPT控制單元采用最大限度提高各電池組件輸出功率的最大功率點(diǎn)算法。整個(gè)陣列中所有電池組件具有相同的輸出電流，極大減少了熱斑問(wèn)題和采用內(nèi)部旁路模式。每個(gè)電源優(yōu)化器調(diào)節(jié)其輸出電壓以符合整體的總線電壓。結(jié)果是整個(gè)光伏系統(tǒng)將呈現(xiàn)具有單一最大功率點(diǎn)的1-V曲線，簡(jiǎn)化中央逆變器的操作，并盡可能降低失配帶來(lái)的發(fā)電量損失。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明所述電源優(yōu)化器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖示:I一電源優(yōu)化器；2—DC/DC單元；3—輸入檢測(cè)單元；4一MPPT控制單元；5—輸出檢測(cè)單元；6—開關(guān)電源；7—組件狀態(tài)監(jiān)視單元；8—溫度檢測(cè)單元?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方法來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在本發(fā)明的示意性實(shí)施及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0025]一種光伏電源優(yōu)化器1，包括DC/DC單元2、輸入檢測(cè)單元3、MPPT控制單元4、輸出檢測(cè)單元5、開關(guān)電源6。
[0026]所述DC/DC單元2用于提高或降低光伏電源優(yōu)化器I輸出端的電壓，其連接電源優(yōu)化器I的輸入端和輸出端。MPPT控制單元4用于確定光伏陣列最大功率工作點(diǎn)，其連接并控制DC/DC單元2。開關(guān)電源6為電源優(yōu)化器I提供工作電源。用于測(cè)量電源優(yōu)化器I的輸入端電流和電壓的輸入檢測(cè)單元3 —端連接電源優(yōu)化器I的輸入端，另一端與用于實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)能板中的最大的功率點(diǎn)的MPPT控制單元4連接。用于測(cè)量電源優(yōu)化器I的輸出端的電流和電壓的輸出檢測(cè)單元5與用于實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)能板中的最大的功率點(diǎn)的MPPT控制單元4連接。輸入檢測(cè)單元3和輸出檢測(cè)單元5在電源優(yōu)化器I的輸入端和輸出端分別測(cè)量其電流和電壓，并把該值傳送至MPPT控制單元4。MPPT控制單元4采用最大限度提高各光伏電源優(yōu)化器輸出功率的最大功率點(diǎn)算法，通過(guò)比較輸入檢測(cè)單元3測(cè)量的輸入端的電流值、電壓值和輸出檢測(cè)單元5測(cè)量的輸出端的電流值、電壓值，進(jìn)而控制DC/DC單元2，調(diào)整光伏電源中的電池組件的輸出電壓和電流,令光伏系統(tǒng)的電池組件達(dá)到最大的功率。
[0027]本發(fā)明還包括溫度檢測(cè)單元8，其與組件狀態(tài)監(jiān)視單元7連接，把檢測(cè)到的溫度信息發(fā)送至組件狀態(tài)監(jiān)視單元7。由于溫度變化時(shí)，會(huì)對(duì)太陽(yáng)能板的峰值電壓產(chǎn)生影響，這些影響不可忽略。因此需要監(jiān)控溫度變化對(duì)太陽(yáng)能板的影響，否則會(huì)嚴(yán)重影響太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化率。
[0028]本發(fā)明還包括組件狀態(tài)監(jiān)視單元7。其與MPPT控制單元4連接。組件狀態(tài)監(jiān)視單元7將輸入檢測(cè)單元2、輸出檢測(cè)單元3、溫度檢測(cè)單元8檢測(cè)的數(shù)據(jù)以及MPPT控制單元4運(yùn)算得到的有關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)組件狀態(tài)監(jiān)視單元7上傳給計(jì)算機(jī)。通過(guò)計(jì)算機(jī)分析，可以得到光伏電源的實(shí)時(shí)工作情況。作為優(yōu)選，組件狀態(tài)監(jiān)視單元7為RS485通訊組件狀態(tài)監(jiān)視單元。本發(fā)明通過(guò)RS485接口和RS485網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通訊連接。除了通過(guò)RS485通訊組件狀態(tài)監(jiān)視單元與計(jì)算機(jī)通訊連接外，還可以采用WIF1、CDMA或其它方式的無(wú)線連接。
[0029]利用本實(shí)施例所述的光伏電源優(yōu)化器實(shí)現(xiàn)光伏電源優(yōu)化采用以下步驟:
[0030]輸入檢測(cè)單元3測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸入端的電流和電壓；
[0031]輸出檢測(cè)單元5測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸出端的電流和電壓；
[0032]MPPT控制單元4根據(jù)輸入檢測(cè)單元測(cè)量的電流值和電壓值和輸出檢測(cè)單元測(cè)量的電流值和電壓值進(jìn)行比較運(yùn)算；
[0033]MPPT控制單元4控制DC/DC單元2，調(diào)整與光伏電源優(yōu)化器I連接的電池組件的輸出電壓和輸出電流，使電池組件輸出最大功率；
[0034]輸入檢測(cè)單元3測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸入端的電流值和電壓值，輸出檢測(cè)單元5測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸出端的電流值和電壓值通過(guò)組件狀態(tài)監(jiān)視單元7與計(jì)算機(jī)通訊，數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏電源優(yōu)化器，其特征在于包括: 為光伏電壓優(yōu)化器提供工作電源的開關(guān)電源； 用于升壓或降壓的DC/DC單元，其兩端分別連接光伏電源優(yōu)化器的輸入端和輸出端； 用于確定光伏陣列最大功率工作點(diǎn)的MPPT控制單元，其連接并控制DC/DC單元； 用于測(cè)量輸入端電流和電壓的輸入檢測(cè)單元，測(cè)量數(shù)據(jù)反饋至MPPT控制單元； 用于測(cè)量輸出端電流和電壓的輸出檢測(cè)單元，測(cè)量數(shù)據(jù)反饋至MPPT控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電源優(yōu)化器，特征在于:所述電源優(yōu)化器還包括用于與計(jì)算機(jī)通訊的組件狀態(tài)監(jiān)視單元，其一端連接MPPT控制單元，另一端與計(jì)算機(jī)通訊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電源優(yōu)化器，特征在于:所述電源優(yōu)化器還包括用于提供組件狀態(tài)監(jiān)視單元溫度信息的溫度檢測(cè)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏電源優(yōu)化器，特征在于，所述組件狀態(tài)監(jiān)視單元為RS485通訊組件狀態(tài)監(jiān)視單元。
5.一種利用光伏電源優(yōu)化器優(yōu)化光伏電源的方法，其特征在于包括以下步驟: 輸入檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸入端的電流和電壓； 輸出檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸出端的電流和電壓； MPPT控制單元根據(jù)輸入檢測(cè)單元測(cè)量的電流值和電壓值和輸出檢測(cè)單元測(cè)量的電流值和電壓值進(jìn)行比較運(yùn)算； MPPT控制單元控制DC/DC單元，調(diào)整與光伏電源優(yōu)化器連接的電池組件的輸出電壓和輸出電流，使電池組件輸出最大功率； 輸入檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸入端的電流值和電壓值，輸出檢測(cè)單元測(cè)量光伏電源優(yōu)化器輸出端的電流值和電壓值通過(guò)組件狀態(tài)監(jiān)視單元與計(jì)算機(jī)通訊，上傳至計(jì)算機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02S40/30GK103516304SQ201210201633
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月18日
【發(fā)明者】馮亮, 李劍輝 申請(qǐng)人:廣東旭粵新能源科技有限公司