CN108183688A - 一种太阳能输出数据检测电路 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能板输出数据测量电路，电流传感器的一端连接在太阳能板的正极，电流传感器的另一端连接在第一IGBT开关器件SU的集电极；电容C的一端与第一IGBT开关器件SU的发射极连接，电容C的另一端连接在太阳能板输入端的负极；电压传感器与电容C并联；第二IGBT开关器件SD的集电极和电容C与第一IGBT开关器件SU的公共端连接，第二IGBT开关器件SD的发射极与放电电感L的一端连接，放电电感的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端连接光伏太阳能板的负极；开关Sb1与电阻Rs并联；第二IGBT开关器件SD的发射极与电感L的公共端连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接在蓄电池Bat的负极，蓄电池Bat的正极连接开关Sb2的一端，开关Sb2另一端接在电感L与电阻Rs的公共端。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能板输出数据检测电路。
背景技术
在光伏产业高速发展的今天，已经有越来越多的光伏太阳能板进入“高龄”工作时间，破损、遮盖、老化损耗等原因影响着太阳能板单板的输出电压以及电流。这样会导致整个太阳能发电矩阵的不匹配损耗增加，极大的影响发电效率。然而太阳能板的内部老化并不能从外观明显的看出，所以现在急需一种设备可以在现场实地测量每块太阳能板的实际输出的PV曲线。PV曲线是指以坐标轴的横坐标为电压值，纵坐标为功率值的曲线，可以通过曲线明显发现当前太阳能板是否被遮盖，是否有阴影或者内部老化损坏的问题。同时也可以得到太阳板最大功率点的功率、最大功率点处的电压和电流值、太阳能板的开路电压和短路电流,通过对比每块太阳能板输出数据，以及对比在相同环境下的太阳能板的输出，找出老化的太阳能板进而更换。
就现有检测方法而言，有大型试验箱光照检测法，滑动变阻器检测法等。大型试验箱光照检测法的优势是速度快精度高，弊端是测试成本较高，并且检测的数据不符合实际情况。滑动变阻器的检测方法是首先将滑动变阻器并联在太阳能板输出两侧，同时检测流过滑动变阻器的电流以及滑动变阻器两端的电压，在开始阶段将滑动变阻器阻值调为0此时测得的数据为光伏太阳能板的短路电流，然后逐渐调节滑动变阻器的阻值，并且记录电压和电流数据，最后测出太阳能板的开路电压，然后计算每个阻值下的功率最后描点绘制功率电压曲线。但是这样做精度低效率低而且误差极高，不适用于现在大规模光伏电站的使用。
现有专利普遍的检测方法是通过人工光源照射太阳能板，以及数字万用表和电子负载来检测各个阻值下的太阳能板输出数据，这些方法检测周期长，以及搭建检测平台复杂，对于大型电站检测太阳能板较为不便。
发明内容
本发明的目的是克服现有大型光照试验箱和滑动变阻器法的缺点，提出一种太阳能输出数据检测电路。本发明可以实现现场测量，并且具有精度高、速度快、成本低的特点，且体积小，便于携带，可以直观地检测太阳能板输出数据是否异常。本发明适用于大型电站的日常维护工作及分布式光伏的检修工作。
本发明太阳能板输出数据检测电路中，电流传感器的一端连接在光伏太阳能板的正极，电流传感器的另一端连接在第一IGBT开关器件SU的集电极；电容C的一端与第一IGBT开关器件SU的发射极连接，电容C的另一端连接在太阳能板输入端的负极；电压传感器与电容C并联；第二IGBT开关器件SD的集电极和电容C与第一IGBT开关器件SU的公共端连接，第二IGBT开关器件SD的发射极与放电电感L的一端连接，放电电感的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端连接光伏太阳能板的负极；开关Sb1与电阻Rs并联；第二IGBT开关器件SD的发射极与电感L的公共端连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接在蓄电池Bat的负极，蓄电池Bat的正极连接开关Sb2的一端，开关Sb2另一端接在电感L与电阻Rs的公共端。
所述的太阳能板输出数据检测电路的检测方法如下：首先，第一IGBT开关器件SU开通，第二IGBT开关器件SD关闭，此时给电容C充电。充电时，通过电流传感器和电压传感器记录流过电容C的电流，以及电容C两端的电压。在开关器件IGBT1(SU)开通瞬间，电容C的等效阻抗为0，此时电流传感器记录的流过电容的电流等效为太阳能板输出的短路电流；而在电容充满以后阻抗等效为无穷大，此时电压传感器记录的电容两端电压等效为太阳能板的开路电压。通过给电容C充电时电流传感器和电压传感器采样值计算，得到P-V曲线，即功率-电压曲线，以及在最大功率点出的电压和电流值。电容C充满电后，将第一IGBT开关器件SU关闭，第二IGBT开关器件SD开通，由电容C放电给电感L充电。然后闭合开关Sb1和开关Sb2，由电感L给蓄电池Bat充电。并且可以通过调节采样频率来控制采样的精度。在一个采样完成后，关闭第一IGBT开关器件SU，打开第二IGBT开关器件SD，将电容放电C至电感L中，通过控制开关Sb2，将电感L中的电能储存到蓄电池Bat中，如果蓄电池Bat充满，则通过电阻Rs为电容C放电，以备下一次采样。
本发明的效果：
1)本发明电路可以快速测量太阳能板输出的光伏PV曲线；
2)本发明电路有着重量轻精度高成本低易于携带的特点；
3)本发明电路可以在现场测量，得到真实有效的数据；
4)可以通过调节采样频率来控制检测的精度。
附图说明
图1为本发明太阳能输出PV曲线检测电路图；
图2为太阳能板为电容C充电时电容C的等效阻抗图；
图3为太阳能板为电容C充电时的电流曲线图；
图4为太阳能板为电容C充电时的电压曲线图；
图5a为太阳能板为电容C充电过程图；
图5b电容C放电为电感L充电过程图；
图5c为电感L放电为蓄电池Bat充电过程图；
图5d为蓄电池Bat充满后通过电阻Rs为电容C放电过程图；
图6为电容C充放电时的电压、电流、功率曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明以电容C作为模拟负载并联在光伏太阳能板的正负极两端，并且采用电压传感器和电流传感器检测电压和电流数据。
本发明太阳能输出PV曲线检测电路中，电流传感器的一端连接在光伏太阳能板的正极，电流传感器的另一端连接在第一IGBT开关器件SU的集电极，第一IGBT开关器件SU的发射极与电容C的一端连接，电容C的另一端连接在太阳能板输入端的负极；电压传感器与电容C并联；第二IGBT开关器件SD的集电极与电容C及第一IGBT开关器件SU的公共端连接，第二IGBT开关器件SD的发射极与放电电感L的一端连接，放电电感L的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端连接光伏太阳能板的负极；开关Sb1与电阻Rs并联；第二IGBT开关器件SD的发射极与放电电感L的公共端连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接蓄电池Bat的负极，蓄电池Bat的正极连接开关Sb2的一端，开关Sb2的另一端接在电感L与电阻Rs的公共端。
图2所示为光伏太阳能板为电容C充电时的等效阻抗图。如图2所示，在充电开始阶段，电容C的等效阻抗为无穷小，太阳能板输出等效为短路。在电容C充电结束后，电容C的等效阻抗为无穷大，太阳能板输出等效为开路。
如图3所示，在电容C充电开始阶段，电容C的等效阻抗为零，电容C充电电流等效为光伏太阳能板的短路电流，随着充电时间增加，电容C的等效阻抗变为无穷大，充电电流减小为零。
如图4所示，在电容C充电开始阶段，电容C的等效阻抗为零，电压传感器记录的电容C两端电压为零，随着充电时间的增加，电容C两端的电压持续增长，电容C的等效阻抗为无穷大，电容C两端的电压等于光伏太阳能板的开路电压。
如图5a所示，当第一IGBT开关器件SU闭合、第二IGBT开关器件SD打开时，光伏太阳能板为电容C充电，同时由电流传感器检测流过电容C的电流，电压传感器检测电容C两端的电压。
如图5b所示，在一个采样周期结束，电容C充满电以后，开启第一IGBT开关器件SU、闭合第二IGBT开关器件SD，此时电容C通过放电电感L放电。
如图5c所示，在电容C放电结束，闭合开关sb1和开关sb2，通过放电电感L向蓄电池Bat充电，以减少蓄电池外部充电时间。
如图5d所示，在蓄电池Bat充电完毕，断开开关sb1和开关sb2，通过电阻Rs为电容C放电，以备下一个采样周期电容C充电。
图6所示为在第一IGBT开关器件SU闭合阶段，即电容C充电阶段及第二IGBT开关器件SD闭合阶段，即电容C放电阶段时，流过电容C的电流、电容C两端的电压和光伏太阳能板输出功率的曲线图。通过曲线图可知在此外界环境条件下，光伏太阳能板的开路电压、短路电流、最大功率点以及最大功率点处的电压和电流。
Claims (2)
1.一种太阳能板输出数据检测电路，其特征在于：所述的太阳能板数据检测电路中，电流传感器的一端连接在太阳能板的正极，电流传感器的另一端连接在第一IGBT开关器件SU的集电极；电容C的一端与第一IGBT开关器件SU的发射极连接，电容C的另一端连接在太阳能板输入端的负极；电压传感器与电容C并联；第二IGBT开关器件SD的集电极和电容C与第一IGBT开关器件SU的公共端连接，第二IGBT开关器件SD的发射极与放电电感L的一端连接，放电电感的另一端与电阻Rs的一端连接，电阻Rs的另一端连接光伏太阳能板的负极；开关Sb1与电阻Rs并联；第二IGBT开关器件SD的发射极与电感L的公共端连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接在蓄电池Bat的负极，蓄电池Bat的正极连接开关Sb2的一端，开关Sb2另一端接在电感L与电阻Rs的公共端。
2.根据权利要求1所述的太阳能板输出数据检测电路，其特征在于：所述的太阳能板输出数据检测电路的检测太阳能板输出数据方法如下：首先，第一IGBT开关器件SU开通，第二IGBT开关器件SD关闭，此时给电容C充电；充电时，通过电流传感器和电压传感器记录流过电容C的电流，以及电容C两端的电压；在充电开始阶段，电容等效阻抗为零，此时充电电流等效为太阳能板输出的短路电流；在电容充电结束后，电容等效阻抗为无穷大，此时电容C两端的电压为太阳能板的开路电压；通过给电容C充电时电流传感器和电压传感器采样值计算，得到P-V曲线，以及在最大功率点出的电压和电流值；在电容C充满电后，将第一IGBT开关器件SU关闭，第二IGBT开关器件SD开通，由电容C放电给电感L充电；然后闭合开关Sb1和开关Sb2，由电感L给蓄电池Bat充电。如果蓄电池Bat已经充满，打开开关Sb1和开关Sb2，由电阻Rs为电容C放电。
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