CN103516304A - 一种光伏电源优化器及其优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光伏电源优化器以及利用所述电源优化器优化的方法，所述电源优化器包括用于升压或降压的DC/DC单元、用于确定光伏阵列最大功率工作点的MPPT控制单元、用于测量输入端电流和电压的输入检测单元、用于测量输出端电流和电压的输出检测单元、为光伏电压优化器提供工作电源的开关电源。通过输入检测单元和输出检测单元测量的数据，以及MPPT控制单元的运算分析，控制DC/DC单元实现输出功率最大化，避免了由于遮挡造成光伏系统整体输出功率下降这一问题。

Description

一种光伏电源优化器及其优化方法

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，尤其是涉及应用在光伏发电领域的光伏电源优化器。

背景技术

如今，很多安装太阳能光伏系统的用户已经意识到部分或间歇性的遮蔽会影响到系统的发电量。现在也安装和即将安装的太阳能系统，普遍采用的是集中式MPPT系统，由于阴影或其它因素造成的电池板不匹配会导致太阳能电池板中功率损耗不均匀，其中10%的阴影就可能导致所获能源50%的损耗。

一些商业和住宅设施未能充分发挥其能源输出的潜力，由于电池板不匹配导致能源输出不理想，致使一些其他项目被放弃。从本质上讲，存在固有空间利用不足和能源提供不足的问题。

在辐射、温度以及其它电池参数统一的情况下，除了转换效率差异之外，分布式MPPT和集中式MPPT的性能之间没有差异。光伏系统在实际应用环境中，阵列中的个别或部分组件由于受到遮挡、尘土、鸟类粪便、各种天气变化、阵列朝向、组件不一致性等造成系统整体输出功率下降这一问题，采用集中式MPPT技术时，可能会导致更多的不均匀损失。集中式最大功率点跟踪系统(MPPT)功能的标准并网配置，其中一个组列的两个电池板被遮蔽。集中式MPPT无法设置直流电压，因此无法令两个组列的输出功率都达到最大。在高直流电压点(M1)，MPPT使未遮蔽组列的输出功率达到最大。在低直流电压点(M2)，MPPT将使遮蔽组列的输出功率达到最大：旁路二极管绕过遮蔽电池板，此组列的未遮蔽电池板将提供全量电流。阵列的多个MPP可能导致集中最大功率点跟踪（MPPT）配置的额外损失，因为最大功率点跟踪器可能得到错误信息停止在局部最大点处，并稳定在具有V-P特征的次优点。不同的案例研究和现场测试证明，部分遮蔽对光伏系统的发电量具有严重的影响。通过使用分布式MPPT控制可以减轻遮蔽对系统的不利影响。

分布式MPPT（DMPPT）功能，单独补偿每块光伏板的输出；而集中式MPPT方案则是对整个光电板阵列应用一个“最佳配合”的补偿功能。由于不受相邻模块性能的影响，即便有一个模块失效，每块太阳能电池板的输出功率仍可最大化，因此DMPPT是提高太阳能发电系统能源生产率最有前景的技术。

为了防止由于尘土、鸟类粪便、各种天气变化、阵列朝向、组件不一致性等造成系统整体输出功率下降这一问题，需要采用分布式的MPPT技术降低遮挡对于能量输出的影响。

发明内容

本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种具有补偿光伏板的输出，避免电池板受相邻模块性能的影响，能够在光伏阵列中个别电池板出现失配问题时，每块电池板仍然能输出最大的电力，尽可能降低失配带来的发电量损失的光伏电源优化器极其优化方法。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种光伏电源优化器，包括为光伏电压优化器提供工作电源的开关电源；用于升压或降压的DC/DC单元，其两端分别连接光伏电源优化器的输入端和输出端；用于确定光伏阵列最大功率工作点的MPPT控制单元，其连接并控制DC/DC单元；用于测量输入端电流和电压的输入检测单元，测量数据反馈至MPPT控制单元；用于测量输出端电流和电压的输出检测单元，测量数据反馈至MPPT控制单元。

进一步地，所述电源优化器还包括用于与计算机通讯的组件状态监视单元，其一端连接MPPT控制单元，另一端与计算机通讯连接。

进一步地，所述电源优化器还包括用于提供组件状态监视单元温度信息的温度检测单元。

进一步地，所述组件状态监视单元为RS485通讯组件状态监视单元。

一种利用光伏电源优化器优化光伏电源的方法，包括以下步骤：

输入检测单元测量光伏电源优化器输入端的电流和电压；

输出检测单元测量光伏电源优化器输出端的电流和电压；

MPPT控制单元根据输入检测单元测量的电流值和电压值和输出检测单元测量的电流值和电压值进行比较运算；

MPPT控制单元控制DC/DC单元，调整与光伏电源优化器连接的电池组件的输出电压和输出电流，使电池组件输出最大功率；

输入检测单元测量光伏电源优化器输入端的电流值和电压值，输出检测单元测量光伏电源优化器输出端的电流值和电压值通过组件状态监视单元与计算机通讯，上传至计算机。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明具有补偿光伏板的输出，避免电池板受相邻模块性能的影响优点。通过每个电源优化器输入检测单元和输出检测单元检测的数据，以及MPPT控制单元的运算分析，控制DC/DC单元实现输出功率最大化。即便有一个电池组件失效，每块太阳能电池板的电池组件输出功率仍可最大化，解决个别或部分电池组件由于受到遮挡、尘土、鸟类粪便、各种天气变化、阵列朝向、组件不一致性等造成系统整体输出功率下降这一问题，针对阵列中的电池组件进行分布式MPPT跟踪，优化输出，使光伏发电系统系统维护更加高效的特点。

另外，每个电池组与电源优化器相连。MPPT控制单元采用最大限度提高各电池组件输出功率的最大功率点算法。整个阵列中所有电池组件具有相同的输出电流，极大减少了热斑问题和采用内部旁路模式。每个电源优化器调节其输出电压以符合整体的总线电压。结果是整个光伏系统将呈现具有单一最大功率点的I-V曲线，简化中央逆变器的操作，并尽可能降低失配带来的发电量损失。

附图说明

图1是本发明所述电源优化器结构示意图。

图示：1—电源优化器；2—DC/DC单元；3—输入检测单元；4—MPPT控制单元；5—输出检测单元；6—开关电源；7—组件状态监视单元；8—温度检测单元。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

一种光伏电源优化器1，包括DC/DC单元2、输入检测单元3、MPPT控制单元4、输出检测单元5、开关电源6。

所述DC/DC单元2用于提高或降低光伏电源优化器1输出端的电压，其连接电源优化器1的输入端和输出端。MPPT控制单元4用于确定光伏阵列最大功率工作点，其连接并控制DC/DC单元2。开关电源6为电源优化器1提供工作电源。用于测量电源优化器1的输入端电流和电压的输入检测单元3一端连接电源优化器1的输入端，另一端与用于实时跟踪太阳能板中的最大的功率点的MPPT控制单元4连接。用于测量电源优化器1的输出端的电流和电压的输出检测单元5与用于实时跟踪太阳能板中的最大的功率点的MPPT控制单元4连接。输入检测单元3和输出检测单元5在电源优化器1的输入端和输出端分别测量其电流和电压，并把该值传送至MPPT控制单元4。MPPT控制单元4采用最大限度提高各光伏电源优化器输出功率的最大功率点算法，通过比较输入检测单元3测量的输入端的电流值、电压值和输出检测单元5测量的输出端的电流值、电压值，进而控制DC/DC单元2，调整光伏电源中的电池组件的输出电压和电流，令光伏系统的电池组件达到最大的功率。

本发明还包括温度检测单元8，其与组件状态监视单元7连接，把检测到的温度信息发送至组件状态监视单元7。由于温度变化时，会对太阳能板的峰值电压产生影响，这些影响不可忽略。因此需要监控温度变化对太阳能板的影响，否则会严重影响太阳能的转化率。

本发明还包括组件状态监视单元7。其与MPPT控制单元4连接。组件状态监视单元7将输入检测单元2、输出检测单元3、温度检测单元8检测的数据以及MPPT控制单元4运算得到的有关数据通过组件状态监视单元7上传给计算机。通过计算机分析，可以得到光伏电源的实时工作情况。作为优选，组件状态监视单元7为RS485通讯组件状态监视单元。本发明通过RS485接口和RS485网络实现与计算机的通讯连接。除了通过RS485通讯组件状态监视单元与计算机通讯连接外，还可以采用WIFI、CDMA或其它方式的无线连接。

利用本实施例所述的光伏电源优化器实现光伏电源优化采用以下步骤：

输入检测单元3测量光伏电源优化器输入端的电流和电压；

输出检测单元5测量光伏电源优化器输出端的电流和电压；

MPPT控制单元4根据输入检测单元测量的电流值和电压值和输出检测单元测量的电流值和电压值进行比较运算；

MPPT控制单元4控制DC/DC单元2，调整与光伏电源优化器1连接的电池组件的输出电压和输出电流，使电池组件输出最大功率；

输入检测单元3测量光伏电源优化器输入端的电流值和电压值，输出检测单元5测量光伏电源优化器输出端的电流值和电压值通过组件状态监视单元7与计算机通讯，数据上传至计算机。

Claims (5)

1.一种光伏电源优化器，其特征在于包括：

为光伏电压优化器提供工作电源的开关电源；

用于升压或降压的DC/DC单元，其两端分别连接光伏电源优化器的输入端和输出端；

用于确定光伏阵列最大功率工作点的MPPT控制单元，其连接并控制DC/DC单元；

用于测量输入端电流和电压的输入检测单元，测量数据反馈至MPPT控制单元；

用于测量输出端电流和电压的输出检测单元，测量数据反馈至MPPT控制单元。

2.根据权利要求1所述的光伏电源优化器，特征在于：所述电源优化器还包括用于与计算机通讯的组件状态监视单元，其一端连接MPPT控制单元，另一端与计算机通讯连接。

3.根据权利要求1所述的光伏电源优化器，特征在于：所述电源优化器还包括用于提供组件状态监视单元温度信息的温度检测单元。

4.根据权利要求2所述的光伏电源优化器，特征在于，所述组件状态监视单元为RS485通讯组件状态监视单元。

5.一种利用光伏电源优化器优化光伏电源的方法，其特征在于包括以下步骤：

输入检测单元测量光伏电源优化器输入端的电流和电压；

输出检测单元测量光伏电源优化器输出端的电流和电压；

MPPT控制单元根据输入检测单元测量的电流值和电压值和输出检测单元测量的电流值和电压值进行比较运算；

MPPT控制单元控制DC/DC单元，调整与光伏电源优化器连接的电池组件的输出电压和输出电流，使电池组件输出最大功率；

输入检测单元测量光伏电源优化器输入端的电流值和电压值，输出检测单元测量光伏电源优化器输出端的电流值和电压值通过组件状态监视单元与计算机通讯，上传至计算机。

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