CN105353822B - 一种光伏组件电池串级智能优化器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏组件电池串级智能优化器，至少包括两路最大功率点跟踪电路，每路最大功率点跟踪电路包括两个输入端子，以及串接相连的电路开关管和电路电感，每路最大功率点跟踪电路的一个输入端连接电路开关管的输入端，另一输入端连接输出正极或输出负极，并通过开关二极管与电路开关管的输出端、电路电感的输入端相连在一起，第一路MPPT电路的输出正极连接正输出端子，最后一路MPPT电路的输出负极通过电流采样器连接负输出端子，其余相邻两路最大功率点跟踪电路的输出正极与输出负极相连，所述电路开关管的控制输入端与控制器的输出端相连。本发明能够降低光伏组件的热斑失效风险，使光伏组件每个电池串均能输出最大电能。

Description

一种光伏组件电池串级智能优化器
技术领域
本发明涉及一种电池连接优化电路，尤其涉及一种光伏组件电池串级智能优化器。
背景技术
太阳能行业作为一种低碳可再生能源，正在世界范围内蓬勃发展，各国安装量逐年增长。光伏系统中光伏组件是最重要的核心部件，承担着由光能转换为电能的功能。目前，为避免光伏组件的“热斑效应”，一般对光伏组件的电池串进行旁路保护，当光伏组件的电池串被旁路保护时，此光伏组件的电池串将不产生任何电能，造成能源浪费。
在光伏发电系统中一般选用性能一致的光伏组件通过串、并联的方式构成，在系统设计时要遵循光伏组件尽可能不被遮蔽的原则，但实际中，光伏发电系统不可避免存在光伏组件被遮蔽的情况，而且即便选了一致性好的光伏组件，但由于光伏组件老化的缘故也将导致光伏组件输出不一致，为此，一般光伏系统中都设有MPPT最大功率跟踪功能，以求光伏发电系统工作在最大功率点上，使系统发电量达到最大。通常由于光伏发电系统庞大，系统MPPT最大功率跟踪功能并不能很快找到最大功率点，而且，容易产生误判，即并没有找到光伏发电系统真正的最大功率点。在光伏组件的电池串设有MPPT最大功率追踪功能，可以使光伏发电系统迅速并准确地找到系统的最大功率点。
当某一个光伏组件受到遮挡时，由于电池串的串联，当一个组件的某部分受到遮挡时，整个光伏组件发电都会受到极大影响，美国国家半导体实验室收集的测试和现场试验都证明了这个问题。目前的解决方法是当组件有部分遮挡时，通过旁路二极管将受到遮挡的电池串进行短路，这样将极大降低单个组件发电量，最终影响到整个系统的发电。为了克服单个组件受到部分遮挡时损失较大发电量的问题，有必要提供一种光伏组件电池串级智能优化器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏组件电池串级智能优化器，不仅能够降低光伏组件电池串之间电性能的不匹配和组件阴影遮挡等对光伏组件发电量的影响，而且能够降低光伏组件的热斑失效风险，使光伏组件每个电池串均能输出最大电能，最终使光伏发电系统的发电量达到最优。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种光伏组件电池串级智能优化器，至少包括两路最大功率点跟踪电路，每路最大功率点跟踪电路包括两个输入端子、一个输出正极、一个输出负极、一个开关二极管、一个电路开关管和一个电路电感，所述电路开关管和电路电感串接相连，每路最大功率点跟踪电路的一个输入端连接所述电路开关管的输入端，每路最大功率点跟踪电路的另一输入端连接所述输出正极或输出负极，并通过所述开关二极管与所述电路开关管的输出端、电路电感的输入端相连在一起，第一路最大功率点跟踪电路的输出正极连接正输出端子，最后一路最大功率点跟踪电路的输出负极通过电流采样器连接负输出端子，其余相邻两路最大功率点跟踪电路的输出正极与输出负极相连，所述电路开关管的控制输入端与控制器的输出端相连。
上述的光伏组件电池串级智能优化器，其中，所述控制器包括DSP处理器、开关管驱动电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路，所述DSP处理器通过开关管驱动电路分别对每路最大功率点跟踪电路的开关管进行高频开关动作，所述DSP处理器通过电压检测电路与每路最大功率点跟踪电路的一个输入端和一个输出端相连进行输入与输出电压采样，所述DSP处理器通过电流检测电路与电流采样器相连进行电流采样，所述DSP处理器还与状态指示电路、温度检测电路相连接。
上述的光伏组件电池串级智能优化器，其中，所述控制器的通信端与无线通信模块相连实现远程数据监控，所述控制器与无线通信模块的电源端与辅助电源相连。
上述的光伏组件电池串级智能优化器，其中，所述正输出端子与负输出端子之间连接有续流二极管，所述续流二极管的正极与负输出端子相连接，所述续流二极管的负极与正输出端子相连接。
上述的光伏组件电池串级智能优化器，其中，包括三路MPPT电路，每路MPPT电路的两个输入端子作为光伏组件电池串级优化器的输入，并与光伏组件的输出汇流条相连，第一输入端子用于连接光伏组件第一路电池串的正级，第二输入端子用于连接光伏组件第一路电池串的负级，第三输入端子用于连接光伏组件第二路电池串的正级，第四输入端子用于连接光伏组件第二路电池串的负级，第五输入端子用于连接光伏组件第三路电池串的正级，第六输入端子用于连接光伏组件第三路电池串的负级，所述正输出端子与负输出端子作为光伏组件电池串级优化器输出。
上述的光伏组件电池串级智能优化器，其中，所述第一输入端子与第二输入端子、第三输入端子与第四输入端子、第五输入端子与第六输入端子之间分别还设有每路MPPT电路输入滤波电容，每路MPPT电路输出之间还设有输出滤波电容，第一路MPPT电路输出的正极与正输出端子相连接，第一路MPPT电路的输出负极与第二路MPPT电路的输出正极相连接，第二路MPPT电路的输出负极与第三路MPPT电路的输出正极相连接，第三路MPPT电路的输出负极经过电流采样器与负输出端子相连接。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的光伏组件电池串级智能优化器，以高性能高速DSP处理器为核心，引用高频直流开关电源技术，通过实时采集光伏组件每个电池串前级输入电压，后级输出电压和电流，让光伏组件每个电池串实现MPPT。本发明不仅能够降低光伏组件中电池串之间电性能的不匹配和组件阴影遮挡对光伏组件发电量的影响，而且能够避免光伏组件的热斑失效；在光伏发电系统中，可以迅速并准确地找到系统的最大功率点，有效提升系统的发电量。
附图说明
图1是本发明第一实施例的电路连接示意图；
图2(a)是本发明第一实施例与光伏组件的连接示意图(横向)；
图2(b)是本发明第一实施例与光伏组件的连接示意图(纵向)；
图3是本发明第二实施例的电路连接示意图；
图4是本发明第二实施例与光伏组件的连接示意图；
图5是本发明第三实施例的电路连接示意图；
图6是本发明第三实施例与光伏组件的连接示意图；
图7是本发明第四实施例与光伏组件的结构连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供的光伏组件电池串级智能优化器，包括至少包括两路最大功率点跟踪电路(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)，每路最大功率点跟踪电路包括两个输入端子、一个输出正极、一个输出负极、一个开关二极管、一个电路开关管和一个电路电感，所述电路开关管和电路电感串接相连，每路最大功率点跟踪电路的一个输入端连接电路开关管的输入端，每路最大功率点跟踪电路的另一输入端连接输出正极或输出负极，并通过开关二极管与电路开关管的输出端、电路电感的输入端相连在一起，第一路最大功率点跟踪电路的输出正极连接正输出端子，最后一路最大功率点跟踪电路的输出负极通过电流采样器连接负输出端子，其余相邻两路最大功率点跟踪电路的输出正极与输出负极相连，所述电路开关管的控制输入端与控制器的输出端相连。
实施例1
请参考图1、图2(a)及图2(b)，本实施例包括三路MPPT电路，六个输入端子1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、第一路MPPT电路开关管S1、第二路MPPT电路开关管S2、第三路MPPT电路开关管S3、第一路MPPT电路二极管D1、第二路MPPT电路二极管D2、第三路MPPT电路二极管D3、续流二极管D100、第一路MPPT电路电感L1、第二路MPPT电路电感L2、第三路MPPT电路电感L3、电流采样器CS1、控制器、辅助电源、无线通信模块、正输出端子2-1和负输出端子2-2。所述输入端子1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6作为光伏组件电池串级优化器的输入，与光伏组件的输出汇流条相连，其中，第一输入端子1-1用于连接光伏组件第1路电池串的正级11-1，第二输入端子1-2用于连接光伏组件第1路电池串的负级11-2，第三输入端子1-3用于连接光伏组件第2路电池串的正级11-3，第四输入端子1-4用于连接光伏组件第2路电池串的负级11-4，第五输入端子1-5用于连接光伏组件第3路电池串的正级11-5，第六输入端子1-6用于连接光伏组件第3路电池串的负级11-6，所述输出正输出端子2-1、负输出端子2-2作为光伏组件电池串级优化器输出。所述三个开关管的控制信号由所述控制器发出。
输入端子1-1与1-2、1-3与1-4、1-5与1-6之间分别还设有每路电池串MPPT电路输入滤波电容C1，C3，C5，每路电池串MPPT电路输出之间还设有输出滤波电容C2，C4，C6，第1路MPPT电路的输出正极与电池串级优化器正输出端子2-1相连接，第1路MPPT电路的输出负极与第2路MPPT电路的输出正极相连接，第2路MPPT电路的输出负极与第3路MPPT电路的输出正极相连接，第3路MPPT电路的输出负极经过电流采样器CS1与电池串级优化器的负输出端子2-2相连接。
正输出端子与负输出端子之间还有续流二极管D100，所述续流二极管D100的正极与负输出端子2-2相连接，续流二极管D100的负极与正输出端子2-1相连接。控制器包括DSP处理器、开关管驱动电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路，所述DSP处理器通过开关管驱动电路分别与三个开关管控制输入端相连接进行高频开关动作，所述DSP处理器通过电压检测电路与每路最大功率点跟踪电路的一个输入端和一个输出端相连进行输入与输出电压采样，所述DSP处理器通过电流检测电路与电流采样器相连进行电流采样，所述DSP处理器还与状态指示电路、温度检测电路相连接。辅助电源为控制器和无线通信模块供电。无线通信模块，与控制器相连，实现远程数据监控。
实施例2
请继续参考图3及图4，是本发明的第二种实施例，其拥有两个MPPT优化电路，用于只有两个电池串的光伏组件。其与图1及图2所示的第一种实施例的区别在于，没有第三路MPPT电路，即没有C5、C6、D3、L3、S3，以及缺少两个输入端子1-5、1-6，对应于光伏组件，则缺少两个输出端子11-5、11-6；其余结构相同，在此不再赘述。
实施例3
请继续参考图5及图6，是本发明的第三种实施例，其拥有四个MPPT优化电路，用于有四个电池串的光伏组件。其与图1及图2所示的第一种实施例的区别在于，增加第四路MPPT电路，即增加C7、C8、D4、L4、S4，以及增加两个输入端子1-7、1-8，对应于光伏组件，则增加两个输出端子11-7、11-8；其余结构相同，在此不再赘述。
实施例4
请继续参考图7，是本发明的第四种实施结构，其拥有五个及以上MPPT优化电路，用于有五个及以上电池串的光伏组件。结合实施例1～实施例3，当光伏组件有N个电池串时，N为自然数，则有与其一一对应地N个MPPT电路，组件的第N个电池串，对应的MPPT电路包含C(2N-1)、C2N、DN、LN、SN,以及两个输入端子(1-(2N-1)、1-2N)，对应于光伏组件的第N个电池串，则有两个输出端子(11-(2N-1)、11-2N)；其余结构相同，在此不再赘述。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种光伏组件电池串级智能优化器，其特征在于，至少包括两路最大功率点跟踪电路，每路最大功率点跟踪电路包括两个输入端子、一个输出正极、一个输出负极、一个开关二极管、一个电路开关管和一个电路电感，所述电路开关管和电路电感串接相连，每路最大功率点跟踪电路的一个输入端连接所述电路开关管的输入端，每路最大功率点跟踪电路的另一输入端连接所述输出正极或输出负极，并通过所述开关二极管与所述电路开关管的输出端、电路电感的输入端相连在一起，第一路最大功率点跟踪电路的输出正极连接正输出端子，最后一路最大功率点跟踪电路的输出负极通过电流采样器连接负输出端子，其余相邻两路最大功率点跟踪电路的输出正极与输出负极相连，所述电路开关管的控制输入端与控制器的输出端相连。
2.如权利要求1所述的光伏组件电池串级智能优化器，其特征在于，所述控制器包括DSP处理器、开关管驱动电路、温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路，所述DSP处理器通过开关管驱动电路分别对每路最大功率点跟踪电路的开关管进行高频开关动作，所述DSP处理器通过电压检测电路与每路最大功率点跟踪电路的一个输入端和一个输出端相连进行输入与输出电压采样，所述DSP处理器通过电流检测电路与电流采样器相连进行电流采样，所述DSP处理器还与状态指示电路、温度检测电路相连接。
3.如权利要求1所述的光伏组件电池串级智能优化器，其特征在于，所述控制器的通信端与无线通信模块相连实现远程数据监控，所述控制器、无线通信模块的电源端均与辅助电源相连。
4.根据权利要求1所述的光伏组件电池串级智能优化器，其特征在于，所述正输出端子与负输出端子之间连接有续流二极管，所述续流二极管的正极与负输出端子相连接，所述续流二极管的负极与正输出端子相连接。
5.根据权利要求1所述的光伏组件电池串级智能优化器，其特征在于，包括三路MPPT电路，每路MPPT电路的两个输入端子作为光伏组件电池串级优化器的输入，并与光伏组件的输出汇流条相连，第一输入端子用于连接光伏组件第一路电池串的正级，第二输入端子用于连接光伏组件第一路电池串的负级，第三输入端子用于连接光伏组件第二路电池串的正级，第四输入端子用于连接光伏组件第二路电池串的负级，第五输入端子用于连接光伏组件第三路电池串的正级，第六输入端子用于连接光伏组件第三路电池串的负级，所述正输出端子与负输出端子作为光伏组件电池串级优化器输出。
6.根据权利要求5所述的光伏组件电池串级智能优化器，其特征在于，所述第一输入端子与第二输入端子、第三输入端子与第四输入端子、第五输入端子与第六输入端子之间分别还设有每路MPPT电路输入滤波电容，每路MPPT电路输出之间还设有输出滤波电容，第一路MPPT电路输出的正极与正输出端子相连接，第一路MPPT电路的输出负极与第二路MPPT电路的输出正极相连接，第二路MPPT电路的输出负极与第三路MPPT电路的输出正极相连接，第三路MPPT电路的输出负极经过电流采样器与负输出端子相连接。
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