CN105281658B - 一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，与电网连接的所述光伏发电系统包括设有光伏电池板本体的光伏电池板，每个所述光伏电池板本体的两端设有控制器；所述控制器包括由所述光伏电池板本体正极到负极依次串联的IGBT，二极管和电容；所述光伏电池板本体的负极与所述二极管的阴极间设有电感。至少两个串联的光伏电池板组成电池板串。本发明调解光伏电池板的工作点，改变光伏电池板的输出功率，实现各个太阳能电池板的最大功率输出，可以显著提高光伏发电系统的发电量，提高光伏电池板的发电效率。

Description

一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统

技术领域：

本发明涉及一种光伏发电系统，更具体涉及一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统。

背景技术：

随着世界石化能源的过度开发，石化能源频频告急。为了更好贯彻和实施国家可持续发展战略，太阳能作为一种清洁无污染的新能源其应用得到了人们的充分肯定和重视。我国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。

目前我国比较成熟太阳能产品的核心是太阳能光伏发电系统，其中，太阳能电池板也称光伏电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。一般根据用户需要，将若干光伏电池板按一定的方式连接，组成光伏电池板方阵，再配上适当的支架及接线盒就构成了完整的光伏电池板部分。

由于单个光伏电池板的输出电压较低，为了实现较高电压输出，传统方案是多个光伏电池板进行串联构成光伏电池板串。然而由于各个光伏电池板的特性不同，其功率输出曲线彼此不相同，而且光伏电池板安装位置的不同，受到的光照条件和温度条件各异。光伏电池板串中各光伏电池板的输出电流相同，因此传统方案不能实现所有光伏电池板都运行在最大功率点，也就是说，有一些光伏电池板并未充分发挥其发电能力，因而从在较大的电能浪费，降低了光伏发电的经济效益。

传统方案一般选择功率曲线较为接近的电池板进行串联，目的是尽可能使各光伏电池板都能近似工作于最大功率点附近，然而客观自然条件的影响使得在实际运行时，各光伏电池板运行曲线产生较大差异，所以在传统的光伏电池板串联场合，存在着较大的能量浪费，未能充分发挥各光伏电池板的发电能力。

发明内容：

本发明的目的是提供一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，本发明有利于提高光伏电池板的发电量和光伏发电的经济效益。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，与电网连接的所述光伏发电系统包括设有光伏电池板本体的光伏电池板，每个所述光伏电池板本体的两端设有控制器；所述控制器包括由所述光伏电池板本体正极到负极依次串联的IGBT，二极管和电容；所述光伏电池板本体的负极与所述二极管的阴极间设有电感。

本发明提供的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，所述IGBT的集电极与所述光伏电池板本体的正极相连，所述IGBT的发射极与所述二极管的阴极相连，所述二极管的阳极与电容的负极相连，所述电容的正极与所述光伏电池板本体的负极相连。

本发明提供的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，当所述IGBT导通时，所述光伏电池板本体输出的电流包括输送到电网上的电流和通过所述IGBT流入所述电感的电流；所述光伏电池板本体、IGBT和电感构成能量转移回路，所述光伏电池板本体正极流出的电流经所述IGBT和电感后流回所述光伏电池板本体负极。

本发明提供的另一优选的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，当所述IGBT处于断开状态时，所述电感、电容和二极管构成能量转移回路，所述电感中的电流经电容和二极管后流回电感；所述电容和电感构成谐振电路，电感中的能量逐渐转移到电容中。

本发明提供的再一优选的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，当所述电容从所述电感处得到能量，所述电容与所述光伏电池板本体串联并共同输出电流，在这个过程中所述电容能量逐渐减小，不断转移到了电网中，从而将所述电容能量进行了利用。

本发明提供的又一优选的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，当所述电容能量利用完毕后，所述二极管导通，所述电流通道由二极管、电感和光伏电池板本体构成。

本发明提供的又一优选的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，所述IGBT的导通断开的驱动过程为：根据所述光伏电池板本体的输出电压、输出电流以及光伏电池板本体的功率特性曲线，判断光伏电池板本体是否运行于最大功率点输出的逻辑信号与某频率的方波信号进行与门逻辑操作控制所述IGBT。

本发明提供的又一优选的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，当所述光伏电池板本体运行于最大功率点时输出的逻辑信号为0，否则输出的逻辑信号为1；若所述光伏电池板本体运行于最大功率点，则输出的逻辑0信号与所述方波求与后仍然是0，则所述IGBT处于断开状态；反之，若所述光伏电池板本体运行于非最大功率点，则输出的逻辑信号为1与方波求与后仍为该方波，则所述IGBT处于导通状态。

本发明提供的又一优选的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，至少两个串联的所述光伏电池板组成电池板串。

本发明提供的又一优选的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，当所述二极管导通，所述电流通道由二极管、电感和太阳能电池板构成时，所述光伏电池板串为各个光伏电池板本体直接串联。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明的控制器为对每个光伏电池板增加的实现光伏电池板最大功率输出的控制器，较大的充分发挥了电能的利用率；

2、本发明的控制器会从光伏电池板中吸取部分能量并进行暂存，然后再通过光伏电池板串进行输出；

3、本发明的控制器在光伏电池板运行过程中起到了能量缓冲的作用，有利于提高光伏电池板的发电量；

4、本发明通过控制IGBT的导通和断开状态，可以对每个控制器中的电感电流和电容电压进行控制，从而改变整个电池板串的能量流动规律，达到提高电池板发电量；

5、本发明的控制器使各光伏电池板本体都可以工作于最大功率点；

6、本发明较大的节省了电能，提高了光伏发电的经济效益；

7、本发明对光伏系统的能量节省奠定了基础。

附图说明

图1为本发明的光伏电池板串的结构示意图；

图2为本发明的单个光伏电池板结构示意图；

图3为本发明的光伏电池板中的多余能量转移至电感时的工作原理示意图；

图4为本发明的光伏电池板电感能量转移至电容时的工作原理示意图；

图5为本发明的光伏电池板电容能量得到利用时的工作原理示意图；

图6为本发明的光伏电池板电容能量利用完毕后的工作原理示意图；

图7为本发明的光伏电池板电感电流的变化曲线示意图；

图8为本发明的光伏电池板电容电压的变化曲线示意图；

图9为本发明的控制器产生IGBT驱动信号的算法。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本例的发明提出的一种有效提升光伏系统发电能力的新型光伏发电系统，与电网连接的所述光伏发电系统包括设有光伏电池板本体的光伏电池板的拓扑结构如图2所示：为一个光伏电池板本体与一个控制器组成的光伏电池板；所述控制器由一个IGBT，1个二极管，一个电感和1个电容构成。具体的连接方法是：IGBT的集电极与光伏电池板的正极相连；IGBT的发射极与二极管的阴极相连；二极管的阴极与电感的一端相连，电感的另一端与光伏电池板的负极相连；将光伏电池板的负极与电容的正极相连；将电容的负极与二极管的阳极相连。基于本发明提出的结构，光伏电池板发出的电能可以转移到电感和电容中，并在随后的时间内加以释放，因此改变了光伏电池板运行的功率点，提高了光伏电池板可以发出的功率。

图3所示为光伏电池板中的多余能量转移至电感时的工作原理，此时IGBT处于导通状态。光伏电池板输出的电流包含两部分,第一部分是输送到电网上的电流,第二部分则通过IGBT流入电感。正是第二部分电流的存在，增加了在该时刻光伏电池板的输出电流，进而增加了光伏电池板的输出功率。此时光伏电池板、IGBT、电感构成一个能量转移回路，电流由光伏电池板正极流出，经IGBT和电感后流回光伏电池板负极。

图4所示为电感能量转移至电容时的工作原理，此时IGBT处于断开状态。此时电感、电容和二极管构成一个能量转移回路，电感中的电流经电容和二极管后流回电感，此时电容、电感构成一个谐振电路，电感中的能量逐渐转移到电容中。

图5所示为电容能量得到利用时的工作原理，此时电容与光伏电池板串联，共同输出电流，在这个过程中电容能量逐渐减小，不断转移到了电网中，从而将这部分能量进行了利用。

图6所示为电容能量利用完毕后的工作原理，此时二极管导通，电流通道由二极管、电感和太阳能电池板构成。在这种情况下，光伏电池板串退化为各个光伏电池板直接串联。

图7所示为电感电流的变化曲线示意图。示意图的横轴表示时间，开始阶段是光伏电池板能量转移到电感，此时电感电流按照近似固定的斜率不断上升，之后随之IGBT的断开，电感能量开始转移至电容，此时电感电流逐渐减小直至为0，此时电容中已经存储了能量。之后电容能量开始进行释放并通过光伏电池板串送入电网。当光伏电池板未处于最大功率点时，该过程重复执行，增加了光伏电池板的输出功率。

图8所示为电容电压的变化曲线示意图。示意图的横轴表示时间，开始阶段是光伏电池板能量转移到电感，此时电容能量逐渐减少，之后随之IGBT的断开，电感能量开始转移至电容，此时电容电压逐渐升高，在该阶段结束时电容中已经存储了能量。之后电容能量开始进行释放并通过光伏电池板串送入电网。当光伏电池板未处于最大功率点时，该过程重复执行，增加了光伏电池板的输出功率。

图9所示本发明提出的一种有效提升光伏系统发电能力的新型控制器的驱动信号产生方法。首先根据光伏电池板的输出电压、输出电流以及光伏电池板的功率特性曲线，判断光伏电池板是否运行于最大功率点，当运行于最大功率点输出0，否则输出1。输出的逻辑信号与一个固定频率的方波信号进行逻辑与操作后用来控制IGBT。根据其工作原理，此时若光伏电池板运行于最大功率点，则输出的逻辑0信号与方波求与后仍然是0，所以IGBT一直处于断开状态；反之，若光伏电池板运行于非最大功率点，则输出的逻辑1信号与方波求与后仍未该方波，则通过控制IBGT的控制器使得IGBT处于导通状态，因此IGBT将交替断开和导通，实现了从光伏电池板获取多余能量，转移到电感，转移到电容，最终送入电网，提高了光伏电池板的发电效率；所述固定频率一般选择IGBT产品手册中推荐的工作频率，其典型值是几百Hz至十几kHz之间。

包含上述的光伏电池板的光伏电池板串，所述电池板串包括至少两个串联的光伏电池板。当所述二极管导通，所述电流通道由二极管、电感和太阳能电池板构成时，所述光伏电池板串为各个光伏电池板本体直接串联。本发明的控制器特别适合应用于多个光伏电池板串联的场合。

如图1所示，当第1个电池板中的IGBT的发射极位置电压为其光伏电池板电压时各IGBT的导通和关断状态，此时光伏电池板串中的第1个电池板IGBT为导通状态，第2个IGBT为断开状态，系统中其余电池板的IGBT的开关状态不会影响第1个IGBT发射极位置的电压。

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，与电网连接的所述光伏发电系统包括设有光伏电池板本体的光伏电池板，其特征在于：每个所述光伏电池板本体的两端设有控制器；所述控制器包括由所述光伏电池板本体正极到负极依次串联的IGBT，二极管和电容；所述光伏电池板本体的负极与所述二极管的阴极间设有电感；

所述IGBT的导通断开的驱动过程为：根据所述光伏电池板本体的输出电压、输出电流以及光伏电池板本体的功率特性曲线，判断光伏电池板本体是否运行于最大功率点输出的逻辑信号与某频率的方波信号进行与门逻辑操作控制所述IGBT；

当所述光伏电池板本体运行于最大功率点时输出的逻辑信号为0，否则输出的逻辑信号为1；若所述光伏电池板本体运行于最大功率点，则输出的逻辑0信号与所述方波求与后仍然是0，则所述IGBT处于断开状态；反之，若所述光伏电池板本体运行于非最大功率点，则输出的逻辑信号为1与方波求与后仍为该方波，则所述IGBT处于导通状态。

2.如权利要求1所述的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，其特征在于：所述IGBT的集电极与所述光伏电池板本体的正极相连，所述IGBT的发射极与所述二极管的阴极相连，所述二极管的阳极与电容的负极相连，所述电容的正极与所述光伏电池板本体的负极相连。

3.如权利要求2所述的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，其特征在于：当所述IGBT导通时，所述光伏电池板本体输出的电流包括输送到电网上的电流和通过所述IGBT流入所述电感的电流；所述光伏电池板本体、IGBT和电感构成能量转移回路，所述光伏电池板本体正极流出的电流经所述IGBT和电感后流回所述光伏电池板本体负极。

4.如权利要求2所述的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，其特征在于：当所述IGBT处于断开状态时，所述电感、电容和二极管构成能量转移回路，所述电感中的电流经电容和二极管后流回电感；所述电容和电感构成谐振电路，电感中的能量逐渐转移到电容中。

5.如权利要求4所述的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，其特征在于：当所述电容从所述电感处得到能量，所述电容与所述光伏电池板本体串联并共同输出电流，在这个过程中所述电容能量逐渐减小，不断转移到了电网中，从而将所述电容能量进行了利用。

6.如权利要求5所述的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，其特征在于：当所述电容能量利用完毕后，所述二极管导通，电流通道由二极管、电感和光伏电池板本体构成。

7.如权利要求1所述的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，其特征在于：至少两个串联的所述光伏电池板组成光伏电池板串。

8.如权利要求7所述的一种提升光伏系统发电能力的光伏发电系统，其特征在于：当所述二极管导通，电流通道由二极管、电感和光伏电池板构成时，所述光伏电池板串为各个光伏电池板本体直接串联。