CN115833744A - 一种光伏发电装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏发电技术领域，公开了一种光伏发电装置及其控制方法，包括：至少一个光伏板；风扇，安装于光伏板旁，其内部设置有可逆电机，所述可逆电机用于控制风扇的扇叶转动或者被风扇的扇叶转动带动发电；蓄电池，其和可逆电机电连接；用于探测光伏板温度是否超过第一阈值的温控装置。本发明具有以下优点和效果：当光伏板表面温度没有到达第一阈值时，说明光伏板表面温度处于较为合适的状态，此时降低光伏板的风载荷比较重要，利用风带动风扇转动进而利用可逆电机发电输送向蓄电池。当光伏板的表面温度达到第一阈值时，利用蓄电池储存的电力驱动风机旋转，增大风速，通过风冷的方式为光伏板降温，避免安全事故及经济损失。

Description

一种光伏发电装置及其控制方法

技术领域

本申请涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电装置及其控制方法。

背景技术

目前，光伏板温度过高，不仅会导致光电转换率下降，降低系统发电量，还可能会发生自燃现象，导致一系列安全事故及经济损失。同时，光伏板常常布置在平旷地区，当遇到大风天气时，光伏板表面风载荷过大，会导致光伏板损坏，同样会导致电能损耗及经济损失。

针对光伏板工作时温度过高的问题，现有技术方法主要为在光伏板底部铺设流体通道，利用在管道中流过的自然风或人为添加的冷却液的方式，对光伏板进行风冷或水冷。然而自然风冷却方式的冷却效率较低，效果并不理想。人为添加冷却液的方式较复杂，需要定期更换维护，且需要消耗一定的能源，总体经济性较差。

针对光伏板表面风载荷过大的问题，现有方法主要采用通过调整光伏板倾角、光伏板安装位置、光伏板的安装高度、光伏板的间距等参数的方式，来降低风载荷大小，具有一定的复杂性，且可能对光伏板的发电功率造成影响。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种光伏发电装置及其控制方法，来降低光伏板表面风载荷，同时也起到降低光伏板表面温度的作用。

为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：

本申请提供一种光伏发电装置，包括：

至少一个光伏板；

风扇，安装于光伏板旁，其内部设置有可逆电机，所述可逆电机用于控制风扇的扇叶转动或者被风扇的扇叶转动带动发电；

蓄电池，其和可逆电机电连接；

用于探测光伏板温度是否超过第一阈值的温控装置，其串联于蓄电池和可逆电机之间，所述温控装置还用于控制可逆电机和蓄电池之间电流流向。

优选的，所述温控装置包括：

用于探测光伏板温度的温控开关，其串联在蓄电池和可逆电机之间；

用于限制蓄电池向风扇放电的单向导流装置，其并联于温控开关的两端。

优选的，所述单向导流装置包括互相串联的二极管和稳压器；

所述二极管用于限制蓄电池向风扇放电。

优选的，所述可逆电机包括：

一对磁极；

线圈，其转动设置于一对磁极之间，所述线圈的一端固定连接于风扇的扇叶，另一端设置有换向器；

电刷，其通过所述换向器与线圈电连接。

优选的，所述光伏发电装置还包括：

用于探测风向的风向传感器；

机械底座，安装于光伏板旁，所述机械底座和风向传感器信号连接；

连接杆，其一端和机械底座转动连接，另一端连接于所述风扇。

优选的，所述风扇的扇叶所在平面和光伏板所在平面垂直。

优选的，所述光伏板还与蓄电池电连接。

本申请还提供一种控制方法，包括如下步骤：

当温控装置探测到光伏板的温度高于第一阈值时，温控装置控制蓄电池向可逆电机供电，可逆电机带动风扇转动，形成气流降低光伏板表面温度；

在温控装置探测到光伏板的温度低于第一阈值时，温控装置阻止蓄电池向可逆电机供电，当有风流过时，风带动风扇转动，风扇带动可逆电机发电，可逆电机向蓄电池充电。

优选的，所述光伏发电装置还包括：用于探测风向的风向传感器；机械底座，其和风向传感器信号连接；连接杆，其一端和机械底座转动连接，另一端连接于所述风扇；

所述控制方法还包括如下步骤：

在温控装置探测到光伏板的温度低于第一阈值时，风向传感器向机械底座发出风向信号，机械底座接收到风向信号后通过连接杆将风扇转动至迎风方向；

在温控装置探测到光伏板的温度高于第一阈值时，机械底座将风扇转动至朝向光伏板方向。

优选的，所述光伏板还与蓄电池电连接；

所述控制方法还包括如下步骤：

当光伏板检测到蓄电池电量低于充电阈值时，光伏板向蓄电池供电，直至蓄电池的电量高于断电阈值。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的一种光伏发电装置及其控制方法，当光伏板表面温度没有到达第一阈值时，说明光伏板表面温度处于较为合适的状态，此时降低光伏板的风载荷比较重要，因此停止向可逆电机供电，而是利用风带动风扇转动进而利用可逆电机发电输送向蓄电池。当光伏板的表面温度达到第一阈值时，说明光伏板表面温度过高，影响发电，而此时大风能起到降温作用，所以利用蓄电池储存的电力驱动风机旋转，增大风速，通过风冷的方式为光伏板降温，避免光伏板温度过高导致的功率损耗，以及可能导致的安全事故及经济损失。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请中一个实施例的电路结构示意图。

图2为本申请中一个实施例中光伏板的结构示意图。

图3为本申请中一个实施例中机械底座的运动逻辑示意图。

附图标记：

1、光伏板；2、风扇；3、可逆电机；31、磁极；32、线圈；33、换向器；34、电刷；4、蓄电池；5、温控装置；51、温控开关；52、单向导流装置；521、二极管；522、稳压器；6、风向传感器；7、机械底座；8、连接杆。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

光伏板1温度过高，不仅会导致光电转换率下降，降低系统发电量，还可能会发生自燃现象，导致一系列安全事故及经济损失。同时，光伏板1常常布置在平旷地区，当遇到大风天气时，光伏板1表面风载荷过大，会导致光伏板1损坏，同样会导致电能损耗及经济损失。为了解决这个问题，本申请中，提供一种光伏发电装置的实施例，包括：光伏板1、风扇2、蓄电池4和温控装置5。

如图2所示，上述光伏板1的数量有至少一个，一般的实施例中，每个实施例仅有少量数个，通常由多个实施例构成一整个光伏发电阵列。

风扇2是安装在光伏板1旁的，数量由光伏板1的面积所确定，如图2所示的实施例中，每个光伏板1旁设置有三个风扇2。风扇2的内部设置有可逆电机3。可逆电机3为既可以当做发电机进行发电，也可以作为电动机接受外界供电进行功率输出。

每个实施例中都设置有一个蓄电池4，蓄电池4用于接收可逆电机3所发的电力并储存起来，并在需要的时候想风扇2供电驱动风扇2旋转。

而温控装置5主要是设置在光伏板1上，用来探测光伏板1的温度。温控装置5还设置有一个第一阈值，第一阈值主要用来表示所容许的最高温度，当光伏板1的温度小于第一阈值时，表明光伏板1的温度没有超限，可以继续使用，此时风扇2主要用来降低风载荷，而当温度大于第一阈值时，表明此时温度过高，风的流速反而有利于降低光伏板1表面温度，并且还可以通过蓄电池4向风扇2供电，使得风扇2转动，提高流速，进一步风冷光伏板1。

其中一种温控装置5，可以参见图1，包括温控开关51和单向导流装置52。温控开关51串联在风扇2和蓄电池4之间，而单向导流装置52并联在温控开关51的两端。

当光伏板1工作温度处于安全范围内时，温控开关51处于断开状态。此时单向导流装置52串联于电路中，蓄电池4因为单向导流装置52的反向截止作用，无法对位于磁极31之间的线圈32提供电流，整个回路内部没有电流通过。

当光伏板1温度达到报警值时。温控开关51受到触发而闭合，此时单向导流装置52被短路，不再有电流通过。此时蓄电池4作为电源，使风扇2通电，产生气流，通过以风冷的形式为光伏板1降温。

风力发电的过程中，因为风力的不稳定性，常导致电压不够稳定，对蓄电池4损坏较大，因此在一些更优选的实施例中，上述单向导流装置52包括互相串联的二极管521和稳压器522；所述二极管521用于限制蓄电池4向风扇2放电。

一些优选的实施例中，所述可逆电机3包括磁极31、线圈32、换向器33和电刷34。磁极31一般固定设置，而线圈32由整个导线的一部分形成，其外侧与所述风扇2的扇叶形成固定连接，使扇叶与其同步旋转。同时，线圈32位于磁极31内，当扇叶带动线圈32转动时，线圈32在一对磁极31之间切割磁感线旋转。换向器33被置于所述线圈32的两端，电刷34与换向器33滑动接触。

在一些实际使用过程中，风向是十分不稳定的，如果风扇2的迎风面没有完全对准风向，那么风扇2降低风载荷的效果会比较不尽如人意。因此在一些优选的实施例中，所述光伏发电装置还包括风向传感器6、机械底座7和连接杆8。

风向传感器6主要用来感应风向，机械底座7用来根据风向传感器6的传递的数据来调整连接杆8，而连接杆8的顶端则是风扇2，所以可以直接调整连接杆8而调整风扇2的迎风面，使之对准来风方向。

在其中一种具体的实施例中，如图3所示，风向传感器6输入为直流12V，输出为直流0~10V，测量精度为8个指示方向。机械底座7输入为直流0~10V；内置数模转换器，可将不同电压等级的输入转换为数字信号；内置判断电路，判断结果用于控制风扇2旋转角度。

风向传感器6测量出气流方向，按照表1所示关系，向机械底座7输出相应幅值的电压。

表1 风向与输出电压对应关系

机械底座7内的数模转换器将输入电压按照表1中的对应关系转换为数字信号，输入判断电路，判断电路按照图3所示逻辑进行判断，驱动机械底座7控制扇叶转动。

一些使用情况中，因为风扇2的迎风面难以直接通过连杆8调整，因此在一些优选的实施例中，所述风扇2的扇叶所在平面和光伏板1所在平面垂直。

一些情况中，风力十分不稳定，能往电池中充的电量不一定特别多，而日照情况较为稳定，常导致需要启动风扇2降温，所以蓄电池4中电力不一定能够满足需要，因此在一些优选的实施例中，所述光伏板1还与蓄电池4电连接，利用光伏板1的发电能力补充一定的电量。

本申请还提供一种控制方法，用于前述光伏发电装置，包括如下步骤：

当温控装置5探测到光伏板1的温度高于第一阈值时，温控装置5控制蓄电池4向可逆电机3供电，可逆电机3带动风扇2转动，形成气流降低光伏板1表面温度。其具体的，第一阈值由光伏板1的特性确定。

在温控装置5探测到光伏板1的温度低于第一阈值时，温控装置5阻止蓄电池4向可逆电机3供电，当有风流过时，风带动风扇2转动，风扇2带动可逆电机3发电，可逆电机3向蓄电池4充电。

一些优选的实施例中，所述控制方法还包括如下步骤：

在温控装置5探测到光伏板1的温度低于第一阈值时，风向传感器6向机械底座7发出风向信号，机械底座7接收到风向信号后通过连接杆8将风扇2转动至迎风方向。其具体的，一般而言，转动的精度无需太高，风扇2的迎风面和风向有不大偏角也不会太过于影响降低风速的效果，所以在一般的实施例中，一般会设置八个方向，在风向传感器6测量出数据后就直接转向最接近的方向，可以有效的降低设备复杂度，有利于在恶劣使用环境中保证本申请的可靠性。

在温控装置5探测到光伏板1的温度高于第一阈值时，机械底座7将风扇2转动至朝向光伏板1方向。

一些更为优选的实施例中，所述光伏板1还与蓄电池4电连接；

所述控制方法还包括如下步骤：

当光伏板1检测到蓄电池4电量低于充电阈值时，光伏板1向蓄电池4供电，直至蓄电池4的电量高于断电阈值。具体的，一般的情况下可以采用光伏板1向蓄电池4充电，以保证在需要降温的时候一定有气冷降温。另一方面，设置了断电阈值，断电阈值距离蓄电池4充满还有一定的距离，使得在风速较大需要降低风载荷时还有一定的充电空间，以免产生过充，损害电池。

下面以图1、图2所示结构来对本申请作具体的说明：

如图1的电路所示，当光伏板1工作温度低于第一阈值时，温控开关51处于断开状态。此时二极管521串联于电路中，蓄电池4因为二极管521的反向截止作用，无法对位于一对磁极31之间的线圈32提供电流，整个回路内部没有电流通过。

光伏板1工作温度第一阈值，且光伏板1上方有气流时，风向传感器6测量出气流方向，按照表1所示关系，向机械底座7输出相应幅值的电压。机械底座7内的数模转换器将输入电压按照表1中的对应关系转换为数字信号，输入机械底座7内部判断电路，判断电路输出判断结果，驱动机械底座7控制连接杆8转动，进而使得风扇2转动，朝向迎风面。

如图2所示，风扇2被机械写作转动至迎风方向，在风力作用下，将风能转换为机械能，并带动一对磁极31之间的线圈32及其两端连接的换向器33、一同顺时针旋转。旋转的线圈32切割磁极31、之间的磁感线，内部产生电流，通过换向器33与电刷34的滑动接触，使整个导线回路产生直流电。电流通过二极管521，经过稳压器522稳压后，流经蓄电池4的保护电阻，流入蓄电池4，蓄电池4此时处于充电状态。在这一过程中，扇叶对于风能的消耗降低了光伏板1表面的风速，在一定程度上降低了光伏板1表面的风载荷，从而降低了光伏板1受到风载荷破坏的风险。

可以参见图1，当光伏板1温度达到第一阈值时，温控开关51受到触发而闭合，此时二极管521和与其串联的稳压器522被短路，不再有电流通过。此时蓄电池4作为电源，将电压加在保护电阻两端，电流经由保护电阻流入导线回路，使线圈32通电，在磁极31之间逆时针旋转，并带动扇叶旋转，产生气流，通过风冷的形式为光伏板1降温。

当光伏板1温度降低到第一阈值以下时，机械底座7控制扇叶转动，使其朝向正对光伏板1。温控开关51断开，二极管521和与其串联的稳压器522重新接入导线回路，蓄电池4由于二极管521的反向截止作用，停止继续对外供电，等待气流带动扇叶转动时为蓄电池4继续供电。

本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏发电装置，其特征在于，包括：

至少一个光伏板（1）；

风扇（2），安装于光伏板（1）旁，其内部设置有可逆电机（3），所述可逆电机（3）用于控制风扇（2）的扇叶转动或者被风扇（2）的扇叶转动带动发电；

蓄电池（4），其和可逆电机（3）电连接；

用于探测光伏板（1）温度是否超过第一阈值的温控装置（5），其串联于蓄电池（4）和可逆电机（3）之间，所述温控装置（5）还用于控制可逆电机（3）和蓄电池（4）之间电流流向。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述温控装置（5）包括：

用于探测光伏板（1）温度的温控开关（51），其串联在蓄电池（4）和可逆电机（3）之间；

用于限制蓄电池（4）向风扇（2）放电的单向导流装置（52），其并联于温控开关（51）的两端。

3.根据权利要求2所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述单向导流装置（52）包括互相串联的二极管（521）和稳压器（522）；

所述二极管（521）用于限制蓄电池（4）向风扇（2）放电。

4.根据权利要求1所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述可逆电机（3）包括：

一对磁极（31）；

线圈（32），其转动设置于一对磁极（31）之间，所述线圈（32）的一端固定连接于风扇（2）的扇叶，另一端设置有换向器（33）；

电刷（34），其通过所述换向器（33）与线圈（32）电连接。

5.根据权利要求1所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述光伏发电装置还包括：

用于探测风向的风向传感器（6）；

机械底座（7），安装于光伏板（1）旁，所述机械底座（7）和风向传感器（6）信号连接；

连接杆（8），其一端和机械底座（7）转动连接，另一端连接于所述风扇（2）。

6.根据权利要求1所述的一种光伏发电装置，其特征在于：所述风扇（2）的扇叶所在平面和光伏板（1）所在平面垂直。

7.根据权利要求1所述的一种光伏发电装置，其特征在于：所述光伏板（1）还与蓄电池（4）电连接。

8.一种应用于如权利要求1-7任一所述光伏发电装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

当温控装置（5）探测到光伏板（1）的温度高于第一阈值时，温控装置（5）控制蓄电池（4）向可逆电机（3）供电，可逆电机（3）带动风扇（2）转动，形成气流降低光伏板（1）表面温度；

在温控装置（5）探测到光伏板（1）的温度低于第一阈值时，温控装置（5）阻止蓄电池（4）向可逆电机（3）供电，当有风流过时，风带动风扇（2）转动，风扇（2）带动可逆电机（3）发电，可逆电机（3）向蓄电池（4）充电。

9.根据权利要求8所述的一种控制方法，其特征在于，所述光伏发电装置还包括：用于探测风向的风向传感器（6）；机械底座（7），其和风向传感器（6）信号连接；连接杆（8），其一端和机械底座（7）转动连接，另一端连接于所述风扇（2）；

所述控制方法还包括如下步骤：

在温控装置（5）探测到光伏板（1）的温度低于第一阈值时，风向传感器（6）向机械底座（7）发出风向信号，机械底座（7）接收到风向信号后通过连接杆（8）将风扇（2）转动至迎风方向；

在温控装置（5）探测到光伏板（1）的温度高于第一阈值时，机械底座（7）将风扇（2）转动至朝向光伏板（1）方向。

10.根据权利要求8所述的一种控制方法，其特征在于，所述光伏板（1）还与蓄电池（4）电连接；

所述控制方法还包括如下步骤：

当光伏板（1）检测到蓄电池（4）电量低于充电阈值时，光伏板（1）向蓄电池（4）供电，直至蓄电池（4）的电量高于断电阈值。

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