CN114244136A - 一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统 - Google Patents

一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及屋顶太阳能光伏发电领域，具体是一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统。包括：光伏输出端，用以输出第一直流电信号；隔离电路，分别连接所述光伏电压输出端，用以接收所述第一直流电，于第一控制信号的作用下根据所述第一直流电信号形成第二直流电信号输出；升压电路，分别连接所述隔离电路的输出端，用以接收所述第二直流信号，并根据所述第二直流信号形成第二直流升压信号；逆变电路，连接所述升压电路，用以接收所述第二直流升压信号，根据所述第二直流升压信号，用以于第二控制信号、第三控制信号的作用下根据所述第二直流电压信号形成第一波形信号、第二波形信号或第三信号。

Description

一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统
背景技术
本发明涉及屋顶太阳能光伏发电领域，具体是一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统。
技术领域
光伏建筑一体化是一种将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。光伏建筑—体化(BIPV)不同于光伏系统附着在建筑上(BAPV： Building Attached PV)的形式，光伏建筑一体化可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合，另一类是光伏方阵与建筑的集成，如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等，在这两种方式中，光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。
型材是指金属经过塑性加工成形、具有一定断面形状和尺寸的实心直条，型材的品种规格繁多，用途广泛，在轧制生产中占有非常重要的地位，型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料通过轧制、挤出、铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体，这类材料具有的外观尺寸一定，断面呈一定形状，具有一定的力学物理性能，型材既能单独使用也能进一步加工成其他制造品，常用于建筑结构与制造安装，机械工程师可根据设计要求选择型材的具体形状、材质、热处理状态、力学性能等参数，再根据具体的尺寸形状要求将型材进行分割，而后进一步加工或热处理，达到设计的精度要求，型材的材质、规格尺寸等可参照相应的国家标准。可以说光伏建筑一体化适合大多数建筑，如平屋顶、斜屋顶、幕墙、天棚等等形式都可以安装。目前市场上光伏建筑一体化用型材中的光伏幕墙型中，通常采用的BOOST升压电路，工作效率相对较低，并且光伏幕墙本体的结构形式实际实用性较低。因此，需要一种光伏建筑一体化用型材来解决现有技术中所存在的不足之处。
发明内容
一方面，本申请提供一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，包括：
光伏输出端，用以输出第一直流电信号；
隔离电路，分别连接所述光伏电压输出端，用以接收所述第一直流电，于第一控制信号的作用下根据所述第一直流电信号形成第二直流电信号输出；
升压电路，分别连接所述隔离电路的输出端，用以接收所述第二直流信号，并根据所述第二直流信号形成第二直流升压信号；
逆变电路，连接所述升压电路，用以接收所述第二直流升压信号，根据所述第二直流升压信号，用以于第二控制信号、第三控制信号的作用下根据所述第二直流电压信号形成第一波形信号、第二波形信号或第三信号。
优选地，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，所述隔离电路包括隔离输入端、隔离输出端和隔离控制端；
所述隔离控制端连接第一控制单元的输出端；
所述隔离输入端分别连接所述光伏输出端；
所述隔离输出端分别连接所述升压电路。
优选地，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，所述隔离电路包括第一mos管、第二mos管、变压器；
所述第一mos管的栅极连接所述第一控制单元，所述第一mos管的源极连接所述光伏输出端，所述第一mos管的漏极连接所述第二 mos管的源级，所述第一mos管的栅极通过反相器连接所述第二mos 管的栅极，所述第二mos管的漏极连接所述光伏输出端；
所述第一mos管的栅极形成隔离控制端；
所述第一mos管的源级、第二mos管的漏级所述隔离输入端；
所述变压器的副边形成所述隔离输出端。
优选地，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，所述第一控制单元的输入端分别连接所述光伏输出端，第一控制单元的参考端连接一参考信号，第一控制单元的输出端连接所述所述隔离控制端；
所述第一控制单元用以根据所述第一直流电信号、所述参考信号形成所述第一控制信号输出。
优选地，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，所述逆变电路包括：
第一逆变支路，所述第一逆变支路由第一二极管和第三mos管形成，所述第一二极管的反相端连接所述第三mos管的源级，所述第一二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第三mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；所述第一二极管和第三mos 管形成所述第一逆变支路的第一连接中点；
第二逆变支路，所述第二逆变支路由第二二极管和第四mos管形成，所述第二二极管的反相端连接所述第四mos管的源级，所述第二二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第四mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第二二极管和第四mos管形成第二逆变支路的第二连接中点；
第三逆变支路，所述第三逆变支路由第三二极管和第五mos管形成，所述第三二极管的反相端连接所述第五mos管的源级，所述第三二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第五mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第三二极管和第五mos管形成第三逆变支路的第三连接中点；
第四逆变支路，所述第四逆变支路由第四二极管和第六mos管形成，所述第四二极管的反相端连接所述第六mos管的源级，所述第四二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第六mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第四二极管和第六mos管形成第四逆变支路的第四连接中点；
其中，所述第一连接中点连接所述第三连接中点并形成所述逆变电路的第一输出端；
所述第二连接中点连接所述第四连接中点并形成所述逆变电路的第二输出端。
优选地，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，还包括第二控制单元，所述第二控制单元的第一输入端连接所述升压电路、第二输入端连接所述逆变电路、第三输入端连接一负载电路，所述第二控制单元的第一输出端连接所述第三mos管的栅极、所述第二控制单元的第二输出端连接所述第五mos管的栅极。
优选地，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，还包括第三控制单元，所述第三控制单元的第一输出端连接所述第四 mos管的栅极、第二输出端连接所述第六mos管的栅极，所述第三控制单元于接收到预定控制命令的作用下形成所述第三控制信号。
优选地，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，于所述第一连接中点与所述第三连接中点之间设置有第一续流电感；于所述第二连接中点与所述第四连接中点之间设置有第二续流电感。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在光伏输出端与升压电路之间设置一隔离电路，所述隔离电路为 DC-DC隔离电路，在小型光伏系统中，光伏的输入电压通常为 30V～50V，但是小型光伏系统的输出电压为500V以上，由于输入电压与输出电压的压差较大，本申请通过变压器实现隔离，由于变压器起到DC-DC的隔离目的，后端输出的高电压对前端输入电压的影响较小，经变压隔离后的电压再经过BOOST电路做升压处理，提高逆变器的逆变效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统的电路结构示意图。
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。
如图1所示，一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，包括：
光伏输出端，用以输出第一直流电信号；
隔离电路，分别连接所述光伏电压输出端，用以接收所述第一直流电，于第一控制信号的作用下根据所述第一直流电信号形成第二直流电信号输出；进一步地，所述隔离电路包括隔离输入端、隔离输出端和隔离控制端；
所述隔离控制端连接第一控制单元的输出端；所述隔离输入端分别连接所述光伏输出端；所述隔离输出端分别连接所述升压电路。
所述隔离电路包括第一mos管Q1、第二mos管Q2、变压器；
所述第一mos管Q1的栅极连接所述第一控制单元，所述第一mos 管Q1的源极连接所述光伏输出端，所述第一mos管Q1的漏极连接所述第二mos管Q2的源级，所述第一mos管Q1的栅极通过反相器连接所述第二mos管Q2的栅极，所述第二mos管Q2的漏极连接所述光伏输出端；所述第一mos管Q1的栅极形成隔离控制端；所述第一mos 管Q1的源级、第二mos管Q2的漏级所述隔离输入端；所述变压器的副边形成所述隔离输出端。
升压电路，分别连接所述隔离电路的输出端，用以接收所述第二直流信号，并根据所述第二直流信号形成第二直流升压信号；
逆变电路，连接所述升压电路，用以接收所述第二直流升压信号，根据所述第二直流升压信号，用以于第二控制信号、第三控制信号的作用下根据所述第二直流电压信号形成第一波形信号、第二波形信号或第三信号。
本实施里中，在光伏输出端与升压电路之间设置一隔离电路，所述隔离电路为DC-DC隔离电路，在小型光伏系统中，光伏的输入电压通常为30V～50V，但是小型光伏系统的输出电压为500V以上，由于输入电压与输出电压的压差较大，本申请通过变压器实现隔离，由于变压器起到DC-DC的隔离目的，后端输出的高电压对前端输入电压的影响较小，经变压隔离后的电压再经过BOOST电路做升压处理，提高逆变器的逆变效率。
作为进一步优选实施方案，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，所述第一控制单元的输入端分别连接所述光伏输出端，第一控制单元的参考端连接一参考信号，第一控制单元的输出端连接所述所述隔离控制端；
所述第一控制单元用以根据所述第一直流电信号、所述参考信号形成所述第一控制信号输出。
作为进一步优选实施方案，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，所述逆变电路包括：
第一逆变支路，所述第一逆变支路由第一二极管D1和第三mos 管Q3形成，所述第一二极管D1的反相端连接所述第三mos管Q3的源级，所述第一二极管D1的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第三mos管Q3的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；所述第一二极管D1和第三mos管Q3形成所述第一逆变支路的第一连接中点；
第二逆变支路，所述第二逆变支路由第二二极管D2和第四mos 管Q4形成，所述第二二极管D2的反相端连接所述第四mos管Q4的源级，所述第二二极管D2的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第四mos管Q4的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第二二极管D2和第四mos管Q4形成第二逆变支路的第二连接中点；
第三逆变支路，所述第三逆变支路由第三二极管D3和第五mos 管Q5形成，所述第三二极管D3的反相端连接所述第五mos管Q5的源级，所述第三二极管D3的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第五mos管Q5的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第三二极管D3和第五mos管Q5形成第三逆变支路的第三连接中点；
第四逆变支路，所述第四逆变支路由第四二极管D4和第六mos 管Q6形成，所述第四二极管D4的反相端连接所述第六mos管Q6的源级，所述第四二极管D4的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第六mos管Q6的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第四二极管D4和第六mos管Q6形成第四逆变支路的第四连接中点；
其中，所述第一连接中点连接所述第三连接中点并形成所述逆变电路的第一输出端；
所述第二连接中点连接所述第四连接中点并形成所述逆变电路的第二输出端。
作为进一步优选实施方案，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，还包括第二控制单元，所述第二控制单元的第一输入端连接所述升压电路、第二输入端连接所述逆变电路、第三输入端连接一负载电路，所述第二控制单元的第一输出端连接所述第三 mos管Q3的栅极、所述第二控制单元的第二输出端连接所述第五mos 管Q5的栅极。
作为进一步优选实施方案，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，还包括第三控制单元，所述第三控制单元的第一输出端连接所述第四mos管Q4的栅极、第二输出端连接所述第六mos 管Q6的栅极，所述第三控制单元于接收到预定控制命令的作用下形成所述第三控制信号。
作为进一步优选实施方案，上述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其中，于所述第一连接中点与所述第三连接中点之间设置有第一续流电感；于所述第二连接中点与所述第四连接中点之间设置有第二续流电感。
上述的逆变电路的工作原理是：
当第二控制单元、第三控制单元控制第三mos管Q3、第四mos 管Q4、第五mos管Q5工作于关闭状态，第六mos管Q6工作于导通状态，逆变电路的工作状态于第一二极管D1D1、第六mos管Q6、负载、第一续流电感L1之间形成一回路。此时，第一续流电感L1的电流通过该回路进行释放，所述负载上的电压为零。
当第二控制单元、第三控制单元控制第六mos管Q6、第三mos 管Q3工作于导通状态，其余MOS管工作于关闭状态，逆变电路的工作状态于第六mos管Q6、第一续流电感L1、第三mos管Q3形成一回路，此时所述负载上的电压为-V。
当第二控制单元、第三控制单元控制第五mos管Q5、第四mos 管Q4工作于导通状态，其余MOS管工作于关闭状态，逆变电路的工作状态于第五mos管Q5、第四mos管Q4、第二续流电感L2形成一回路，此时所述负载上的电压为V。
当第二控制单元、第三控制单元控制第五mos管Q5、第二续流电感L2、第二二极管D2工作于导通状态，其余MOS管工作于关闭状态，逆变电路的工作状态于制第五mos管Q5、第二续流电感L2、第二二极管D2形成一回路，此时所述负载上的电压为零。
通过上述逆变电路，逆变电路可以输出0、V和－V三种电平电压。需要说明的是：负载即为逆变电路后续的外接电路。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于，包括：
光伏输出端，用以输出第一直流电信号；
隔离电路，分别连接所述光伏电压输出端，用以接收所述第一直流电，于第一控制信号的作用下根据所述第一直流电信号形成第二直流电信号输出；
升压电路，分别连接所述隔离电路的输出端，用以接收所述第二直流信号，并根据所述第二直流信号形成第二直流升压信号；
逆变电路，连接所述升压电路，用以接收所述第二直流升压信号，根据所述第二直流升压信号，用以于第二控制信号、第三控制信号的作用下根据所述第二直流电压信号形成第一波形信号、第二波形信号或第三信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于，所述隔离电路包括隔离输入端、隔离输出端和隔离控制端；
所述隔离控制端连接第一控制单元的输出端；
所述隔离输入端分别连接所述光伏输出端；
所述隔离输出端分别连接所述升压电路。
3.根据权利要求2所述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于：所述隔离电路包括第一mos管、第二mos管、变压器；
所述第一mos管的栅极连接所述第一控制单元，所述第一mos管的源极连接所述光伏输出端，所述第一mos管的漏极连接所述第二mos管的源级，所述第一mos管的栅极通过反相器连接所述第二mos管的栅极，所述第二mos管的漏极连接所述光伏输出端；
所述第一mos管的栅极形成隔离控制端；
所述第一mos管的源级、第二mos管的漏级所述隔离输入端；
所述变压器的副边形成所述隔离输出端。
4.根据权利要求2所述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于，所述第一控制单元的输入端分别连接所述光伏输出端，第一控制单元的参考端连接一参考信号，第一控制单元的输出端连接所述所述隔离控制端；
所述第一控制单元用以根据所述第一直流电信号、所述参考信号形成所述第一控制信号输出。
5.根据权利要求2所述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于，所述逆变电路包括：
第一逆变支路，所述第一逆变支路由第一二极管和第三mos管形成，所述第一二极管的反相端连接所述第三mos管的源级，所述第一二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第三mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；所述第一二极管和第三mos管形成所述第一逆变支路的第一连接中点；
第二逆变支路，所述第二逆变支路由第二二极管和第四mos管形成，所述第二二极管的反相端连接所述第四mos管的源级，所述第二二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第四mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第二二极管和第四mos管形成第二逆变支路的第二连接中点；
第三逆变支路，所述第三逆变支路由第三二极管和第五mos管形成，所述第三二极管的反相端连接所述第五mos管的源级，所述第三二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第五mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第三二极管和第五mos管形成第三逆变支路的第三连接中点；
第四逆变支路，所述第四逆变支路由第四二极管和第六mos管形成，所述第四二极管的反相端连接所述第六mos管的源级，所述第四二极管的同相端连接连接所述升压电路输出端的一端，第六mos管的漏级连接所述升压电路输出端的另一端；第四二极管和第六mos管形成第四逆变支路的第四连接中点；
其中，所述第一连接中点连接所述第三连接中点并形成所述逆变电路的第一输出端；
所述第二连接中点连接所述第四连接中点并形成所述逆变电路的第二输出端。
6.根据权利要求5所述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于，还包括第二控制单元，所述第二控制单元的第一输入端连接所述升压电路、第二输入端连接所述逆变电路、第三输入端连接一负载电路，所述第二控制单元的第一输出端连接所述第三mos管的栅极、所述第二控制单元的第二输出端连接所述第五mos管的栅极。
7.根据权利要求5所述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于，还包括第三控制单元，所述第三控制单元的第一输出端连接所述第四mos管的栅极、第二输出端连接所述第六mos管的栅极，所述第三控制单元于接收到预定控制命令的作用下形成所述第三控制信号。
8.根据权利要求6所述的一种基于光伏建筑一体化的光伏幕墙系统，其特征在于，于所述第一连接中点与所述第三连接中点之间设置有第一续流电感；于所述第二连接中点与所述第四连接中点之间设置有第二续流电感。
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