CN106505713A - 一种控制多个太阳能电池板发电的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种控制多个太阳能电池板发电的方法及系统，其方法包括：在充电过程中，检测并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板的最大功率点；控制每一太阳能电池板在最大功率点状态下输出一个电流；将每一太阳能电池板中最大功率点状态下的输出电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；基于总电流对蓄电池组进行充电。在本发明实施例中，采用并联积分输入阵列，有效解决了同时段不同立面造成的功率点相互干涉的问题，采用加法器耦合实现了最大效率充电至蓄电池组。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种控制多个太阳能电池板发电的方法及系统。
背景技术
太阳能发电系统(PV系统)包括由太阳能电池组件(PV组件)组合而成的PV阵列，和进行PV阵列的动作控制，并将产生的直流电力转换为实际使用的电力形态的功率调节器(PCS)。PV阵列的能获取的最大功率随温度和日照量等运行环境而发生变化。PV阵列工作中的电压和电流的组合称为工作点，能获取最大发电功率的工作点(最大功率点)也随运行环境而变化。因此，大多的PV系统在PCS中安装了对工作点进行控制以追踪最大功率点的最大功率点追踪机构(MPPT)。
常规太阳能控制器是基于特定选址和特定角度安装的太阳能阵列，其对应的每一组件光照角度和强度基本相同，如何应对不同时间段光伏组件的最大功率点的追踪，也就是所谓的MPPT技术，MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power PointTracking)太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。这并不适用于太阳能遮阳棚这一产品。应用该技术的产品，前端一般都配备有DC-DC变换器，其缺点是有大电感，存在体积大，电感发热和开关损耗，造成整体效率不高。
遮阳棚作为一种提升生活品质的产品，其可以遮挡阳光，而太阳能发电恰好是一种采集阳光，并将其能量转化为电能储存于蓄电池中一共给负载需求的新兴清洁能源技术，将遮阳棚与太阳能发电有机结合产生一种创新产品：太阳能遮阳棚，该太阳能遮阳棚可以具有多块太阳能电池板拼接而成，每块太阳能电池板所采集阳光的采集面及采集角度不同，其需要设置一种太阳能控制器来解决太阳能遮阳棚这一特定应用与造型中，但直接并联接入蓄电池进行充电过程中，同时段不同立面上的太阳能电池板向蓄电池充电会造成彼此间的功率点相互干涉，而在此充电过程中，需要考虑到最大限度提高光伏组件的利用率，降低应用成本，取得新能源应用的经济性。
现有的太阳能遮阳棚一般将布置在太阳能遮阳棚上的不同太阳能板串联在一起，通过串联在一起向蓄电池充电，这种充电模式电流输入单一，无法实现并联输入。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种控制多个太阳能电池板发电的方法及系统，针对不同太阳能板的最大功率点，用并联积分输入阵列，解决同时段不同立面造成的功率点相互干涉的问题。
为了解决上述问题，本发明提出了一种控制太阳能发电的方法，包括：
检测并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板的最大功率点；
控制每一太阳能电池板在最大功率点状态下输出一个电流；
将每一太阳能电池板中最大功率点状态下的输出电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；
基于总电流对蓄电池组进行充电。
所述基于总电流对蓄电池组进行充电包括：
采用直充和浮充相结合的方式对蓄电池组进行充电。
所述采用直充和浮充相结合的方式对蓄电池组进行充电包括：
在充电过程中，检测蓄电池组充电电量，若检测蓄电池组的充电电量小于预设的阈值电量值时，则采用直充的方式对蓄电池组进行充电；若检测蓄电池组的充电电量超过阈值电量时，则采用浮充的方式对蓄电池组进行充电。
所述基于总电流对蓄电池组进行充电还包括：
采用过充保护的方式控制蓄电池组充电。
所述多个太阳能电池板中每一太阳能电池板的最大功率点相同或者不同。
相应的，本发明还提供了一种控制太阳能发电的系统，包括：
检测模块，用于在充电过程中，检测并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板的最大功率点；
电流控制模块，用于控制每一太阳能电池板在最大功率点状态下输出一个电流；
积分输入模块，用于将每一太阳能电池板中最大功率点状态下的输出电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；
充电模块，用于基于总电流对蓄电池组进行充电。
所述充电模块采用直充和浮充相结合的方式对蓄电池组进行充电。
所述充电模块还包括：
电量检测单元，用于在充电过程中，检测蓄电池组充电电量，并判断蓄电池组的充电电量与预设的阈值电量值大小关系；
直充单元，用于在检测蓄电池组的充电电量小于预设的阈值电量值时，采用直充的方式对蓄电池组进行充电；
浮充单元，用于在检测蓄电池组的充电电量超过阈值电量时，采用浮充的方式对蓄电池组进行充电。
所述充电模块还包括：
过充保护单元，用于采用过充保护的方式控制蓄电池组充电。
所述多个太阳能电池板中每一太阳能电池板的最大功率点相同或者不同。
在本发明实施例中，针对多个并联到蓄电池上的太阳能板，采用积分输入原理处理，去除了DC-DC变换器，去除了整个充电电路中大电感，减小了体积，电感发热和开关损耗。在具体实施过程中采用并联积分输入阵列，有效解决了同时段不同立面造成的功率点相互干涉的问题，采用加法器耦合实现了最大效率充电至蓄电池组。在具体实施过程中，充电方式采用直充和浮充相结合的方式蓄电池充电，且充电保护有直充保护和过充保护，输入反接保护；输出保护有过流短路保护和过放终止保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的控制多个太阳能电池板发电的方法流程图；
图2是本发明实施例中的控制多个太阳能电池板发电的系统结构示意图；
图3是本发明实施例中的充电模块结构示意图；
图4是本发明实施例中的控制多个太阳能电池板发电的电路原理图；
图5是本发明实施例中的积分输入模块的电路结构示意图；
图6是本发明实施例中的MCU处理模块的电路结构示意图；
图7是本发明实施例中的充电控制模块的电路结构示意图；
图8是本发明实施例中的检测模块的电路结构示意图；
图9是本发明实施例中的按键电路的电路结构示意图；
图10是本发明实施例中的工作状态显示模块的电路结构示意图；
图11是本发明实施例中的恒压输出/低电压变功率输出模块的电路结构示意图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中的控制多个太阳能电池板发电的方法，在充电过程中，对并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板进行最大功率点追踪；将每一太阳能电池板中最大功率点追踪下的电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；基于总电流对蓄电池组进行充电。
具体的图1示出了本发明实施例中的控制多个太阳能电池板发电的方法流程图，包括如下步骤：
S101、设备自检；
设备自检过程中，可以识别出蓄电池组电压等级，以及显示蓄电池组电池相关状态，其可以通过相关显示模块显示相关设备参数状态等等。
S102、按键指令检测；
该指令检测可以识别出一定的参数设置，或者启动相关控制状态过程，完成相关控制指令操作等等，比如启动充电、关闭充电、自适应充电等等过程。
S103、光控开启进入充电模式；
在启动充电后，基于光控开启整个充电模式，在本发明实施例中通过一个积分输入的方式并联有不同的太阳能电池板，具体的可以通过加法器实现这些电能电池板上充电电流的耦合，该加法器可以实现一个总充电电流至蓄电池组。
S104、检测并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板的最大功率点；
基于最大功率点的检测，能够将光伏电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中，检测每块太阳能电池板上的最大功率点，从而可以实现整个电流和电压的控制输出，在该点下的电流输出为一个最大电流值。
具体实施过程中，可以针对太阳能遮阳棚中上的每一太阳能电池板进行并联充电，并检测每一太阳能遮阳棚上的每一太阳能电池板上的最大功率点。
S105、控制每一太阳能电池板在最大功率点状态下输出一个电流；
S106、将每一太阳能电池板中最大功率点状态下的输出电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；
在完成整个最大功率点检测之后，控制每一太阳能电池板在最大功率点下的电流输出，再针对每块太阳能电池板上的电流采用积分输入形成一个总电流，该总电流直接向蓄电池组上进行充电。该积分输入的方法即采用一个并联积分输入阵列连接各太阳能电池板，在将每个太阳能电池板上的电流基于加法器耦合，从而实现了一个总电流输出。
需要说明的是，该并联积分输入阵列可以连接有至少两个或者以上的太阳能电池板，根据太阳能遮阳棚面不同，可以设置3到8块太阳能电池板，比如针对遮阳棚4个面，拼接有4块太阳能电池板，该4块太阳能电池板采用并联积分输入阵列接入，每块太阳能电池板都采用MPPT技术控制每块太阳能电池板的最大电流输出。
S106、基于总电流对蓄电池组进行充电；
S107、检测蓄电池组充电电量，若检测蓄电池组的充电电量小于预设的阈值电量值时，则进入S108，若检测蓄电池组的充电电量超过阈值电量时，则进入到S109；
S108、采用直充的方式对蓄电池组进行充电；
S109、采用浮充的方式对蓄电池组进行充电。
该阈值电量值一般设置范围幅度在70％到90％之间，比如阈值电量值为80％时，即蓄电池电量超过蓄电池总电量容量的80％时，采用浮充，低于80％时，采用直充方式。
在具体实施过程中，充电保护有直充保护和过充保护，以及输入反接保护等等。本发明实施例中的多个太阳能电池板中每一太阳能电池板的最大功率点相同或者不同，具体实施情况下，针对太阳能遮阳棚时，每个面不同，其所具有的最大功率点会不同。针对阵列型的多个太阳能电池板，也可以具有相同的最大功率点。
具体的，图2还示出了本发明实施例中的控制多个太阳能电池板发电的系统结构示意图，该系统包括：
检测模块，用于在充电过程中，检测并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板的最大功率点；
电流控制模块，用于控制每一太阳能电池板在最大功率点状态下输出一个电流；
积分输入模块，用于将每一太阳能电池板中最大功率点状态下的输出电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；
充电模块，用于基于总电流对蓄电池组进行充电。
具体实施过程中，该充电模块采用直充和浮充相结合的方式对蓄电池组进行充电。
具体实施过程中，图3还示出了充电模块结构示意图，该充电模块还包括：
电量检测单元，用于在充电过程中，检测蓄电池组充电电量，并判断蓄电池组的充电电量与预设的阈值电量值大小关系；
直充单元，用于在检测蓄电池组的充电电量小于预设的阈值电量值时，采用直充的方式对蓄电池组进行充电；
浮充单元，用于在检测蓄电池组的充电电量超过阈值电量时，采用浮充的方式对蓄电池组进行充电。
具体实施过程中，该充电模块还包括：
过充保护单元，用于采用过充保护的方式控制蓄电池组充电。
需要说明的是，多个太阳能电池板中每一太阳能电池板的最大功率点相同或者不同。
具体实施中，图4示出了本发明实施例中的控制多个太阳能电池板发电的电路原理图，适用于遮阳篷用太阳能控制器上，包括积分输入模块、充电控制模块、检测模块、MCU处理模块、按键电路、工作状态显示模块、恒压输出/低电压变功率输出模块。
图5示出了积分输入模块的电路结构示意图，该积分输入模块由二极管D1，D2，太阳能板电池组成积分输入阵列，以应对不同立面的太阳能电池板，与充电控制模块，检测模块，MCU处理模块组成一个带最大功率追踪，过充保护的太阳能充电电路。
图6示出了MCU处理模块的电路结构示意图，该MCU处理模块与按键电路，工作状态显示模块，组成太阳能控制器的工作方式设定和工作状态，参数的显示；MCU处理模块与检测模块恒压输出/低电压变功率输出模块组成太阳能控制器的放电电路。
图7示出了充电控制模块的电路结构示意图，该充电控制模块由栅极驱动三极管Q2，控制信号耦合电阻R25，偏置电阻R26，MOS管Q3组成；Q3的S极与检测模块中RS3相连，MCU处理模块可以通过RS3对太阳能板电池充电的最大功率点追踪，并依据检测模块对蓄电池BAT的实时电压检测，对充电控制模块发出充电方式切换或过充保护。
图8示出了检测模块的电路结构示意图，该检测模块由电压检测网络R23，R24，C5和充电检测电阻RS3，恒压输出电流检测电阻RS1，低压变功率输出检测电阻R30组成。其中电压检测网络R23，R24，C5的节点与MCU处理模块相连，RS3与Q3的S极间的节点与MCU处理模块相连，为MCU提供充电电流和最大功率点追踪；RS1与Q4的S极节点，与U3A，MCU处理模块相连，提供恒压放电功率追踪和放电短路保护；R30与Q7的S极节点，与U3B，MCU处理模块相连，提供低压变功率放电功率追踪和放电短路保护；该MCU处理模块主要由微电脑处理芯片U2和QW1，Q1组成的+12V稳压源和测CE1，U1，CE2组成的+5V稳压源组成信号处理系统。
图9示出了按键电路的电路结构示意图，该按键电路由R16，K1和C2组成与MCU处理模块连接，选择和设定遮阳篷用太阳能控制器的工作模式和参数。
图10示出了工作状态显示模块的电路结构示意图，该工作状态显示模块由R5，R6，R7，R8，R9，R10和2位LED数码显示管组成，与MCU处理模块相连，用于显示MCU处理模块输出的遮阳篷用太阳能控制器的工作模式，工作状态或者是蓄电池BAT的工作状态。
图11示出了恒压输出/低电压变功率输出模块的电路结构示意图，该恒压输出/低电压变功率输出模块有两部分组成，其一由R27，R28，R29，C7，Q4，Q5组成恒压输出电路，Q4的S极与检测模组的RS1相连，其节点与MCU处理模块相连，可检测输出电流和短路保护；其二由电阻R31，R32，R33，三极管Q6，MOS管Q7组成低压变功率输出的控制电路，与L1，D6，D7，U4，R34，R35组成的PWM调节升压恒流DC-DC电路相连，在恒压输出负载时，可关闭升压恒流DC-DC电源，减少蓄电池BAT的电能消耗。
在本发明实施例中，针对多个并联到蓄电池上的太阳能板，采用积分输入原理处理，去除了DC-DC变换器，去除了整个充电电路中大电感，减小了体积，电感发热和开关损耗。在具体实施过充采用并联积分输入阵列，有效解决了同时段不同立面造成的功率点相互干涉的问题，采用加法器耦合实现了最大效率充电至蓄电池组。在具体实施过程中，充电方式采用直充和浮充相结合的方式蓄电池充电，且充电保护有直充保护和过充保护，输入反接保护；输出保护有过流短路保护和过放终止保护。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的控制多个太阳能电池板发电的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种控制多个太阳能电池板发电的方法，其特征在于，包括：
在充电过程中，检测并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板的最大功率点；
控制每一太阳能电池板在最大功率点状态下输出一个电流；
将每一太阳能电池板中最大功率点状态下的输出电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；
基于总电流对蓄电池组进行充电。
2.如权利要求1所述的控制太阳能发电的方法，其特征在于，所述基于总电流对蓄电池组进行充电包括：
采用直充和浮充相结合的方式对蓄电池组进行充电。
3.如权利要求2所述的控制太阳能发电的方法，其特征在于，所述采用直充和浮充相结合的方式对蓄电池组进行充电包括：
在充电过程中，检测蓄电池组充电电量，若检测蓄电池组的充电电量小于预设的阈值电量值时，则采用直充的方式对蓄电池组进行充电；若检测蓄电池组的充电电量超过阈值电量时，则采用浮充的方式对蓄电池组进行充电。
4.如权利要求1所述的控制太阳能发电的方法，其特征在于，所述基于总电流对蓄电池组进行充电还包括：
采用过充保护的方式控制蓄电池组充电。
5.如权利要求1至4任一项所述的控制太阳能发电的方法，其特征在于，所述多个太阳能电池板中每一太阳能电池板的最大功率点相同或者不同。
6.一种控制太阳能发电的系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于在充电过程中，检测并联充电输入到一个蓄电池组上的多个太阳能电池板中的每一太阳能电池板的最大功率点；
电流控制模块，用于控制每一太阳能电池板在最大功率点状态下输出一个电流；
积分输入模块，用于将每一太阳能电池板中最大功率点状态下的输出电流采用积分输入的方法合并成一个总电流；
充电模块，用于基于总电流对蓄电池组进行充电。
7.如权利要求6所述的控制多个太阳能电池板发电的系统，其特征在于，所述充电模块采用直充和浮充相结合的方式对蓄电池组进行充电。
8.如权利要求7所述的控制多个太阳能电池板发电的系统，其特征在于，所述充电模块还包括：
电量检测单元，用于在充电过程中，检测蓄电池组充电电量，并判断蓄电池组的充电电量与预设的阈值电量值大小关系；
直充单元，用于在检测蓄电池组的充电电量小于预设的阈值电量值时，采用直充的方式对蓄电池组进行充电；
浮充单元，用于在检测蓄电池组的充电电量超过阈值电量时，采用浮充的方式对蓄电池组进行充电。
9.如权利要求6所述的控制多个太阳能电池板发电的系统，其特征在于，所述充电模块还包括：
过充保护单元，用于采用过充保护的方式控制蓄电池组充电。
10.如权利要求6至9任一项所述的控制多个太阳能电池板发电的系统，其特征在于，所述多个太阳能电池板中每一太阳能电池板的最大功率点相同或者不同。
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