一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器，包括單片MOS開關(guān)功率芯片，單片MOS開關(guān)功率芯片內(nèi)包括四只MOS功率開關(guān)管，其中，輸入電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸入端，輸出電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸出端，輸入電壓檢測(cè)單元、輸出電壓檢測(cè)單元連接MPPT算法模塊，MPPT算法模塊與PWM發(fā)生器通訊，PWM發(fā)生器通過四只MOS功率開關(guān)管分別控制四路DC-DC轉(zhuǎn)換電路。本實(shí)用新型由于不受相鄰組件的影響，優(yōu)化器可以獨(dú)立增強(qiáng)并提高單個(gè)組件的性能，保證每個(gè)組件的最大功率輸出，同時(shí)通過DC-DC升壓還可以將適合逆變器正常工作的輸入電壓時(shí)間延長，從而使整個(gè)光伏系統(tǒng)能輸出最多的電能，延長發(fā)電時(shí)間。
【專利說明】一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器。
【背景技術(shù)】
[0002]通常太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是由多個(gè)光伏組件通過適當(dāng)?shù)拇⒙?lián)連接組成光伏陣列和并網(wǎng)逆變器構(gòu)成的，由并網(wǎng)逆變器對(duì)所接的光伏組件陣列進(jìn)行整體的最大功率跟蹤(MPPT )調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。由于是多塊光伏組件串聯(lián)，當(dāng)其中一塊光伏組件出現(xiàn)失配現(xiàn)象時(shí)，將影響整串光伏組件的功率輸出。在實(shí)際的光伏發(fā)電應(yīng)用中，許多光伏組件安裝時(shí)由于受場(chǎng)地和周邊物體的影響，往往會(huì)出現(xiàn)光伏組件之間，組件與逆變器之間不匹配的問題，使光伏組件無法發(fā)揮出其應(yīng)有的發(fā)電能力。如光伏組件部分被遮擋、空中的云影、附近物體的反射、光伏組件的傾斜角和方位角不同、光伏組件有灰塵、光伏組件溫度不均等，此時(shí)組件的輸出會(huì)因陣列光伏組件的發(fā)電效率不同而引起組件的失配問題，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電效能降低。經(jīng)實(shí)測(cè)，僅僅遮擋一小部分的光伏組件就會(huì)引起25%-50%的電能損失。在今后最具發(fā)展前途的分布式光伏電站和屋頂光伏系統(tǒng)中，由于要與原有建筑相結(jié)合，可能無法保證太陽光始終不被遮擋，產(chǎn)生光伏陣列的局部陰影問題；同時(shí)還可能受建筑結(jié)構(gòu)的限制，光伏組件出現(xiàn)不同的安裝傾斜角和方位角，使光伏組件接收的太陽輻照量不同，產(chǎn)生組件之間的電流和電壓失配，從而導(dǎo)致光伏系統(tǒng)發(fā)電量的損失。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型為了解決上述問題，提出了一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器，該優(yōu)化器具有DC-DC轉(zhuǎn)換和MPPT功能，安裝在每塊光伏組件的接線盒中，單獨(dú)調(diào)節(jié)每塊光伏組件的輸出功率，使每塊光伏組件的輸出始終處于最優(yōu)狀態(tài)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器，包括單片MOS開關(guān)功率芯片，單片MOS開關(guān)功率芯片內(nèi)包括四只MOS功率開關(guān)管、PWM發(fā)生器、輸入電壓檢測(cè)單元、輸出電壓檢測(cè)單元和MPPT算法模塊；其中，輸入電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸入端，輸出電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸出端，輸入電壓檢測(cè)單元、輸出電壓檢測(cè)單元連接MPPT算法模塊，MPPT算法模塊與PWM發(fā)生器通訊，PWM發(fā)生器通過四只MOS功率開關(guān)管分別控制四路DC-DC轉(zhuǎn)換電路。
[0006]所述DC-DC轉(zhuǎn)換電路，包括絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管和二極管，其中絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接MOS功率開關(guān)管，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極之間并聯(lián)一個(gè)二極管，漏極連接輸入端的負(fù)極，源極串聯(lián)一個(gè)二極管后分為兩路，一路連接輸出端的正極，另一路串聯(lián)電容后連接輸出端的負(fù)極；源極串聯(lián)一個(gè)電感后接入輸入端的正極。
[0007]本實(shí)用新型的工作過程為:
[0008]采用高集成度專用MOS開關(guān)功率芯片將DC-DC轉(zhuǎn)換和MPPT功能合二為一，通過4組開關(guān)分別控制4組DC-DC轉(zhuǎn)換電路，根據(jù)光伏組件的功率輸出狀況開啟或關(guān)閉DC-DC轉(zhuǎn)換電路，提高轉(zhuǎn)換效率；通過芯片內(nèi)部集成MPPT算法調(diào)整PWM占空比，控制MOS管的導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)節(jié)光伏組件匹配阻抗，實(shí)現(xiàn)光伏組件的最大功率輸出。通過調(diào)整外部的采樣分壓電阻，芯片可以接受從6.5?40V范圍的輸入電壓，并可根據(jù)光伏陣列電壓的需要調(diào)整優(yōu)化器的輸出電壓，以適應(yīng)不同規(guī)格的光伏組件。在硬件電路中采用無電解電容設(shè)計(jì)，克服了電解電容故障率聞壽命短的缺點(diǎn)，提聞可罪性聞和壽命，實(shí)現(xiàn)與光伏組件使用壽命的(一般為20?25年)相匹配；整個(gè)優(yōu)化器采用高集成度設(shè)計(jì)，線路板體積小，可方便地安裝在光伏組件接線盒中替代原有的旁路二極管。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果為:具有DC-DC轉(zhuǎn)換和MPPT功能，該優(yōu)化器安裝在每塊光伏組件的接線盒中，單獨(dú)調(diào)節(jié)每塊光伏組件的輸出功率，使每塊光伏組件的輸出始終處于最優(yōu)狀態(tài)。補(bǔ)償太陽能由于光照強(qiáng)度、陰影、溫度變化、電池板失匹或老化等可變因素引起的功率損耗，實(shí)現(xiàn)分布式MPPT功能。由于不受相鄰組件的影響，優(yōu)化器可以獨(dú)立增強(qiáng)并提高單個(gè)組件的性能，保證每個(gè)組件的最大功率輸出。即使一塊組件失效，其他組件的輸出功率仍能保證最大化。同時(shí)通過DC-DC升壓還可以將適合逆變器正常工作的輸入電壓時(shí)間延長，從而使整個(gè)光伏系統(tǒng)能輸出最多的電能，延長發(fā)電時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖；
[0011]圖2為常規(guī)光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0013]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0014]如圖1所示，一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器，安裝在每塊光伏組件上，具有DC-DC電壓轉(zhuǎn)換和MPPT功能，光伏組件的輸出為功率優(yōu)化器的輸入，每個(gè)光伏優(yōu)化器的輸出再根據(jù)系統(tǒng)要求通過串聯(lián)、并聯(lián)的方式連接后接入逆變器，向電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。
[0015]在配置了功率優(yōu)化器的光伏陣列中，每塊光伏組件在功率優(yōu)化器DC-DC轉(zhuǎn)換和MPPT的調(diào)控下都以自身所能發(fā)出的最大功率輸出，克服光伏組件在部分被遮擋、附近物體的反射、光伏組件的傾斜角和方位角不同、光伏組件有灰塵、光伏組件溫度不均等情況下引起的失配問題，能最大限度地提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。
[0016]如圖2所示，常規(guī)光伏發(fā)電系統(tǒng)，沒有使用本優(yōu)化器的光伏陣列，由于為多塊光伏組件串聯(lián)，當(dāng)其中一塊光伏組件出現(xiàn)失配現(xiàn)象時(shí)，將影響整串光伏組件的功率輸出。在實(shí)際的光伏發(fā)電應(yīng)用中，許多光伏組件安裝時(shí)由于受場(chǎng)地和周邊物體的影響，往往會(huì)出現(xiàn)光伏組件之間，組件與逆變器之間不匹配的問題，使光伏組件無法發(fā)揮出其應(yīng)有的發(fā)電能力。如光伏組件部分被遮擋、空中的云影、附近物體的反射、光伏組件的傾斜角和方位角不同、光伏組件有灰塵、光伏組件溫度不均等，此時(shí)組件的輸出會(huì)因陣列光伏組件的發(fā)電效率不同而引起組件的失配問題，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電效能降低。經(jīng)實(shí)測(cè)，僅僅遮擋一小部分的光伏組件就會(huì)引起25%-50%的電能損失。在今后最具發(fā)展前途的分布式光伏電站和屋頂光伏系統(tǒng)中，由于要與原有建筑相結(jié)合，可能無法保證太陽光始終不被遮擋，產(chǎn)生光伏陣列的局部陰影問題；同時(shí)還可能受建筑結(jié)構(gòu)的限制，光伏組件出現(xiàn)不同的安裝傾斜角和方位角，使光伏組件接收的太陽輻照量不同，產(chǎn)生組件之間的電流和電壓失配，從而導(dǎo)致光伏系統(tǒng)發(fā)電量的損失。
[0017]如圖3所示，本實(shí)用新型優(yōu)化器采用專用的高集成度MOS開關(guān)功率芯片，其內(nèi)部集成了 4只MOS功率開關(guān)管，由其內(nèi)核的PWM發(fā)生器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，典型的工作頻率為IOOKHz，外圍配以電感和電容構(gòu)成4路BOOST升壓電路，可以根據(jù)光伏組件輸出功率的大小對(duì)4組電路進(jìn)行開啟或關(guān)閉，以提高不同功率下的轉(zhuǎn)換效率。由于采用了 4組BOOST升壓電路，降低了每組電路所需的電容容量，完全可以用安全可靠的貼片電容實(shí)現(xiàn)，避免使用電解電容，延長了優(yōu)化器的壽命，提高了可靠性。
[0018]芯片內(nèi)部的最大功率跟蹤算法MPPT采用擾動(dòng)觀察法，通過改變PWM占空比調(diào)節(jié)MOS功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，調(diào)節(jié)光伏組件的輸出電流電壓，使光伏組件始終工作在最大功率點(diǎn)附近。
[0019]一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器，包括單片MOS開關(guān)功率芯片，單片MOS開關(guān)功率芯片內(nèi)包括四只MOS功率開關(guān)管、PWM發(fā)生器、輸入電壓檢測(cè)單元、輸出電壓檢測(cè)單元和MPPT算法模塊；其中，輸入電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸入端，輸出電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸出端，輸入電壓檢測(cè)單元、輸出電壓檢測(cè)單元連接MPPT算法模塊，MPPT算法模塊與PWM發(fā)生器通訊，PWM發(fā)生器通過四只MOS功率開關(guān)管分別控制四路DC-DC轉(zhuǎn)換電路。
[0020]DC-DC轉(zhuǎn)換電路，包括絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管和二極管，其中絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接MOS功率開關(guān)管，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極之間并聯(lián)一個(gè)二極管，漏極連接輸入端的負(fù)極，源極串聯(lián)一個(gè)二極管后分為兩路，一路連接輸出端的正極，另一路串聯(lián)電容后連接輸出端的負(fù)極；源極串聯(lián)一個(gè)電感后接入輸入端的正極。
[0021]為適應(yīng)不同規(guī)格的光伏組件和逆變器輸入電壓的要求，優(yōu)化器通過分壓電阻分別對(duì)輸入電壓和輸出電壓進(jìn)行米樣，可以接受從6.5?40V范圍的光伏輸入電壓。同時(shí)通過輸出電壓采樣反饋，在采樣電壓超過IV時(shí)，輸出反饋回路可進(jìn)行調(diào)節(jié)限制輸出電壓的升高。當(dāng)輸入或輸出電壓超過限定電壓時(shí)，芯片可立即關(guān)斷MOS管進(jìn)行保護(hù)。
[0022]整個(gè)硬件電路采用高集成度設(shè)計(jì)，可全部采用體積小可靠性高的表面貼元件，線路板體積小易于安裝在光伏組件的接線盒中。
[0023]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器，其特征是:包括單片MOS開關(guān)功率芯片，單片MOS開關(guān)功率芯片內(nèi)包括四只MOS功率開關(guān)管、PWM發(fā)生器、輸入電壓檢測(cè)單元、輸出電壓檢測(cè)單元和MPPT算法模塊；其中，輸入電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸入端，輸出電壓檢測(cè)單元串聯(lián)電阻后連接輸出端，輸入電壓檢測(cè)單元、輸出電壓檢測(cè)單元連接MPPT算法模塊，MPPT算法模塊與PWM發(fā)生器通訊，PWM發(fā)生器通過四只MOS功率開關(guān)管分別控制四路DC-DC轉(zhuǎn)換電路。
2.如權(quán)利要求1所述的一種分布式單芯片光伏功率優(yōu)化器，其特征是:所述DC-DC轉(zhuǎn)換電路，包括絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管和二極管，其中絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接MOS功率開關(guān)管，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極之間并聯(lián)一個(gè)二極管，漏極連接輸入端的負(fù)極，源極串聯(lián)一個(gè)二極管后分為兩路，一路連接輸出端的正極，另一路串聯(lián)電容后連接輸出端的負(fù)極；源極串聯(lián)一個(gè)電感后接入輸入端的正極。
【文檔編號(hào)】H02S40/30GK203775134SQ201420182010
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】侯延進(jìn), 白明, 崔新雨, 董紅海, 段嗣昊, 徐振旭 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院能源研究所