太陽能匯流控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及控制器，公開了一種太陽能匯流控制器。本發(fā)明中，太陽能匯流控制器包含N個(gè)輸入端口、第一輸出端口、N個(gè)開關(guān)元件與數(shù)字處理器，N為自然數(shù)；每一個(gè)開關(guān)元件的第一端口與太陽能匯流控制器的一個(gè)輸入端口相連；每一個(gè)開關(guān)元件的第二端口均與太陽能匯流控制器的第一輸出端口相連；每一個(gè)開關(guān)元件的控制端與數(shù)字處理器相應(yīng)控制位相連，數(shù)字處理器控制開關(guān)元件的導(dǎo)通與斷開；N個(gè)輸入端口輸入N路太陽能充電電流；第一輸出端口輸出匯流后的太陽能充電電流。本發(fā)明使得可以量化管理太陽能蓄電池充電，提高系統(tǒng)可靠性，節(jié)約成本。
【專利說明】太陽能匯流控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制器，特別涉及太陽能匯流控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前太陽能傳輸過程中單獨(dú)光伏陣列需先全部進(jìn)入?yún)R流箱進(jìn)行排列，合并成集中的一路，再經(jīng)過太陽能充電控制器，然后才送入蓄電池。但不能根據(jù)蓄電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行充電調(diào)節(jié)。
[0003]而且，目前太陽能板經(jīng)匯流箱集中后進(jìn)入下級充電控制器的總功率很大，此時(shí)采用一般低速開關(guān)型(無續(xù)流電感)的充電控制器，會引起電池組巨大浪涌電流及電壓波動，影響負(fù)載的正常工作(如LED照明閃爍)及蓄電池壽命縮短；或采用其他高速的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)(有續(xù)流電感)的充電控制器，成本高(需全功率進(jìn)行PWM控制)效率低(高速開關(guān)損耗)。
[0004]另外，目前匯流排采用串接二極管防逆流措施，如圖1所示，損耗大，需較大體積散熱器，其中，PV為太陽能板；并且，目前太陽能光伏匯流箱內(nèi)置的直流斷路器價(jià)格高，使用壽命有限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能匯流控制器，使得可以量化管理太陽能蓄電池充電，提高系統(tǒng)可靠性，節(jié)約成本。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種太陽能匯流控制器，包含:N個(gè)輸入端口、第一輸出端口、N個(gè)開關(guān)元件與數(shù)字處理器；
[0007]所述開關(guān)元件包含第一端口、第二端口與控制端；所述每一個(gè)開關(guān)元件的第一端口與所述太陽能匯流控制器的一個(gè)輸入端口相連；所述每一個(gè)開關(guān)元件的第二端口均與所述太陽能匯流控制器的第一輸出端口相連，所述每一個(gè)開關(guān)元件的控制端和所述數(shù)字處理器相連，所述數(shù)字處理器控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通與斷開；
[0008]所述N個(gè)輸入端口輸入N路太陽能充電電流；所述第一輸出端口輸出匯流后的太陽能充電電流。
[0009]本發(fā)明實(shí)施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，太陽能匯流控制器包含N個(gè)輸入端口，把光伏陣列采集的整列太陽能的全部能量分為N份，每份能量通過導(dǎo)通的開關(guān)元件進(jìn)入太陽能匯流控制器；太陽能匯流控制器中的數(shù)字處理器檢測第一輸出端口處的電壓，得知太陽能蓄電池的荷電狀態(tài)，并根據(jù)該太陽能蓄電池的荷電狀態(tài)接通特定數(shù)量的開關(guān)元件，即量化控制，使第一輸出端口輸出合適的電流到太陽能蓄電池，避免太陽能蓄電池過充損壞，也可以避免因其電量不足而導(dǎo)致負(fù)載無法正常工作，達(dá)到充電管理的效果。這樣，太陽能匯流控制器可一級完成太陽能充電電流匯流和充電管理，明顯減少了系統(tǒng)轉(zhuǎn)接的節(jié)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了成本，同時(shí)可以量化管理太陽能蓄電池充電。
[0010]另外，開關(guān)元件為電子開關(guān)。電子開關(guān)是由由金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管或雙極型晶體管構(gòu)成的，其導(dǎo)通電阻在數(shù)毫歐級，因此每路電子開關(guān)的損耗僅在I瓦左右，大大降低了系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，節(jié)約了能量；同時(shí)，完全可以完成防逆流、防反接無損保護(hù)的功能。由于電子開關(guān)是現(xiàn)有的成熟器件，保證了本發(fā)明實(shí)施方式的可行性。
[0011]另外，本發(fā)明還包含電流源型脈寬調(diào)制控制器。電流源型PWM可以把其中一路的太陽能能量進(jìn)一步量化為該路太陽能能量的1/256 (8位分辨率)，或1/1024( 10位分辨率)，因此系統(tǒng)控制精度可以達(dá)到1/(N*256)或1/(N*1024)。這樣在能量流入負(fù)載時(shí)就可以按需求(蓄電池特性)進(jìn)行精確、微波動的控制。每一個(gè)能量控制步長只有總能量的1/(N*256)或I/(N*1024)，其優(yōu)點(diǎn)在于，能夠有機(jī)結(jié)合高速控制的精細(xì)性同低速控制的高效率及低成本性。由于電流源型脈寬調(diào)制控制器是現(xiàn)有的成熟器件，保證了本發(fā)明實(shí)施方式的可行性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的匯流排串接二極管防逆流措施的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的太陽能匯流控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的電子開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中的太陽能匯流控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式中的太陽能匯流控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0018]本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及一種太陽能匯流控制器，包含N個(gè)輸入端口、第一輸出端口、第二輸出端口、N個(gè)開關(guān)元件，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0019]開關(guān)元件包含第一端口、第二端口與控制端；每一個(gè)開關(guān)元件的第一端口與太陽能匯流控制器的一個(gè)輸入端口相連；太陽能匯流控制器的每一個(gè)輸入端口與一個(gè)太陽能板相連；每一個(gè)開關(guān)元件的第二端口均與太陽能匯流控制器的第一輸出端口相連，每一個(gè)開關(guān)元件的控制端和數(shù)字處理器相連，數(shù)字處理器控制開關(guān)元件的導(dǎo)通與斷開；第二輸出端口與數(shù)字處理器相連。
[0020]其中，開關(guān)兀件為電子開關(guān)。電子開關(guān)是由MOSFET(Metal-Oxide_SemiconductorField-Effect Transistor,金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管)或 IGBT( Insulated GateBipolar Transistor,絕緣柵型雙極型晶體管)構(gòu)成的,采用兩個(gè)源極連接在一起的MOSFET或IGBT，具體如圖3所示，其中，Kl、K2分別為電子開關(guān)的第一端口、第二端口。首先，相對于二極管來說，由于電子開關(guān)導(dǎo)通電阻在數(shù)毫歐級，因此每路電子開關(guān)的損耗僅在I瓦左右大大降低了系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，節(jié)約了能量；同時(shí)，利用體內(nèi)二極管，完全可以完成防逆流的功能。其次，利用電子開關(guān)取代目前匯流箱里的大電流直流斷路器，更容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)，提高了系統(tǒng)的可靠性，并降低了成本。最后，采用電子開關(guān)可及時(shí)剔除損壞的太陽能組串，使系統(tǒng)依然能正常工作。傳統(tǒng)匯流箱若采用太陽能組串直接并聯(lián)，當(dāng)其中一路因遮蔽效應(yīng)、內(nèi)部短路或其他原因會使正常組串能量倒流產(chǎn)生熱斑，加劇不正常組串的損害直至系統(tǒng)崩潰。傳統(tǒng)匯流箱若采用串聯(lián)二極管來防止這一危害(如圖1)，由于二極管的功耗較大，每個(gè)組串產(chǎn)生的熱量在十?dāng)?shù)瓦之間，發(fā)熱量巨大并降低效率，在需防護(hù)等級IP65要求的密閉環(huán)境下，很難做到成本與可靠性的統(tǒng)一。
[0021]值得一提的是，本實(shí)施方式中的電子開關(guān)，只是一種具體的實(shí)現(xiàn)方式，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用其他等效的開關(guān)元件，在此不一一贅述。
[0022]太陽能匯流控制器包含N個(gè)輸入端口，N個(gè)輸入端口輸入N路太陽能充電電流，并把光伏陣列采集的整列太陽能的全部能量分為N份，并通過導(dǎo)通的開關(guān)元件進(jìn)入太陽能匯流控制器。在本實(shí)施方式中，能量的控制步長為總能量的1/N，N越大，能量的控制步長越小，控制精度越高，控制的效率更低。
[0023]需要說明的是，可根據(jù)實(shí)際需要將N設(shè)置為合適的值。
[0024]太陽能匯流控制器中內(nèi)置的數(shù)字處理器包含微處理器、采樣電路與輔助電源。在蓄電池工作之前，可檢測蓄電池是否正確接入、檢測太陽能板是否正確接入。在上述過程中也可以檢測太陽能板的發(fā)電情況:處于白天的發(fā)電狀態(tài)或夜間的防逆流狀態(tài)。在工作過程中，可以檢測第一輸出端口處(圖2中的A點(diǎn))的電壓，得知太陽能蓄電池的荷電狀態(tài)，并根據(jù)該太陽能蓄電池的荷電狀態(tài)接通特定數(shù)量的開關(guān)元件，即能量量化管理，使第一輸出端口輸出合適的電流到太陽能蓄電池:隨著蓄電池荷電量的增加可以按照充電管理特性，通過減少導(dǎo)通的電子開關(guān)的數(shù)量，減少接入的太陽能板數(shù)量；當(dāng)工作過程中荷電量下降后，也可按照蓄電池特性，通過增加導(dǎo)通的電子開關(guān)的數(shù)量，量化地增加接入的太陽能板的路數(shù)，達(dá)到太陽能的最大利用率。這樣，既可以避免太陽能蓄電池因過充而損壞，也可以避免因其電量不足而導(dǎo)致負(fù)載無法正常工作，達(dá)到充電管理的效果。而且，太陽能匯流控制器可一級完成太陽能充電電流匯流和充電管理，明顯減少了系統(tǒng)轉(zhuǎn)接的節(jié)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了成本，同時(shí)可以量化管理太陽能蓄電池充電。
[0025]采用數(shù)字處理器進(jìn)行控制，太陽能光伏陣列、蓄電池狀態(tài)等各項(xiàng)參數(shù)能通過通訊協(xié)議方便傳輸至上位機(jī)，方便實(shí)現(xiàn)匯流的智能控制。
[0026]第一輸出端口輸出匯流后的太陽能充電電流，給蓄電池充電。第二輸出端口與數(shù)字處理器相連，數(shù)字處理器與遠(yuǎn)程終端相連，可以利用電子開關(guān)的遠(yuǎn)程控制特性。這樣，有利于在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行發(fā)電量統(tǒng)一調(diào)度。
[0027]本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及一種太陽能匯流控制器。第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于:在第一實(shí)施方式中，太陽能匯流控制器的每一個(gè)輸入端口與一個(gè)太陽能板相連，即每一個(gè)開關(guān)元件控制一個(gè)太陽能板；而在本發(fā)明第二實(shí)施方式中，其中一個(gè)太陽能匯流控制器的輸入端口與兩個(gè)太陽能板相連，即其中一個(gè)開關(guān)元件控制兩個(gè)太陽能板；具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中，開關(guān)元件為電子開關(guān)。
[0028]需要說明的是，可根據(jù)實(shí)際需要將N設(shè)置為合適的值，電子開關(guān)的數(shù)目也可以小于N。
[0029]本發(fā)明的第三實(shí)施方式涉及一種太陽能匯流控制器。第三實(shí)施方式與第一實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于:在第三實(shí)施方式中，還包含電流源型脈寬調(diào)制控制器，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。
[0030]電流源型脈寬調(diào)制控制器的輸入端口與太陽能匯流控制器的一個(gè)輸入端口相連；電流源型脈寬調(diào)制控制器的輸出端口為太陽能匯流控制器的第一輸出端口 ；電流源型脈寬調(diào)制控制器的輸出端口與數(shù)字處理器相連，數(shù)字處理器控制電流源型脈寬調(diào)制控制器的導(dǎo)通與斷開。
[0031 ] 在本實(shí)施方式中，太陽能匯流控制器包含N個(gè)輸入端口，包含(N-1)個(gè)電子開關(guān)，和一個(gè)電流源型脈寬調(diào)制控制器，即太陽能充電電流分N路進(jìn)入太陽能匯流控制器，這也就是說，光伏陣列采集的整列太陽能的全部能量被分為N份。在本實(shí)施方式中，連接電子開關(guān)的支路的能量的控制步長為總能量的1/N ;連接電流源型脈寬調(diào)制控制器的支路可以將該路的能量進(jìn)一步量化成1/N的1/256(8位分辨率)或1/1024 (10位分辨率)，即該路中每一個(gè)能量控制步長只有總能量的I/ (N*256)或I/ (N*1024)，在能量流入負(fù)載的時(shí)候可以按需求(蓄電池特性)進(jìn)行精確、微波動的控制。需要說明的是，相對于電子開關(guān)，電流源型脈寬調(diào)制控制器為高速器件，能量量化控制較為精細(xì)，價(jià)格昂貴，損耗大；但通過連接電子開關(guān)的支路進(jìn)行能量量化控制效率高，而且成本低。本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，可以量化管理太陽能蓄電池充電，同時(shí)，能夠有機(jī)結(jié)合高速控制的精細(xì)性同低速控制的高效率及低成本性。
[0032]需要說明的是，可根據(jù)實(shí)際需要將N設(shè)置為合適的值，電子開關(guān)的數(shù)目也可以小于(N-1)。
[0033]相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，太陽能匯流控制器包含N個(gè)輸入端口，把光伏陣列采集的整列太陽能的全部能量分為N份，每份能量通過導(dǎo)通的開關(guān)元件進(jìn)入太陽能匯流控制器；太陽能匯流控制器中的數(shù)字處理器檢測第一輸出端口處的電壓，得知太陽能蓄電池的荷電狀態(tài)，并根據(jù)該太陽能蓄電池的荷電狀態(tài)接通特定數(shù)量的開關(guān)元件，即量化控制，使第一輸出端口輸出合適的電流到太陽能蓄電池，避免太陽能蓄電池過充損壞，也可以避免因其電量不足而導(dǎo)致負(fù)載無法正常工作，達(dá)到充電管理的效果。這樣，太陽能匯流控制器可一級完成太陽能充電電流匯流和充電管理，明顯減少了系統(tǒng)轉(zhuǎn)接的節(jié)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了成本，同時(shí)可以量化管理太陽能蓄電池充電。
[0034]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能匯流控制器，其特征在于，包含:N個(gè)輸入端口、第一輸出端口、N個(gè)開關(guān)元件與數(shù)字處理器； 所述開關(guān)元件包含第一端口、第二端口與控制端；所述每一個(gè)開關(guān)元件的第一端口與所述太陽能匯流控制器的一個(gè)輸入端口相連；所述每一個(gè)開關(guān)元件的第二端口均與所述太陽能匯流控制器的第一輸出端口相連；所述每一個(gè)開關(guān)元件的控制端和所述數(shù)字處理器相連，所述數(shù)字處理器控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通與斷開； 所述N個(gè)輸入端口輸入N路太陽能充電電流；所述第一輸出端口輸出匯流后的太陽能充電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特征在于，所述開關(guān)元件為電子開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能匯流控制器，其特征在于，所述電子開關(guān)是由金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管或雙極型晶體管構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特征在于，還包含電流源型脈寬調(diào)制控制器； 所述電流源型脈寬調(diào)制控制器的輸入端口與所述太陽能匯流控制器的一個(gè)輸入端口相連；所述電流源型脈寬調(diào)制控制器的輸出端口為所述太陽能匯流控制器的第一輸出端口 ；所述電流源型脈寬調(diào)制控制器的輸出端口與所述數(shù)字處理器相連，所述數(shù)字處理器控制所述電流源型脈寬調(diào)制控制器的導(dǎo)通與斷開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特征在于，還包含第二輸出端口； 所述第二輸出端口與所述數(shù)字處理器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特征在于，所述數(shù)字處理器還用于與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行通訊。
【文檔編號】H02S40/30GK103532489SQ201310473426
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】鄭可京, 王征偉, 尹椿榮 申請人:上海錦德電器電子有限公司