CN103095179B - 光伏电池阵列稳压装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光伏电池阵列稳压装置，属于光伏发电领域。该装置包括控制器和多个并联的稳压光伏电池组件，每一稳压光伏电池组件均包括一列由多个光伏电池板串联而成的光伏电池组件以及稳压电路，稳压电路中第一电感、第一电容和第二电感依次串联，光伏电池组件的第一输出端连接第一电感的自由端，第二电容的第一端作为稳压光伏电池组件的第一输出端，与第二电感的自由端连接；第二电容的第二端作为稳压光伏电池组件的第二输出端，连接光伏电池组件的第二输出端，通过功率开关管连接第一电感与第一电容的串联节点，并且通过反向二极管连接第一电容与第二电感的串联节点；控制器的采集端连接第二电容的两端且输出端连接功率开关管。

Description

光伏电池阵列稳压装置

技术领域

本发明涉及一种光伏发电系统，尤其涉及一种光伏电池阵列稳压装置。

背景技术

目前，光伏发电系统面临的最大困难就是如何在环境温度、光照强度连续不变的情况下最大限度地利用光能。光伏发电系统的光伏电池阵列通常由多块光伏电池板串并联构成的，如图1所示，该光伏电池阵列包括M列并联的光伏电池组件且每一光伏电池组件由N个串联的光伏电池板组成。在光照均匀，光伏电池阵列没有被遮蔽的情况下，光伏发电系统的性能在很大程度上取决于环境因素。然而，在光照不均匀，光伏电池阵列被遮蔽的情况下，光伏电池阵列中遮荫部分对应的光伏电池板的输出电压和输出电流均会下降。一方面，输出电流的下降造成该串联支路内部的非正常工作，相当于不同电流值大小的电流源串联，严重时该电池板会吸收功率而生热，发生所谓“热板效应”；另一方面，输出电压的下降导致该串联支路的整体输出电压下降，与其他正常光照的串联支路相比较，相当于不同电压值大小的电压源并联，其他支路会给该支路注入电流，造成生热现象。

为了解决上述问题，如图1所示，通常在每一光伏电池板的两端并联一个旁路二极管，当光伏电池未被遮蔽时该光伏电池板正常工作，旁路二级管不导通；当光伏电池板被遮蔽时，光伏电池板两端电压的极性会与正常工作时相反，旁路二极管导通，从而保护该光伏电池板，防止被遮蔽的光伏电池板由于过热而烧毁。此外，在每列光伏电池组件的一端串联一个阻塞二极管，以防止该列光伏电池组件输出的电压下降后与其他各列光伏电池组件产生电压差，进而导致反向注入电流。

上述方法的最主要缺陷是会造成局部遮阴时光伏电池阵列的整体输出功率大幅下降，并且当各列光伏电池组件中串联的光伏电池板个数很多时，局部遮阴造成的支路电压差会很大，阻塞二极具有被反向击穿的危险，这使得整个光伏发电系统的稳定性较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种光伏电池阵列稳压装置，提高了光伏电池阵列在局部遮荫情况下的输出功率，并且消除了各列光伏电池组件之间可能产生的电压差，从而从根本上避免了电流的反向注入，提高了整个光伏发电系统的稳定性。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种光伏电池阵列稳压装置，包括控制器和多个并联的稳压光伏电池组件，其中每一稳压光伏电池组件均包括一列由多个光伏电池板串联而成的光伏电池组件以及一个稳压电路，该稳压电路由第一电感(L1)、第二电感(L2)、功率开关管(S)、二极管(D)、第一电容(Cn)和第二电容(C2)组成，该第一电感(L1)、第一电容(Cn)和第二电感(L2)依次串联，且该光伏电池组件的第一输出端连接该第一电感(L1)的自由端，该第二电感(L2)的自由端连接该第二电容(C2)的第一端，该光伏电池组件的第二输出端连接该第二电容(C2)的第二端，该第一电感(L1)与第一电容(Cn)的串联节点通过该功率开关管(S)连接该第二电容(C2)的第二端，该第一电容(Cn)与第二电感(L2)的串联节点连接该二极管(D)的正极，该二极管(D)的负极连接该第二电容(C2)的第二端；

所述第二电容(C2)的第一端作为该稳压光伏电池组件的第一输出端，与下一稳压光伏电池组件的第一输出端连接；该第二电容(C2)的第二端作为该稳压光伏电池组件的第二输出端，与下一稳压光伏电池组件的第二输出端连接；

所述控制器的电压采集端分别连接各稳压电路中第二电容(C2)的两端，并且该控制器的信号输出端连接该功率开关管(S)。由此，本发明提高了光伏电池阵列在局部遮荫情况下的输出功率，并且消除了各列光伏电池组件之间可能产生的电压差，从而从根本上避免了电流的反向注入，提高了整个光伏发电系统的稳定性。

每一列光伏电池组件中各光伏电池板均并联有一个旁路二极管，从而保护该光伏电池板，防止被遮蔽的光伏电池板由于过热而烧毁，进一步提高了整个光伏发电系统的稳定性。

所述控制器分别采集各稳压电路输出的实际电压Vk，并分别判断Vk<E是否成立，其中E表示在各列光伏电池组件上不存在遮荫部分时对应稳压电路输出的理想电压：如果不成立则表示该列光伏电池组件上不存在遮荫部分，该控制器不向对应稳压电路的功率开关管输出占空比为0.5的PWM波；

如果成立则表示该列光伏电池组件上存在遮荫部分，该控制器向对应稳压器的功率开关管输出PWM波，并使得该PWM波的占空比α满足公式 $\frac{\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&alpha;}}\mathrm{Vk}=E.$

所述功率开关管(S)选用MOSFET管，该第一电感(L1)与第一电容(Cn)的串联节点连接该MOSFET管的漏极，该控制器的信号输出端连接该MOSFET管的栅极，并且该MOSFET管的源极连接连接该第二电容(C2)的第二输出端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提高了光伏电池阵列在局部遮荫情况下的输出功率，并且消除了各列光伏电池组件之间可能产生的电压差，从而从根本上避免了电流的反向注入，提高了整个光伏发电系统的稳定性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是传统的光伏电池阵列稳压装置的电路原理图；

图2是本发明中光伏电池阵列稳压装置的电路原理图；

图3是本发明的第一实施例中稳压电路的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图2所示，该光伏电池阵列稳压装置包括控制器和多个并联的稳压光伏电池组件，每一稳压光伏电池组件均包括一列由多个光伏电池板串联而成的光伏电池组件以及一个稳压电路，并且每一列光伏电池组件中各光伏电池板均并联有一个旁路二极管，控制器分别连接各稳压电路。

如图3所示，该稳压电路由第一电感L1、第二电感L2、MOSFET管S、二极管D、第一电容Cn和第二电容C2组成，其中该第一电感L1、第一电容Cn和第二电感L2依次串联，且该光伏电池组件的第一输出端连接该第一电感L1的自由端，该第二电感L2的自由端连接该第二电容C2的第一端，该光伏电池组件的第二输出端连接该第二电容C2的第二端，该第一电感L1与第一电容Cn的串联节点连接MOSFET管S的漏极，该MOSFET管S的源极连接该第二电容C2的第二端，该第一电容Cn与第二电感L2的串联节点连接该二极管D的正极，该二极管D的负极连接该第二电容C2的第二端。

该第二电容C2的第一端作为该稳压光伏电池组件的第一输出端，与下一稳压光伏电池组件的第一输出端连接；该第二电容C2的第二端作为该稳压光伏电池组件的第二输出端，与下一稳压光伏电池组件的第二输出端连接。此外，控制器的电压采集端分别连接各稳压电路中第二电容C2的两端，并且该控制器的信号输出端连接该MOSFET管S的栅极。

该控制器分别采集各稳压电路输出的实际电压Vk，并分别判断Vk<E是否成立，其中E表示在各列光伏电池组件上不存在遮荫部分时对应稳压电路输出的理想电压：如果不成立则表示该列光伏电池组件上不存在遮荫部分，该控制器不向对应稳压电路的MOSFET管输出占空比为0.5的PWM波；

如果成立则表示该列光伏电池组件上存在遮荫部分，该控制器向对应稳压器的MOSFET管输出PWM波，并使得该PWM波的占空比α满足公式应注意的是：上述各稳压电路中MOSFET管还可以是诸如IGBT等的功率开关管。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种光伏电池阵列稳压装置，其特征在于：包括控制器和多个并联的稳压光伏电池组件，其中每一稳压光伏电池组件均包括一列由多个光伏电池板串联而成的光伏电池组件以及一个稳压电路，该稳压电路由第一电感(L1)、第二电感(L2)、功率开关管(S)、二极管(D)、第一电容(Cn)和第二电容(C2)组成，该第一电感(L1)、第一电容(Cn)和第二电感(L2)依次串联，且该光伏电池组件的第一输出端连接该第一电感(L1)的自由端，该第二电感(L2)的自由端连接该第二电容(C2)的第一端，该光伏电池组件的第二输出端连接该第二电容(C2)的第二端，该第一电感(L1)与第一电容(Cn)的串联节点通过该功率开关管(S)连接该第二电容(C2)的第二端，该第一电容(Cn)与第二电感(L2)的串联节点连接该二极管(D)的正极，该二极管(D)的负极连接该第二电容(C2)的第二端；

所述第二电容(C2)的第一端作为该稳压光伏电池组件的第一输出端，与下一稳压光伏电池组件的第一输出端连接；该第二电容(C2)的第二端作为该稳压光伏电池组件的第二输出端，与下一稳压光伏电池组件的第二输出端连接；

所述控制器的电压采集端分别连接各稳压电路中第二电容(C2)的两端，并且该控制器的信号输出端连接该功率开关管(S)；

所述控制器分别采集各稳压电路输出的实际电压Vk，并分别判断Vk<E是否成立，其中E表示在各列光伏电池组件上不存在遮荫部分时对应稳压电路输出的理想电压：如果不成立则表示该列光伏电池组件上不存在遮荫部分，该控制器向对应稳压电路的功率开关管输出占空比为0.5的PWM波；

如果成立则表示该列光伏电池组件上存在遮荫部分，该控制器向对应稳压器的功率开关管输出PWM波，并使得该PWM波的占空比α满足公式 $\frac{\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&alpha;}}\mathrm{Vk}=E;$

所述功率开关管(S)选用MOSFET管，该第一电感(L1)与第一电容(Cn)的串联节点连接该MOSFET管的漏极，该控制器的信号输出端连接该MOSFET管的栅极，并且该MOSFET管的源极连接该第二电容(C2)的第二输出端。

2.根据权利要求1所述的光伏电池阵列稳压装置，其特征在于：每一列光伏电池组件中各光伏电池板均并联有一个旁路二极管。