CN103490447B - 基于mosfet管防逆流的光伏发电系统 - Google Patents

基于mosfet管防逆流的光伏发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统，包括蓄电池、控制模块、至少一个光伏电池板、至少一个电压检测模块和至少一个MOSFET管；每个光伏电池板与蓄电池之间惟一连接有一个所述MOSFET管，每个电压检测模块分别连接于所述每个光伏电池板负极，并且每个电压检测模块还分别连接于控制模块，所述控制模块连接于MOSFET管的栅极和电压检测模块，在本发明中采用MOSFET管替代传统中的逆流二极管，因MOSFET管在导通时内阻很小，大大低于一般的二极管，因此大大降低了光伏发电系统中能源的内部损耗，提高系统效率。

Description

基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统
技术领域
本发明涉及一种基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统。
背景技术
随着光伏行业的快速发展，光伏发电也越来越多的被应用，在光伏发电系统中光伏电池板与蓄电池连接，由光伏电池板将太阳能转化成电能，并将电能存储至蓄电池中，但是当太阳光线较弱时光伏电池板的电压低于蓄电池电压，就有可能出现蓄电池的电流逆流至光伏电池板中，从而造成蓄电池能量白白浪费。甚至在光伏电池板并联阵列中如果其中一路光伏模组发生故障，输出电压偏低，那么其他正常的光伏电池板输出的电流也会逆流至故障板中，导致整个阵列输出电压变低，能量损失。现有技术中防逆流手段为在光伏电池板与蓄电池之间串联防逆流二极管，从而防止电流逆流，如图1所示为现有技术基于二极管防逆流的光伏发电系统示意图，但由于二极管的正向管压降较大，即使是压降较低的肖特基二极管也有0.2～0.3V，因此采用二极管防逆流存在以下缺点：
1、串联在光伏电池板与蓄电池之间的二极管存在正向导通压降，使用硅二极管时，压降一般为0.7V，如果采用功率二极管，压降甚至可以达到1V以上，即使使用压降较低的肖特基二极管也有0.3V左右的压降，因此大大降低了光伏发电系统中能源的利用效率。
2、由于这些串联的二极管消耗了不少的电能，二极管成为系统之中一个发热严重的部件，增加了太阳能发电系统故障率。
3、由于串联的二极管的损耗的电能转换成热量，不得不使用体积较大的二极管器件和散热元件对其进行散热，使得系统体积和重量增加，降低了光伏发电系统的机械强度。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种具有更低功耗的基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统。
一种基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统，包括蓄电池和至少一个光伏电池板，还包括控制模块、至少一个电压检测模块和至少一个MOSFET管；每个光伏电池板与蓄电池之间惟一连接有一个所述MOSFET管，其中，所述MOSFET管的源极连接于所述蓄电池的负极，MOSFET管的漏极连接于所述光伏电池板的负极；每个电压检测模块输入端分别连接于所述每个光伏电池板负极，并且每个电压检测模块输出端还分别连接于控制模块，所述电压检测模块用于检测光伏电池板的电压是否大于蓄电池电压；所述控制模块连接于MOSFET管的栅极和电压检测模块，所述控制模块用于在每个控制周期里接收电压检测模块的输入信号，并当光伏电池板的电压大于蓄电池电压时控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管导通，当光伏电池板的电压小于蓄电池电压时控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管截止。
其中，所述电压检测模块连接于所述光伏电池板的负极，所述电压检测模块包括NPN型的第一三极管和PNP型的第二三极管，所述第一三极管的集电极连接于所述光伏电池板的负极，所述第一三极管的发射极连接于第二三极管的基极，所述第一三极管的基极和第二三极管的集电极接地（蓄电池负极），所述第二三极管的发射极连接于控制模块的电压检测引脚。
其中，所述控制周期包括检测周期和执行周期，在所述检测周期中控制模块控制MOSFET管截止，控制模块读取电压检测模块的检测结果，在所述执行周期中当光伏电池板的电压大于蓄电池电压时控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管导通，否则，控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管截止。
其中，所述控制模块为单片机。
其中，所述检测周期是执行周期的1/500～1/2000。
本发明的有益效果为：在本发明中采用MOSFET管替代传统中的逆流二极管，因MOSFET管在导通时内阻很小，大大低于一般的二极管，因此大大降低了光伏发电系统中能源的内部损耗，提高系统效率，同时对光伏电池板和蓄电池的电压进行循环检测，能够及时的对光伏电池板进行防逆流保护，而且电压检测的时间只占整个循环周期的一小部分时间，因此能够保证该系统的能源利用效率。
附图说明
图1是现有技术基于二极管防逆流的光伏发电系统示意图；
图2是本发明基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统实施例的方框图；
图3是本发明基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统另一实施例的方框图；
图4是图2所示基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统的电路示意图。
主要图标说明：
1-光伏电池板；2-蓄电池；3-MOSFET管；4-控制模块；5-电压检测模块。
具体实施方式
在本申请文件中所述的MOSFET管为：金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管，英文全称（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET）。为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
图2和图3为本发明基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统两个实施例的方框图。该基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统包括蓄电池2和至少一个光伏电池板1，还包括控制模块4、至少一个电压检测模块5和至少一个MOSFET管3；每个光伏电池板1与蓄电池2之间惟一连接有一个所述MOSFET管3，其中，所述MOSFET管3的源极连接于所述蓄电池2，MOSFET管3的漏极连接于所述光伏电池板1；每个电压检测模块5的输入端分别连接于所述每个光伏电池板1负极，并且每个电压检测模块5的输出端还分别连接于控制模块4，所述电压检测模块5用于检测光伏电池板1的电压是否大于蓄电池2电压；所述控制模块4连接于MOSFET管3的栅极和电压检测模块5，所述控制模块4用于在每个控制周期里接收电压检测模块5的输入信号，并当光伏电池板1的电压大于蓄电池2电压时控制模块4控制与所述光伏电池板1相连的MOSFET管3导通，当光伏电池板1的电压小于蓄电池2电压时控制模块4控制与所述光伏电池板1相连的MOSFET管3截止。
所述MOSFET管3包括驱动该MOSFET管3的外围电路，本实施例并不对该外围电路进行具体限定，凡该技术领域技术人员所公知的能够驱动该MOSFET管3的外围电路都属于于本发明保护范围。
所述基于MOSFET管的光伏电池板防逆流控制器的工作原理为，在每个控制周期所述控制模块4通过所述电压检测模块5检测光伏电池板1的电压是否大于蓄电池2电压，若光伏电池板1的电压大于蓄电池2的电压，控制模块4控制与该光伏电池板相连接的MOSFET管3导通，使光伏电池板1对蓄电池2进行充电，若光伏电池板1的电压小于蓄电池2的电压，此时光伏电池板1无法对蓄电池2进行充电，会出现逆流现象，因此控制模块4控制与该光伏电池板相连接的MOSFET管3截止，防止蓄电池2电流逆流至光伏电池板1。
图4是本发明基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统的优选实施方式的电路原理图。所述电压检测模块5分别连接于所述光伏电池板1的负极，所述电压检测模块5包括NPN型的第一三极管Q2和PNP型的第二三极管Q3，所述第一三极管Q2的集电极连接于所述光伏电池板1的负极，所述第一三极管Q2的发射极连接于第二三极管Q3的基极，所述第一三极管Q2的基极和第二三极管Q3的集电极接地(蓄电池负极)，所述第二三极管Q3的发射极连接于控制模块4的电压检测引脚。
当检测光伏电池板1和蓄电池2之间的电压大小关系时，控制模块4先控制所述MOSFET管截止，如果光伏电池板1的电压高于蓄电池2电压（太阳能板子可以给电池充电），光伏电池板1和蓄电池2通过MOSFET管3内部的寄生二极管构成回路。光伏电池板1负极电压低于系统参考地电位，第一三极管Q2工作在倒置状态，第一三极管Q2的发射极输出的电压为低电平（有可能低于系统参考地电位），此时，第二三极管Q3导通，其发射极的电平为低电平（不会低于参考地电位，满足一般单片机管脚的电平特性要求），控制模块4读取到低电平状态，判断光伏电板1电压高于蓄电池2电压，因此控制模块4控制所述MOSFET管3导通对蓄电池2进行充电。如果光伏电池板1电压低于蓄电池2电压（太阳能板子无法给电池充电），则MOSFET管3内部的寄生二极管截止。第一三极管Q2工作在截止状态，第二三极管Q3的发射极的电平就为高电平，控制模块4读取到高电平状态，判断光伏电板1电压低于蓄电池2电压，为防止蓄电池2电流逆流入光伏电池板1，控制模块4控制所述MOSFET管3截止。
在本实施例中，所述控制周期包括检测周期和执行周期，在所述检测周期中控制模块4控制MOSFET管3截止，控制模块4读取电压检测模块5的检测结果，在所述执行周期中控制模块4根据电压检测模块5的检测结果控制MOSFET管3导通或截止，当光伏电池板1的电压大于蓄电池2电压时控制模块4控制与所述光伏电池板1相连的MOSFET管3导通，否则，控制模块4控制与所述光伏电池板1相连的MOSFET管3截止。为了使控制模块4能够更准确的对MOSFET管3进行控制，同时又能够保证能源的有效利用，其中，所述检测周期是执行周期的1/500～1/2000。
当所述控制周期为1S所述检测周期与执行周期的比为1/1000时，所述检测周期约为1mS，所述控制模块4每隔1S对光伏电池板1和蓄电池2的电压进行检测，因此能够及时的控制MOSFET管3导通或截止，当光伏电池板1的电压大于蓄电池2电压时，所述MOSFET管3在整个控制周期中只有在检测周期中的1mS处于截止状态，在执行周期中都处于导通状态，因MOSFET管截止的时间仅占导通时间的1/1000，可以认为MOSFET管都是导通的，因此光伏电池板1将转换的太阳能完全的存储至蓄电池2中；当光伏电池板1的电压小于蓄电池2电压时，所述MOSFET管3在检测周期与执行周内都处于截止，因此能够防止逆流现象的发生。
在本实施例中，为使控制模块4能够对光伏电池板1和蓄电池2的电压进行及时的检测，同时也为了一个控制模块4能够控制多个MOSFET管3，并且保证电路所消耗的能量远小于之前所述的直接在光伏电池板1和蓄电池2之间串联二极管消耗的能量。所述控制模块4为低功耗高效率单片机。具体本实施例选用ST公司的8位单片机做为所述控制模块，单片机的个数和封装具体由光伏电池板的个数来确定，本发明不做具体限制。
按照常用的10A/60V的光伏发电需求为例。选用MOFET管3，尺寸只有6.4x3.9mm。MOSFET管3在导通时内阻非常小，为11mΩ左右，如果流过6A的电流，压降也只有66mV左右，而使用10A/60V的肖特基二极管的导通压降达到0.6V，不含散热片尺寸就已经达到15x10mm以上。通过控制模块4控制MOSFET管3的导通或截止对蓄电池2充电并防止蓄电池2的电流逆流至光伏电池板1，从而替代传统中的逆流二极管，提高了系统的能源利用效率，并且因MOSFET管3上的管压降低、发热量小，与二极管相比相同电流时的发热量远远小于二极管，所以不会因电流过大而发热烧毁，也无需使用散热器进行散热。
综上所述本发明的有益效果为：在本发明中采用MOSFET管3替代传统中的逆流二极管，因MOSFET管3在导通时内阻很小，大大低于一般的二极管，因此大大降低了光伏发电系统中能源的内部损耗，提高系统效率，同时对光伏电池板1和蓄电池2的电压进行循环检测，能够及时的对光伏电池板进行防逆流保护，而且电压检测的时间只占整个循环周期的一小部分时间，因此能够保证该系统的能源利用效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统，包括蓄电池和至少一个光伏电池板，其特征在于，还包括控制模块、至少一个电压检测模块和至少一个MOSFET管；
每个光伏电池板与蓄电池之间惟一连接有一个所述MOSFET管，其中，所述MOSFET管的源极连接于所述蓄电池负极，MOSFET管的漏极连接于所述光伏电池板负极；
每个电压检测模块输入端分别连接于所述每个光伏电池板负极，并且每个电压检测模块的输出端还分别连接于控制模块，所述电压检测模块用于检测光伏电池板的电压是否大于蓄电池电压；
所述控制模块连接于MOSFET管的栅极和电压检测模块，所述控制模块用于在每个控制周期里接收电压检测模块的输入信号，并当光伏电池板的电压大于蓄电池电压时控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管导通，当光伏电池板的电压小于蓄电池电压时控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管截止；
所述电压检测模块包括NPN型的第一三极管和PNP型的第二三极管，所述第一三极管的集电极连接于所述光伏电池板的负极，所述第一三极管的发射极连接于第二三极管的基极，所述第一三极管的基极和第二三极管的集电极接蓄电池负极，所述第二三极管的发射极连接于控制模块的电压检测引脚；
所述MOSFET管内部设置有寄生二极管，当检测光伏电池板和蓄电池之间的电压大小关系时，控制模块先控制所述MOSFET管截止，如果光伏电池板的电压高于蓄电池电压，光伏电池板和蓄电池通过MOSFET管内部的寄生二极管构成回路，第一三极管工作在倒置状态，第二三极管发射极的电平为低电平，控制模块读取到低电平状态后控制所述MOSFET管导通对蓄电池进行充电；如果光伏电池板电压低于蓄电池电压，则MOSFET管内部的寄生二极管截止，第一三极管工作在截止状态，第二三极管的发射极的电平就为高电平，控制模块读取到高电平状态后控制所述MOSFET管截止。
2.根据权利要求1所述的基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统，其特征在于，所述控制周期包括检测周期和执行周期，在所述检测周期中控制模块控制MOSFET管截止，控制模块读取电压检测模块的检测结果，在所述执行周期中当光伏电池板的电压大于蓄电池电压时控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管导通，否则，控制模块控制与所述光伏电池板相连的MOSFET管截止。
3.根据权利要求1所述的基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统，其特征在于，所述控制模块为单片机。
4.根据权利要求2所述的基于MOSFET管防逆流的光伏发电系统，其特征在于，所述检测周期是执行周期的1/500～1/2000。
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