CN107222012B - 一种光伏供电系统、方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种光伏供电系统、方法及装置，其中所述光伏供电系统太阳能电池阵列、负载、电压变换器，其输出端与所述负载连接，用于为所述负载提供负载电压，还包括：检测电路，用于检测太阳能电池阵列产生的功率值，其输入端与所述太阳能电池阵列的输出端连接；阻抗变换电路，用于改变回路中的阻抗，包括输入端、输出端和阻抗调节端，其输入端与所述太阳能电池阵列的输出端连接，其输出端连接所述电压变换器；数字信号处理器，其输入端连接所述检测电路的输出端，其输出端连接所述阻抗变换电路的阻抗调节端，用于根据所述检测电路检测的功率值与所述负载所需功率值调节所述阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压的需求。

Description

一种光伏供电系统、方法及装置

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种光伏供电系统、方法及装置。

背景技术

目前，环境污染已成为社会关注的焦点问题，为了全面应对解决环境污染问题，新能源技术得到了广泛研究与应用，应用最为广泛的为光伏发电技术，其是利用太阳能电池将太阳光能转化为电能的一种发电方式，而现有技术中为直流负载供电的光伏供电系统，太阳能光伏板通过直接连接升压变换电路升压后为负载供电，而电压变换器在根据负载需求进行电压转换时，其输入端电压在满足起升点电压的同时需要满足输出电压的转换需求，高于转换需求的输入电压可能导致升压后的电压过高，在不满足负载用电需求的同时可能烧毁升压变换电路，故当太阳能光伏板将输出的电压直接接入升压变换电路，由于不能及时对升压变换电路的输入电压进行调节，在影响负载的正常用电需求的同时降低了光伏供电系统输出功率的使用效率。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有光伏供电系统不能及时对升压变换电路的输入电压进行调节，在影响负载的正常用电需求的同时降低了光伏供电系统输出功率的使用效率。

有鉴于此，本发明提供一种光伏供电系统，包括：太阳能电池阵列；

负载；

电压变换器，其输出端与所述负载连接，用于为所述负载提供负载电压；其特征在于，还包括：

检测电路，用于检测所述太阳能电池阵列产生的功率值，其输入端与所述太阳能电池阵列的输出端连接；

阻抗变换电路，用于改变回路中的阻抗，包括输入端、输出端和阻抗调节端，其输入端与所述太阳能电池阵列的输出端连接，其输出端连接所述电压变换器；

数字信号处理器，其输入端连接所述检测电路的输出端，其输出端连接所述阻抗变换电路的阻抗调节端，用于根据所述检测电路检测的功率值与所述负载所需功率值调节所述阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压的需求。

进一步地，所述数字信号处理器通过脉冲调制芯片与所述阻抗变换电路连接，通过输出脉冲调制信号调控制所述阻抗变换电路的阻抗值。

进一步地，还包括：温度传感器，其输入端连接所述太阳能电池阵列，输出端连接所述检测电路，用于将采集的所述太阳能电池阵列的温度信号传输给所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据所述温度信号调节所述阻抗变换电路的电阻值。

进一步地，还包括：光照传感器，其输入端所述太阳能电池阵列连接，输出端与所述检测电路连接，用于将采集的所述太阳能电池阵列接收到的光照强度，传输给所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据照度值调节所述阻抗变换电路的电阻值。

进一步地，还包括：第一电压变换器，其输入端连接所述电压变换器，其输出端连接蓄电池，用于根据所述蓄电池电压需求进行电压变换。

进一步地，还包括：第二电压变换器，其输入端连接所述蓄电池，其输出端连接所述负载，用于根据所述负载的电压需求进行电压变换。

进一步地，还包括：电源管理芯片，分别与所述蓄电池与所述数字信号处理器连接，所述数字信号处理器通过接收所述电源管理芯片测量的所述蓄电池的电压，监控所述蓄电池电能变化。

进一步地，所述数字信号处理器的输出端连接驱动芯片，所述驱动芯片的输出端分别连接电压变换器和双向升降变换器，所述驱动芯片用于根据接收到的所述数字信号处理器输出的开关控制信号控制所述电压变换器和所述双向升降变换器的开关通/断。

进一步地，所述第一电压变换器和所述第二电压变换器集成在所述双向升降变换器中。

进一步地，所述数字信号处理器的输出端还通过交流断路器与公共电网连接，所述公共电网连接所述负载，用于为所述负载供电。

进一步地，还包括：外部监测设备，通过通讯端口与所述数字信号处理器连接，用于远程监测所述光伏供电系统的工作状态。

相应地，本发明还提供一种光伏供电方法，用于上述所述的光伏供电系统，包括：

获取太阳能电池阵列产生的功率值；

判断所述功率值是否大于负载所需功率值；

当所述功率值大于所述负载所需功率值，根据所述负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压变换需求。

进一步地，还包括：

当所述太阳能电池阵列产生的功率值小于所述负载所需功率值时，控制驱动芯片根据接收到的数字信号处理器输出的开关控制信号使得所述电压变换器的开关断开并控制所述蓄电池通过所述双向升降变换器变压后为所述负载供电。

进一步地，还包括：

当所述太阳能电池阵列产生的功率值小于所述负载所需功率值时，控制所述交流断路器闭合，使得所述公共电网为所述负载供电。

相应地，本发明还提供一种光伏供电装置，用于上述所述的光伏供电系统，包括：

获取单元，用于获取太阳能电池阵列产生的功率值；

判断单元，用于判断所述功率值是否大于负载所需功率值；

执行单元，用于当所述功率值大于所述负载所需功率值，根据所述负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压变换需求。

本发明提供的光伏供电系统、方法及系统，通过检测电路采集太阳能电池阵列的功率值，并将采集功率值传输至数字信号处理器，继而数字信号处理器根据检测电路检测的功率值与负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，解决了现有光伏供电系统不能及时对升压变换电路的输入电压进行调节，在影响负载的正常用电需求的同时降低了光伏供电系统输出功率的使用效率的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种光伏供电系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光伏供电方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种光伏供电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

本发明实施例提供一种光伏供电系统，如图1所示，包括：太阳能电池阵列1、检测电路2、数字信号处理器3、阻抗变换电路5、电压变换器6负载7，其中，

太阳能电池阵列1，用于为该供电系统提供电能，同时利用太阳能电池组件通过串并联形成的太阳能电池阵列进行光伏发电，可以根据该光伏供电系统的使用环境以及供电对象需求，可随时对太阳能电池阵列进行改装，以输出满足负载需求的功率，相较于太阳能光伏板，使用太阳能电池组件更为灵活且运输方便。

检测电路2，用于检测太阳能电池阵列1产生的功率值，其输入端与太阳能电池阵列1的输出端连接，其中太阳能电池阵列的功率值通过采集太阳能电池阵列电流信号和电压信号，并将采集的电流信号和电压信号转换为电流值与电压值后得到的。

阻抗变换电路5，用于改变回路中的阻抗，包括输入端、输出端和阻抗调节端，其输入端与太阳能电池阵列1的输出端连接，其输出端连接电压变换器6，其中太阳能电池阵列1还与所述阻抗变换电路5连接，用于为阻抗变换电路提供电能。

数字信号处理器3，其输入端连接检测电路2的输出端，其输出端连接阻抗变换电路5的阻抗调节端，用于根据检测电路2检测的功率值与负载所需功率值调节阻抗变换电路5的阻抗值，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，电压变换器6为DC/DC电压变换器，用于根据负载所需电压的需求将太阳能电池阵列的电压值转换为相应的电压输出给负载，优选地，数字信号处理器3通过脉冲调制芯片与阻抗变换电路5连接，通过输出脉冲调制信号调控制阻抗变换电路5的阻抗值，该脉冲调制芯片可以是脉冲宽度调制芯片或脉冲频率调制芯片。

本发明实施例提供的光伏供电系统，通过检测电路采集太阳能电池阵列的功率值，并将采集功率值传输至数字信号处理器，继而数字信号处理器根据检测电路检测的功率值与负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，解决了现有光伏供电系统不能及时对升压变换电路的输入电压进行调节，在影响负载的正常用电需求的同时降低了光伏供电系统输出功率的使用效率的问题。

该光伏供电系统还包括：温度传感器8，如图1所示，其输入端连接太阳能电池阵列1，输出端连接检测电路2，用于将采集的太阳能电池阵列1的温度信号传输给数字信号处理器3，数字信号处理器3根据温度信号调节阻抗变换电路的电阻值。由于太阳能电池阵列在光电转换的过程中，电池板的温度会升高，导致光伏发电效率下降，通过温度传感器实时采集太阳能电池阵列的温度信号并通过检测电路内的模/数转换模块转换为温度值传输给数字信号处理器，当检测到太阳能电池阵列的温度升高时，减小阻抗变换电路的电阻值，继而阻抗变换电路的电压值降低，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，提高光伏供电效率。

该光伏供电系统还包括：光照传感器9，其输入端太阳能电池阵列1连接，输出端与检测电路2连接，用于将采集的太阳能电池阵列1接收到的光照强度传输给数字信号处理器3，数字信号处理器3根据照度值调节阻抗变换电路5的电阻值。在温度一定的情况下，太阳能电池阵列在不同的光照强度下输出功率不同，为了保证太阳能电池阵列在该温度下，随着光照强度的变化，太阳能光伏阵列的输出功率的功率曲线走势在最大功率曲线一定阈值范围内，数字信号处理器根据最大功率曲线的变化，通过实时调整阻抗变换电路的阻抗值，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，提高光伏供电效率。

该系统还包括：第一电压变换器，其输入端连接所述电压变换器，其输出端连接蓄电池，用于根据所述蓄电池电压需求进行电压变换；第二电压变换器，其输入端连接所述蓄电池，其输出端连接所述负载，用于根据所述负载的电压需求进行电压变换，其中第一电压变换器和第二电压变换器集成在双向升降变换器11中。

当数字信号处理器3根据接收到的电流值与电压值判断出太阳能电池阵列1输出功率值大于或等于负载7的功率值，则控制太阳能电池阵列1为负载供电，并将多余的电能通过与电压变换器6连接的双向升降变换器11变压后存储在蓄电池10中；当太阳能电池阵列1输出功率值小于负载7的功率值，则控制蓄电池10通过双向升降变换器11变压后为负载7供电。其中该双向升降变换器为四开关双向升降变换器，输入输出电压同极性、开关管电压应力低，降低了电流对蓄电池的冲击，根据负载电压值对蓄电池电压进行降/升压后为负载供电。同时为了避免蓄电池放电过度而受损，该光伏供电系统还包括：电源管理芯片12，如图1所示，分别与蓄电池10与数字信号处理器3连接，数字信号处理器3通过接收电源管理芯片12测量的蓄电池10的电压，监控蓄电池10电能变化。

为了进一步保证负载的用电需求以及避免蓄电池放电过度而受损，如图1所示，该光伏供电系统通过交流断路器13与公共电网14连接，

当数字信号处理器3根据接收到的电流值与电压值判断出太阳能电池阵列1输出功率值小于负载7的功率值，则闭合交流断路器，接通公共电网的供电线路，控制公共电网14和/或蓄电池10为负载供电，其中为了保证直流负载用电，在公共电网的输出电路中设置整流器，将公共电网的交流电转换为直流电输出给负载。

如图1所示，电压变换器6、双向升降变换器11，分别通过驱动芯片17与数字信号处理器3连接，数字信号处理器3根据太阳能电池阵列1输出功率和蓄电池10电能大小输出开关控制信号，驱动芯片17根据接收到的开关控制信号控制电压变换器6和双向升降变换器11的开关通/断。

为了便于远程监控光伏供电系统的工作过程，该光伏供电系统还包括：外部监测设备16，如图1所示，通过通讯端口15与数字信号处理器3连接，用于远程监测光伏供电系统的工作状态，该通讯端口可以是遵循RS232或RS485等通讯协议的端口。

上述实施例提供光伏供电系统，通过检测电路采集太阳能电池阵列的功率值，并将采集功率值传输至数字信号处理器，继而数字信号处理器根据检测电路检测的功率值与负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，解决了现有光伏供电系统不能及时对升压变换电路的输入电压进行调节，在影响负载的正常用电需求的同时降低了光伏供电系统输出功率的使用效率的问题。

相应地，本发明实施例还提供一种光伏供电方法，如图2所示，用于上述实施例所述的光伏供电系统，包括：

S21，获取太阳能电池阵列产生的功率值；

S22，判断所述功率值是否大于负载所需功率值；当所述功率值大于所述负载所需功率值，执行步骤S23.

S23，根据所述负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压变换需求。

本发明实施例提供的光伏供电方法，通过获取阳能电池阵列的功率值，并将采集功率值传输至数字信号处理器，继而数字信号处理器根据检测电路检测的功率值与负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，解决了现有光伏供电系统不能及时对升压变换电路的输入电压进行调节，在影响负载的正常用电需求的同时降低了光伏供电系统输出功率的使用效率的问题。

优选地，当所述太阳能电池阵列产生的功率值小于所述负载所需功率值时，该方法还包括：控制驱动芯片根据接收到的数字信号处理器输出的开关控制信号使得所述电压变换器的开关断开并控制所述蓄电池通过所述双向升降变换器变压后为所述负载供电。

作为一种并列的实施方式，该方法还包括：当所述太阳能电池阵列产生的功率值小于所述负载所需功率值时，控制所述交流断路器闭合，使得所述公共电网为所述负载供电。

本发明实施例提供的光伏供电方法，通过公共电网或蓄电池为负载供电，保证了负载用电的稳定性。

相应地，本发明实施例还提供一种光伏供电装置，如图3所示，用于上述实施例所述的光伏供电系统，包括：

获取单元31，用于获取太阳能电池阵列产生的功率值；

判断单元32，用于判断所述功率值是否大于负载所需功率值；

执行单元33，用于当所述功率值大于所述负载所需功率值，根据所述负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压变换需求。

本发明实施例提供的光伏供电装置，通过获取单元采集太阳能电池阵列的功率值，并将采集功率值传输至数字信号处理器，继而数字信号处理器根据检测电路检测的功率值与负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得电压变换器输入端电压值满足负载电压的需求，解决了现有光伏供电系统不能及时对升压变换电路的输入电压进行调节，在影响负载的正常用电需求的同时降低了光伏供电系统输出功率的使用效率的问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种光伏供电系统，包括：

太阳能电池阵列，用于为所述光伏供电系统提供电能，以及根据所述光伏供电系统的使用环境和负载的需求，调整所述太阳能电池阵列；

负载；

电压变换器，其输出端与所述负载连接，用于为所述负载提供负载电压；其特征在于，还包括：

检测电路，用于检测所述太阳能电池阵列产生的功率值，其输入端与所述太阳能电池阵列的输出端连接，所述功率值通过以下方式获取：采集所述太阳能电池阵列的电流信号和电压信号；将所述电流信号和所述电压信号转换为电流值与电压值，根据所述电流值和所述电压值，确定所述功率值；

阻抗变换电路，用于改变回路中的阻抗，包括输入端、输出端和阻抗调节端，其输入端与所述太阳能电池阵列的输出端连接，其输出端连接所述电压变换器，所述阻抗变换电路与所述太阳能电池阵列连接，用于为所述阻抗变换电路提供电能；

数字信号处理器，其输入端连接所述检测电路的输出端，其输出端连接所述阻抗变换电路的阻抗调节端，用于根据所述检测电路检测的功率值与所述负载所需功率值调节所述阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压的需求；

所述系统还包括：温度传感器，其输入端连接所述太阳能电池阵列，输出端连接所述检测电路，用于将采集的所述太阳能电池阵列的温度信号传输给所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据所述温度信号调节所述阻抗变换电路的电阻值；

光照传感器，其输入端所述太阳能电池阵列连接，输出端与所述检测电路连接，用于将采集的所述太阳能电池阵列接收到的光照强度，传输给所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据照度值调节所述阻抗变换电路的电阻值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理器通过脉冲调制芯片与所述阻抗变换电路连接，通过输出脉冲调制信号调控制所述阻抗变换电路的阻抗值。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：第一电压变换器，其输入端连接所述电压变换器，其输出端连接蓄电池，用于根据所述蓄电池电压需求进行电压变换。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：第二电压变换器，其输入端连接所述蓄电池，其输出端连接所述负载，用于根据所述负载的电压需求进行电压变换。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：电源管理芯片，分别与所述蓄电池与所述数字信号处理器连接，所述数字信号处理器通过接收所述电源管理芯片测量的所述蓄电池的电压，监控所述蓄电池电能变化。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理器的输出端连接驱动芯片，所述驱动芯片的输出端分别连接电压变换器和双向升降变换器，所述驱动芯片用于根据接收到的所述数字信号处理器输出的开关控制信号控制所述电压变换器和所述双向升降变换器的开关通/断。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一电压变换器和所述第二电压变换器集成在所述双向升降变换器中。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理器的输出端还通过交流断路器与公共电网连接，所述公共电网连接所述负载，用于为所述负载供电。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：外部监测设备，通过通讯端口与所述数字信号处理器连接，用于远程监测所述光伏供电系统的工作状态。

10.一种光伏供电方法，用于权利要求1-9中任一项所述的光伏供电系统，其特征在于，包括：

获取太阳能电池阵列产生的功率值；

判断所述功率值是否大于负载所需功率值；

当所述功率值大于所述负载所需功率值，根据所述负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压变换需求。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述太阳能电池阵列产生的功率值小于所述负载所需功率值时，控制驱动芯片根据接收到的数字信号处理器输出的开关控制信号使得所述电压变换器的开关断开并控制蓄电池通过双向升降变换器变压后为所述负载供电。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述太阳能电池阵列产生的功率值小于所述负载所需功率值时，控制交流断路器闭合，使得公共电网为所述负载供电。

13.一种光伏供电装置，用于权利要求1-9中任一项所述的光伏供电系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取太阳能电池阵列产生的功率值；

判断单元，用于判断所述功率值是否大于负载所需功率值；

执行单元，用于当所述功率值大于所述负载所需功率值，根据所述负载所需功率值调节阻抗变换电路的阻抗值，使得所述电压变换器输入端电压值满足所述负载电压变换需求。