CN105353821A - 光伏功率优化器和光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏功率优化器和光伏发电系统。其中，该光伏功率优化器包括：传感器单元，用于检测光伏组件的输入参数和输出参数；控制单元，与传感器单元相连接，用于根据光伏组件的输入参数和输出参数生成脉宽调制信号；以及功率变换单元，与控制单元相连接，用于根据脉宽调制信号调节光伏组件的输出参数。本发明解决了相关技术由于光伏组件参数不匹配或阴影效应，导致能量损耗、发电效率低的技术问题。

Description

光伏功率优化器和光伏发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能领域，具体而言，涉及一种光伏功率优化器和光伏发电系统。

背景技术

光伏发电作为一种清洁、可再生的新能源发电方式，近年来在政府的大力扶植下得到了迅猛发展。但目前已安装的光伏电站普遍存在发电效率低、成本高的问题。其中一个主要原因是由于在安装时普遍采用串联集中式的最大功率点追踪(MaximumPowerPointTracking，简称为MPPT)，未考虑光伏组件的参数不匹配或阴影效应，这样将会导致能量损耗，大大降低发电效率。研究表明，9％的阴影会造成54％的能量损失。

针对相关技术由于光伏组件参数不匹配或阴影效应，导致能量损耗、发电效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种光伏功率优化器和光伏发电系统，以至少解决相关技术由于光伏组件参数不匹配或阴影效应，导致能量损耗、发电效率低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种光伏功率优化器，包括：传感器单元，用于检测光伏组件的输入参数和输出参数；控制单元，与传感器单元相连接，用于根据光伏组件的输入参数和输出参数生成脉宽调制信号；以及功率变换单元，与控制单元相连接，用于根据脉宽调制信号调节光伏组件的输出参数。

进一步地，控制单元包括：模数变换器，与传感器单元相连接，用于获取光伏组件的输入参数和输出参数；以及脉宽调制信号生成器，一端与模数变换器相连接，另一端与功率变换单元相连接，用于根据光伏组件的输入参数和输出参数生成脉宽调制信号，并将脉宽调制信号发送至功率变换单元。

进一步地，光伏组件的输入参数包括输入电流、输入电压，光伏组件的输出参数包括输出电流和输出电压，其中，传感器单元包括：输入电流传感器，设置在光伏组件的输入端，与控制单元相连接，用于检测光伏组件的输入电流；输入电压传感器，设置在光伏组件的输入端，与控制单元相连接，用于检测光伏组件的输入电压；输出电流传感器，设置在光伏组件的输出端，与控制单元相连接，用于检测光伏组件的输出电流；以及输出电压传感器，设置在光伏组件的输出端，与控制单元相连接，用于检测光伏组件的输出电压。

进一步地，输入电流传感器、输入电压传感器、输出电流传感器以及输出电压传感器分别与模数变换器相连接。

进一步地，光伏功率优化器还包括：通信电路，与控制单元相连接，用于建立光伏功率优化器与外部控制器之间的通信连接。

进一步地，光伏功率优化器还包括：辅助电源，分别与光伏组件、传感器单元、控制单元、功率变换单元相连接，用于将从光伏组件中获取的电能分别提供给传感器单元、控制单元、功率变换单元。

进一步地，功率变换单元拓扑结构为Boost电路或者Boost-Buck电路，功率变换单元的主开关元件采用半导体晶体管。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种光伏发电系统，包括：包括多个光伏功率优化器，其中，该多个光伏功率优化器为本发明实施例中的任意一种光伏功率优化器。

进一步地，多个光伏功率优化器串联或者并联。

进一步地，光伏发电系统还包括多个光伏组件，其中，一个光伏组件对应一个光伏功率优化器，光伏功率优化器设置在与其对应的光伏组件的背面。

在本发明实施例中，通过为每个光伏组件设置光伏功率优化器，通过该光伏功率优化器对每个光伏组件进行独立式MPPT调节，其中，光伏功率优化器包括：传感器单元，用于检测光伏组件的输入参数和输出参数；控制单元，与传感器单元相连接，用于根据光伏组件的输入参数和输出参数生成脉宽调制信号；以及功率变换单元，与控制单元相连接，用于根据脉宽调制信号调节光伏组件的输出参数，达到了优化光伏组件性能的目的，从而实现了降低能量损耗，提高发电效率低的技术效果，进而解决了相关技术由于光伏组件参数不匹配或阴影效应，导致能量损耗、发电效率低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的光伏功率优化器的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选地光伏功率优化器的示意图；以及

图3是根据本发明实施例的光伏发电系统的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

首先，在对本发明实施例进行描述的过程中出现的部分名词或者术语适用于如下解释：

光伏组件，是太阳能电池板，是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分，其作用是将太阳能转化为电能，或送外蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

MPPT控制器，能够实现侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，是系统以最大功率输出对蓄电池充电。应用太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。

根据本发明实施例，提供了一种光伏功率优化器的实施例，需要说明的是，该光伏功率优化器可以安装在光伏组件背面，不改变原系统的拓扑结构，通过光伏功率优化器可以对每个光伏组件进行独立的MPPT调节，最大程度地发挥光伏组件的性能，提高发电效率。

图1是根据本发明实施例的光伏功率优化器的示意图，如图1所示，该光伏功率优化器10可以包括：传感器单元102，控制单元104以及功率变换单元106。

传感器单元102，用于检测光伏组件的输入参数和输出参数。

可选地，光阻组件的输入参数可以包括输入电流、输入电压，光伏组件的输出参数可以包括输出电流、输出电压。相应地，为了检测光伏组件的输入电流、输入电压以及输出电流、输出电压，该实施例中的传感器单元102可以包括：输入电流传感器，设置在光伏组件的输入端，用于检测光伏组件的输入电流；输入电压传感器，设置在光伏组件的输入端，用于检测光伏组件的输入电压；输出电流传感器，设置在光伏组件的输出端，用于检测光伏组件的输出电流；以及输出电压传感器，设置在光伏组件的输出端，用于检测光伏组件的输出电压。

控制单元104，与传感器单元102相连接，用于根据光伏组件的输入参数和输出参数生成脉宽调制信号。

可选地，控制单元104可以分别与输入电流传感器、输入电压传感器、输出电流传感器以及输出电压传感器相连接，用于获取上述传感器检测的光伏组件的输入电流、输入电压、输出电流以及输出电压。输入电流传感器、输入电压传感器、输出电流传感器以及输出电压传感器能够实现将输入电流、输入电压、输出电流以及输出电压变换为控制单元104中模数变换器能接受的电压信号，实现模数变换。

可选地，控制单元104可以包括：模数变换器，与传感器单元102相连接，用于获取光伏组件的输入参数和输出参数。当传感器单元102包括输入电流传感器、输入电压传感器、输出电流传感器以及输出电压传感器时，数模变化器可以分别与输入电流传感器、输入电压传感器、输出电流传感器以及输出电压传感器相连接，从而获取输入电流传感器、输入电压传感器、输出电流传感器以及输出电压传感器检测到的光伏组件的输入电流、输入电压、输出电流以及输出电压。

可选地，控制单元104还可以包括：脉宽调制信号生成器，一端与模数变换器相连接，另一端与功率变换单元106相连接，用于根据光伏组件的输入参数和输出参数生成脉宽调制信号，并将脉宽调制信号发送至功率变换单元106。其中，功率变换单元106可以根据脉宽调制信号调解光阻组件的输出电流和输出电压，以实现优化光伏组件性能，提高发电效率的目的。

该实施例中的控制单元104可以采用单片专用数控电源控制器，内部集成有高速同步模数变换器、高精度脉宽调制信号生成器，采用全数字化设计，通过软件控制模数变换器采集输入电流传感器、输入电压传感器、输出电流传感器以及输出电压传感器输出的光伏组件的输入电流、输入电压、输出电流以及输出电压，控制高精度脉宽调制信号生成器产生功率变换单元106的脉宽调制信号，从而调节功率优化器的输出电压和电流，实现对光伏组件MPPT独立调节。

功率变换单元106，与控制单元104相连接，用于根据脉宽调制信号调节光伏组件的输出参数。

可选地，该实施例中的功率变换单元106的拓扑结构可以为Boost电路或者Boost-Buck电路，功率变换单元106的主开关元件可以采用半导体晶体管，比如MOSFET。该实施例中的功率变换单元106接收由控制单元104中的脉宽调制信号生成器生成的脉宽调制信号，并根据该脉宽调制信号控制光伏组件的输出电流和输出电压。

可选地，该实施例的光伏功率优化器10还可以包括：通信电路，与控制单元104相连接，用于建立光伏功率优化器10与外部控制器之间的通信连接。通信电流可以采用隔离的RS485或CAN，外部控制设备可以同时控制至少一个光伏功率优化器，进而实现协调光伏发电系统，提高系统发电效率的效果。

可选地，该实施例的光伏功率优化器10还可以包括：辅助电源，分别与光伏组件、传感器单元102、控制单元104、功率变换单元106相连接，用于将从光伏组件中获取的电能分别提供给传感器单元102、控制单元104、功率变换单元106。

最为一种可选地实施例，图2是根据本发明实施例的一种可选地光伏功率优化器的示意图，如图2所示，该光伏功率优化器可以包括：控制单元104，功率变换单元106、通信装置108、辅助电源110和输入电流传感器1021、输入电压传感器1022、输出电流传感器1023、输出电压传感器1024。辅助电源110由光伏组件供电，转换成稳定的直流电压，提供光伏功率优化器中的各电路所需的工作电源。控制单元104是系统的核心，采用单片专用数控电源控制器，集成有高速同步模数变换器、高精度脉宽调制信号生成器及通讯电路等。通过软件控制模数变换器采集输入电流传感器1021、输入电压传感器1022、输出电流传感器1023、输出电压传感器1024输出的光伏组件的输入电流、输入电压、输出电流以及输出电压信号，控制高精度脉宽调制信号生成器产生功率变换单元106所需的控制信号，即脉宽调制信号，从而调节光伏功率优化器的输出电流和输出电压，实现MPPT的独立调节。

根据本发明实施例，还提供了一种光伏发电系统的实施例。

图3是根据本发明实施例的光伏发电系统的示意图，如图3所示，该实施例中的光伏发电系统20可以包括一个或者多个光伏功率优化器，其中，此处的多个光伏功率优化器均为本发明实施例中的任意一种光伏功率优化器。可选地，该实施例的光伏发电系统20中的多个光伏功率优化器可以串联，也可以并联，图3所示的光伏发电系统20中的3个光伏功率优化器采用串联方式，分别为光伏功率优化器201，光伏功率优化器202，光伏功率优化器203。利用光伏功率优化器中的通信装置，可以协调内部各个光伏功率优化器和逆变器的工作，进而构成该实施例的光伏发电系统。可选地，该实施例的光伏发电系统还可以包括多个光伏组件，其中，一个光伏组件对应一个光伏功率优化器，光伏功率优化器可以设置在与其对应的光伏组件的背面，实现对该光伏组件的优化，进而提高光伏发电系统的发电效率。

本发明实施例提供了一种全数字的光伏功率优化器以及光伏发电系统。光伏功率优化器可直接安装在光伏组件背面，对光伏组件进行独立的MPPT调节。同时光伏功率优化器可以串联或并联，构成大型光伏发电系统。利用通讯功能可以协调各光伏功率优化器及逆变器的工作，从而最大程度地发挥每个光伏组件的效能，具有很高的抗局部阴影和组件电气参数失配能力，提高光伏发电系统的效率。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏功率优化器，其特征在于，包括：

传感器单元，用于检测所述光伏组件的输入参数和输出参数；

控制单元，与所述传感器单元相连接，用于根据所述光伏组件的输入参数和输出参数生成脉宽调制信号；以及

功率变换单元，与所述控制单元相连接，用于根据所述脉宽调制信号调节所述光伏组件的输出参数。

2.根据权利要求1所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述控制单元包括：

模数变换器，与所述传感器单元相连接，用于获取所述光伏组件的输入参数和输出参数；以及

脉宽调制信号生成器，一端与所述模数变换器相连接，另一端与所述功率变换单元相连接，用于根据所述光伏组件的输入参数和输出参数生成所述脉宽调制信号，并将所述脉宽调制信号发送至所述功率变换单元。

3.根据权利要求1或2所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述光伏组件的输入参数包括输入电流、输入电压，所述光伏组件的输出参数包括输出电流和输出电压，其中，所述传感器单元包括：

输入电流传感器，设置在所述光伏组件的输入端，与所述控制单元相连接，用于检测所述光伏组件的输入电流；

输入电压传感器，设置在所述光伏组件的输入端，与所述控制单元相连接，用于检测所述光伏组件的输入电压；

输出电流传感器，设置在所述光伏组件的输出端，与所述控制单元相连接，用于检测所述光伏组件的输出电流；以及

输出电压传感器，设置在所述光伏组件的输出端，与所述控制单元相连接，用于检测所述光伏组件的输出电压。

4.根据权利要求3所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述输入电流传感器、所述输入电压传感器、所述输出电流传感器以及所述输出电压传感器分别与所述模数变换器相连接。

5.根据权利要求1或2所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述光伏功率优化器还包括：

通信电路，与所述控制单元相连接，用于建立所述光伏功率优化器与外部控制器之间的通信连接。

6.根据权利要求1或2所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述光伏功率优化器还包括：

辅助电源，分别与所述光伏组件、所述传感器单元、所述控制单元、所述功率变换单元相连接，用于将从所述光伏组件中获取的电能分别提供给所述传感器单元、所述控制单元、所述功率变换单元。

7.根据权利要求1或2所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述功率变换单元拓扑结构为Boost电路或者Boost-Buck电路，所述功率变换单元的主开关元件采用半导体晶体管。

8.一种光伏发电系统，其特征在于，包括多个光伏功率优化器，其中，所述多个光伏功率优化器均为权利要求1至7中任一项所述的光伏功率优化器。

9.根据权利要求8所述的光伏发电系统，其特征在于，所述多个光伏功率优化器串联或者并联。

10.根据权利要求8或9所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统还包括多个光伏组件，其中，一个光伏组件对应一个光伏功率优化器，所述光伏功率优化器设置在与其对应的光伏组件的背面。