CN202206330U - 光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置及太阳能光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能电池板和包括若干个子蓄电池组的蓄电池组；控制装置包括：若干个子蓄电池组串联，最后一级子蓄电池组的正极接太阳能电池板的正极，各级子蓄电池组的负极均通过一控制支路与太阳能电池板的负极相连；控制装置用于根据检测得到的蓄电池组的当前总蓄电电压和太阳能电池板的当前电压，开通或关断相应的控制支路，使得对应的子蓄电池组进入或退出充电状态。本实用新型还提供一种太阳能光伏发电系统。采用本实用新型实施例，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，提高光伏发电的效率，避免能源浪费。

Description

光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置及太阳能光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置及发电系统。 

背景技术

传统离网型太阳能光伏发电系统是由太阳能光伏电池对蓄电池进行充电，蓄电池再通过逆变向电器提供电力。在由太阳能光伏对蓄电池充电过程中，为了避免蓄电池的过充、过放现象，必须利用控制器对太阳能光伏充电过程进行控制。 

现有的控制器在工作过程中，会截止太阳能光伏发电超过蓄电池额定充电电压的部分。当太阳能光伏发电电压低于蓄电池的充电电压时，控制器也不会对蓄电池进行充电，同时还会截止掉蓄电池最低放电电压的部分。 

通常，太阳能光伏发电系统的设计是根据用户的用电功率需要，结合太阳能光伏电池组件自身设计的标称电压、电流，依照光伏电站安装地点的年平均太阳能量的辐照强度，进而实现最佳设计功率组合的标准光伏发电站。这些光伏发电站的总发电功率是以安装地点的年平均日照强度、时间来设计的。以华北地区为例，设计适合光伏发电的年平均每天日照时间仅为3.3个小时。太阳能光伏电池在一定的光谱范围中都会产生光生伏达效应(即为光伏发电效应)，但是发电效率会随着光照辐射度的变化产生较大的差别。在春秋两个季节，晴朗的天气条件下基本在8:30-17:30之间都有一定的日照辐射强度，但由于早晨和下午的光照辐射强度较弱，光伏电池的光生伏达作用降低，产生的电压、电流满足不了太阳能光伏发电升压逆变并网使用或者离网给储能电池充电的需要。 

现有技术中，为了避免这些无效电能对逆变器、蓄电池及公共电网造成的危害，对于达不到光伏发电要求的全额足功率的光照辐射强度的发电电能，将被蓄电池的充放电控制器截止。由此，造成了全天几乎一半时间的较弱日照辐射能量白白损失，降低了光伏发电的效率，导致很大的能源浪费。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置及发电系统，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，提高光伏发电的效率，避免能源浪费。 

本实用新型实施例提供一种光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，所述控制装置用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括：太阳能电池板和蓄电池组；所述蓄电池组包括若干个子蓄电池组； 

所述控制装置包括：若干个控制支路；所述控制支路与子蓄电池组一一对应； 

所述若干个子蓄电池组串联，最后一级子蓄电池组的正极接所述太阳能电池板的正极，各级子蓄电池组的负极均通过一控制支路与太阳能电池板的负极相连； 

所述控制装置，用于根据检测得到的所述蓄电池组的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，开通或关断相应的控制支路，使得对应的子蓄电池组进入或退出充电状态。 

优选地，所述控制装置包括：一电压检测单元、一处理单元和若干个控制支路； 

所述电压检测单元，用于检测得到所述蓄电池组当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，发送至所述处理单元； 

所述处理单元，用于根据接收到的所述蓄电池组的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，开通或关断相应的控制支路； 

所述控制支路，用于控制一子蓄电池组进入或退出充电状态。 

优选地，所述控制装置还包括： 

区间划分单元，用于预先对所述太阳能电池板的电压值进行区间划分； 

所述处理单元，用于根据接收到的所述太阳能电池板的当前电压所处的区间和所述蓄电池组的当前总蓄电电压，开通或关断相应的控制支路。 

优选地，所述控制装置还包括： 

过充控制单元，用于当所述蓄电池组的当前总蓄电电压大于额定电压最高值时，关断所有的控制支路，使所有子蓄电池组均退出充电状态。 

优选地，所述控制装置还包括： 

过放控制单元，用于当所述太阳能电池板的当前电压低于最低电压值时，关断所有的控制支路，使所有子蓄电池组均退出充电状态。 

优选地，所述控制支路包括： 

第一电阻的一端接处理单元的输出端，另一端接第一NPN晶体管的基极； 

所述第一NPN晶体管的发射极接地，集电极经第二电阻接第二PNP晶体管的基极； 

所述第二PNP晶体管的发射极接工作电源，集电极经第四电阻接第三NPN晶体管的基极； 

第三电阻接在所述第二PNP晶体管的基极和发射极之间； 

所述第三NPN晶体管的发射极接地，集电极接第四NPN晶体管的基极和第五PNP晶体管的基极； 

第五电阻接在所述第三NPN晶体管的基极和发射极之间； 

所述第四NPN晶体管的集电极接最后一级子蓄电池组的正极和第一稳压二极管的阳极； 

所述第一稳压二极管的阴极接太阳能电池板的正极； 

第六电阻接在所述第四NPN晶体管的基极和集电极之间； 

所述第四NPN晶体管的发射极和第五PNP晶体管的发射极短接，两者的公共端经第七电阻接第六PMOS晶体管的栅极和第二稳压二极管的阳极； 

所述第六PMOS晶体管的源极接第三发光二极管的阴极，所述第三发光二极管的阳极接与所述控制支路对应的子蓄电池组的负极； 

所述第五PNP晶体管的集电极、第六PMOS晶体管的漏极和第二稳压二极管的阴极短接后接所述太阳能电池板的负极。 

优选地，所述处理单元采用ADuC845单片机。 

优选地，所述电压检测单元包括蓄电池电压检测子单元，用于检测得到所述蓄电池组当前总蓄电电压，发送至所述处理单元； 

所述蓄电池电压检测子单元包括： 

第三十电阻的一端作为所述蓄电池电压检测子单元的输入端，接所述蓄电池组的正极； 

所述第三十电阻的另一端作为所述蓄电池电压检测子单元的输出端，接所述处理单元的一输入端； 

第三十一电阻和第一电容分别并联接在所述蓄电池电压检测单元的输入端和地之间； 

第七稳压二极管的阴极接所述蓄电池电压检测单元的输入端，阳极接地。 

优选地，所述电压检测单元包括所述电池板电压检测子单元，用于检测得到所述太阳能电池板的当前电压，发送至所述处理单元； 

所述电池板电压检测子单元包括： 

第三十二电阻的一端接所述太阳能电池板的正极，所述第三十二电阻的另一端接第三十四电阻的一端； 

所述第三十四电阻的另一端接所述太阳能电池板的负极； 

所述第三十二电阻和第三十四电阻的公共端接第三十三电阻的一端，所述第三十三电阻的另一端作为所述电池板电压检测子单元的输出端，接所述处理单元的一输入端； 

第三十五电阻和第二电容分别并联接在所述电池板电压检测子单元的输入端和地之间。 

本实用新型实施例还提供一种太阳能光伏发电系统，所述光伏发电系统包括：太阳能电池板、蓄电池组；所述蓄电池组包括若干个子蓄电池组； 

所述系统还包括：所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置；所述控制装置用于控制所述太阳能电池板对蓄电池组的充电。 

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果： 

本实用新型实施例所述控制装置，设置有对应于多个日光照射时段的控制支路，各控制支路分别用于控制一子蓄电池组的充电与否。在不同日光照射时段，根据检测得到的所述蓄电池组的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，通过各控制支路，对不同的子蓄电池组充电。 

本实用新型实施例，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，实现光伏电池的发电量随着环境光照的变化呈阶梯控制，最终将尽可能多的光照辐射能量转化为电能。 

附图说明

图1为本实用新型实施例的太阳能光伏发电系统结构图； 

图2为本实用新型实施例的控制支路的一种具体实施方式结构图； 

图3为本实用新型实施例的蓄电池电压检测子单元结构图； 

图4为本实用新型实施例的电池板电压检测子单元结构图。 

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。 

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置、及光伏发电系统，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，提高光伏发电的效率，避免能源浪费。 

对于一天的不同时段，由于日照条件的不同，太阳能光伏发电系统的发电能力是随之变化的，具体说明如下。 

当阳光的照度为18000勒克斯时，相当于华北地区春秋季节的上午10:00至下午15:00期间，光伏发电站设计功率10KW，此时的日照条件在光伏发电的正常范围内，达到太阳能光伏电池发电的单组输出28伏的设计电压，输出功率为设计功率的93％，达到光电转换正常足额给储能蓄电池充电或通过逆变器输入公共电网的要求。 

当阳光的照度为12000勒克斯时，相当于华北地区春秋季节的上午09: 00和下午17:00左右，此时环境照度的辐射条件低于标准的日照条件，太阳能光伏电池发电的单组输出发电电压为18伏，输出功率从为设计功率的60％，低于太阳能光伏电池的额定电压，此时可以采用升压控制系统，虽然有较大的功率损失，但是还是能够达到给储能蓄电池充电或通过逆变器输入公共电网的最低要求的。 

当阳光的照度为5000勒克斯时，相当于华北地区春秋季节的上午08:00之前和下午18:00以后，环境照度辐射条件大大低于太阳能光伏电池发电的最低日照辐射条件的要求，但是光伏发电系统空载输出电压6伏，输出功率仅为设计功率的20％，低于太阳能光伏发电电站的升压并网或离网充电的最低使用要求。由于自身的发电功率整体过低，单独利用升压系统升压不能够维持系统发电的功率需要。在这种情况下，太阳能光伏电池所发出的能量总功率，无论是从电压还是电流来看，都比较低或者不稳定。在传统的控制状态下，控制器会认为该状态为无效电压，会将这部分电压截止，不能给储能蓄电池充电或通过逆变器输入电网，造成这部分能源的浪费。 

本实用新型实施例所述装置，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，在控制器内设置有多个日光照射时段控制和充电电路，实现光伏电池的发电量随着环境光照的变化呈阶梯控制，最终将尽可能多的光照辐射能量转化为电能。 

参照图1，为本实用新型实施例的太阳能光伏发电系统结构图。如图1所示，所述系统包括：太阳能电池板1、光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置2、蓄电池组3。 

所述蓄电池组3包括若干个子蓄电池组；各子蓄电池组的额定电压相同。 

所述控制装置2包括：若干个控制支路；所述控制支路与子蓄电池组一一对应。 

所述若干个子蓄电池组串联，最后一级子蓄电池组的正极接所述太阳能电池板1的正极，各级子蓄电池组的负极均通过一控制支路与太阳能电池板1的负极相连。 

所述控制装置2，用于根据检测得到的所述蓄电池组3的当前总蓄电电压 和所述太阳能电池板1的当前电压，开通或关断相应的控制支路，使得对应的子蓄电池组进入或退出充电状态。 

本实用新型实施例所述控制装置2，设置有对应于多个日光照射时段的控制支路，各控制支路分别用于控制一子蓄电池组的充电与否。在不同日光照射时段，根据检测得到的所述蓄电池组3的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板1的当前电压，通过各控制支路，对不同的子蓄电池组充电。 

本实用新型实施例，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，实现光伏电池的发电量随着环境光照的变化呈阶梯控制，最终将尽可能多的光照辐射能量转化为电能。 

需要说明的是，所述蓄电池组3的当前总蓄电电压为所有子蓄电池组的总的蓄电电压。 

如图1所示，所述控制装置2可以包括：一电压检测单元21、一处理单元22和若干个控制支路。 

所述控制支路的数目与子蓄电池组的数目相同；一控制支路与一子蓄电池组一一对应，用于控制一子蓄电池组进入或退出充电状态。 

所述电压检测单元21，用于检测得到所述蓄电池组3当前总蓄电电压和所述太阳能电池板1的当前电压，发送至所述处理单元22。 

所述处理单元22，用于根据接收到的所述蓄电池组3的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板1的当前电压，开通或关断相应的控制支路，使得对应的子蓄电池组进入或退出充电状态。 

需要说明的是，本实用新型实施例中，所述控制装置2还可以包括：区间划分单元，用于预先对所述太阳能电池板1的电压值进行区间划分. 

此时，对应的，所述处理单元22，可以根据接收到的所述太阳能电池板1的当前电压所处的区间，结合所述蓄电池组3的当前总蓄电电压，开通或关断相应的控制支路，为对应级数的子蓄电池组充电。 

具体的，可以根据该蓄电池组3包括的子蓄电池组的数目对所述太阳能电池板1的电压值进行区间划分。例如，假设，所述蓄电池组3包括三个子蓄电 池组，则可以将所述太阳能电池板1的电压值划分为三个区间。 

当然，在实际应用中，需要按照实际情况对所述太阳能电池板1的电压值的区间进行划分。假设，所述太阳能电池板1的电压值最高值为28V，最低值为3.2V，则可以设定其三个区间分别为：大于14V；小于14V且大于9.6V；小于9.6V且大于3.2V。 

以包括三个子蓄电池组为例进行说明。对应的，所述太阳能电池板1的电压值被划分为三个区间： 

当检测得到的太阳能电池板1的当前电压处于第一区间(例如大于14V)时，可以认为此时阳光的照度辐射很强，可以同时为所有的子蓄电池组充电。此时，所述处理单元22开通第一级子蓄电池组对应的控制支路，通过该控制支路使得第一级子蓄电池组的负极与太阳能电池板1的负极连通，由于最后一级子蓄电池组的正极与太阳能电池板1的正极相连，通过所有子蓄电池组构成的串联支路，使得所述太阳能电池板1为所有的子蓄电池组充电。 

当检测得到的太阳能电池板的当前电压处于第二区间(小于14V且大于9.6V)时，可以认为此时阳关的照度辐射低于标准条件，只能为部分子蓄电池组充电。此时，所述处理单元22开通第二级子蓄电池组对应的控制支路，通过该控制支路使得第二级子蓄电池组的负极与太阳能电池板1的负极连通，由于最后一级子蓄电池组的正极与太阳能电池板1的正极相连，通过第二级以后各子蓄电池组构成的串联支路，使得所述太阳能电池板1为第二级以后的所有子蓄电池组充电。 

当检测得到的太阳能电池板的当前电压处于第三区间(小于9.6V且大于3.2V)时，可以认为此时阳关的照度辐射较低，只能为一个子蓄电池组充电。此时，所述处理单元22开通第三级子蓄电池组对应的控制支路，通过该控制支路使得第三级子蓄电池组的负极与太阳能电池板1的负极连通，由于最后一级子蓄电池组的正极与太阳能电池板1的正极相连，使得所述太阳能电池板1为第三级子蓄电池组充电。 

需要特别说明的是，当所述蓄电池组3的当前总蓄电电压大于其额定电压最高值时，说明该蓄电池组当前处于充满状态，不需要进行充电，此时，需要 使所有的子蓄电池组均退出充电状态，即为对所述蓄电池组3的过充保护。 

对应的，本实用新型实施例所述控制装置2，还可以包括：过充控制单元，用于当所述蓄电池组3的当前总蓄电电压大于额定电压最高值时，关断所有的控制支路，使所有子蓄电池组均退出充电状态。 

进一步的，当太阳能电池板1的当前电压低于最低电压值时，说明当前太阳能电池板1的电压过低，不能继续为蓄电池组3提供充电，此时，需要使所有的子蓄电池组均退出充电状态，即为对太阳能电池板1的过放保护。 

对应的，本实用新型实施例所述控制装置2，还可以包括：过放控制单元，用于当所述太阳能电池1板的当前电压低于最低电压值时，关断所有的控制支路，使所有子蓄电池组均退出充电状态。 

本实用新型实施例中，所述蓄电池组3包括的子蓄电池组的数目，可以根据实际的需要具体设定。例如，当所述蓄电池组的总蓄电电压为12V时，可以设置该蓄电池组包括三个子蓄电池组，每个子蓄电池组分别为4V；当所述蓄电池组的总蓄电电压为24V时，可以设置该蓄电池组包括六个子蓄电电池组，每个子蓄电池组分别为4V；当所述蓄电池组的总蓄电电压为48V时，可以设置该蓄电池组包括十二个子蓄电电池组。在此不再一一详述。 

参照图2，为本实用新型实施例提供的控制支路的一种具体实施方式结构图。如图2所示，以所述蓄电池组3包括三个子蓄电池组为例进行说明。对应的，所述控制装置2包括三条控制支路，每条控制支路分别与一子蓄电池组相连，用于控制一子蓄电池组的充电与否。 

如图2所示，所述蓄电池组包括第一子蓄电池组BT1、第二子蓄电池组BT2、第三子蓄电池组BT3。 

对应的，所述控制装置2包括三条控制支路，每条控制支路分别用于控制一子蓄电池组的充电与否。 

如图2所示，三个子蓄电池组依次串接，所述第三子蓄电池组BT3的正极接太阳能电池板的正极V+，各子蓄电池组的负极分别通过对应的控制支路 接太阳能电池板的负极V-。 

所述控制装置2的处理单元(图2中未示出)，根据接收到的所述蓄电池组的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，开通或关断相应的控制支路，使得对应的子蓄电池组进入充电状态。 

如图2所示，所述三条控制支路结构相同，以第三控制支路为例进行说明。所述第三控制支路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一NPN晶体管Q1、第二PNP晶体管Q2、第三NPN晶体管Q3、第四NPN晶体管Q4、第五PNP晶体管Q5、第六PMOS晶体管Q6、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三发光二极管LED3。 

所述第一电阻R1的一端接处理单元(图2中未示出)的输出端，另一端接所述第一NPN晶体管Q1的基极。 

所述第一NPN晶体管Q1的发射极接地，第一NPN晶体管Q1的集电极经第二电阻R2接第二PNP晶体管Q2的基极。 

所述第二PNP晶体管Q2的发射极接工作电源Vcc，第二PNP晶体管Q2的集电极经第四电阻R4接第三NPN晶体管Q3的基极。 

所述第三电阻R3接在所述第二PNP晶体管Q2的基极和发射极之间。 

所述第三NPN晶体管Q3的发射极接地，所述第三NPN晶体管Q3的集电极接所述第四NPN晶体管Q4的基极和第五PNP晶体管Q5的基极。 

所述第五电阻R5接在所述第三NPN晶体管Q3的基极和发射极之间。 

所述第四NPN晶体管Q4的集电极接第三子蓄电池组BT3的正极和第一稳压二极管D1的阳极。 

所述第一稳压二极管D1的阴极接太阳能电池板的正极V+。 

所述第六电阻R6接在所述第四NPN晶体管Q4的基极和集电极之间。 

所述第四NPN晶体管Q4的发射极和第五PNP晶体管Q5的发射极短接，两者的公共端经所述第七电阻R7接所述第六PMOS晶体管Q6的栅极和第二稳压二极管D2的阳极。 

所述第六PMOS晶体管Q6的源极接所述第三发光二极管LED3的阴极，所述第三发光二极管LED3的阳极接第三子蓄电池组BT3的负极。 

所述第五PNP晶体管Q5的集电极、第六PMOS晶体管Q6的漏极和第二稳压二极管D2的阴极短接后接所述太阳能电池板的负极V-。 

图2所示光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置2的工作原理为： 

所述控制装置2采集的到蓄电池组的当前总蓄电电压(即为三个子蓄电池组当前的总蓄电电压)和太阳能电池板的当前电压。 

假设，将所述太阳能电池板1的电压划分为三个区间：大于14V；小于14V且大于9.6V；小于9.6V且大于3.2V；每个子蓄电池组的额定最高电压为4V。 

基于蓄电池组的特性，为防止蓄电池组出现过充或过放现象，一般会为蓄电池组设定最高蓄电电压和最低蓄电电压。例如，可以设定其最高蓄电电压不得高于其额定最高电压的1.2倍。以本实用新型实施例为例进行说明，每个子蓄电池组的额定最高电压为4V，则所述蓄电池组3的额定最高电压为12V。此时，为防止该蓄电池组3出现过充现象，可以设定该蓄电池组的最高蓄电电压不得高于14.4V；为防止该蓄电池组3出现过放现象，可以设定该蓄电池组的最低蓄电电压不得低于4.8V。 

当所述蓄电池组3的当前总蓄电电压大于14.4V时，表明所述蓄电池组3当前为充满状态，不论所述太阳能电池板1的当前电压为多少，蓄电池组3均不需要充电，此时，所述控制装置2的过充控制装置切断三条控制支路，使蓄电池组3与太阳能电池板1分离。 

当所述蓄电池组3的当前总蓄电电压小于14.4V时，表明所述蓄电池组3需要充电，此时，本实用新型实施例所述控制装置2，能够根据所述太阳能电池板1的当前电压，阶梯形的对不同级别的子蓄电池组进行充电。 

具体的，当所述太阳能电池板1的当前电压大于14V时，说明此时阳光的照度辐射很强(例如阳光的照度为18000勒克斯时，相当于华北地区春秋季节的上午10:00至下午15:00期间)，具备为整个蓄电池组3充电的条件，此时，所述控制装置2导通第一控制支路，使得第一子蓄电池组BT1的负极 与太阳能电池板1的负极相连，通过三个子蓄电池组构成的串联支路，所述太阳能电池板1为三个子蓄电池组BT1、BT2、BT3充电。 

具体的，如图2所示，当所述太阳能电池板1的当前电压大于14V时，所述处理单元输出低电平至所述第一控制支路，使得第一控制支路的第一NPN晶体管Q13截止、第二PNP晶体管Q14截止、第三NPN晶体管Q15截止、第五NPN晶体管Q16截止、第四PNP晶体管Q17导通，从而使得第六PMOS晶体管Q18导通，所述第一子蓄电池组BT1的负极与太阳能电池板1的负极相连，所述太阳能电池板1为三个子蓄电池组BT1、BT2、BT3充电。 

当所述太阳能电池板1的当前电压小于14V且大于9.6V时，说明此时阳光的照度辐射低于标准日照条件(例如阳光的照度为12000勒克斯时，相当于华北地区春秋季节的上午09:00和下午17:00左右)，此时可以设计仅为两个子蓄电池组充电，对应的，所述控制装置2导通第二控制支路、关断第一控制支路，使得第一子蓄电池组BT1的负极与太阳能电池板1的负极断开、第二子蓄电池组BT2的负极与太阳能电池板1的负极相连，通过第二子蓄电池组BT2和第三子蓄电池组BT3构成的串联支路，所述太阳能电池板1为两个子蓄电池组BT2、BT3充电。 

具体的，如图2所示，当所述太阳能电池板的小于14V且大于9.6V时，所述处理单元输出高电平至所述第一控制支路，使得第一控制支路的第一NPN晶体管Q13导通、第二PNP晶体管Q14导通、第三NPN晶体管Q15导通、第五NPN晶体管Q16导通、第四PNP晶体管Q17截止，从而使得第六PMOS晶体管Q18截止，所述第一子蓄电池组BT1的负极与太阳能电池板1的负极断开，所述太阳能电池板1不能再为三个子蓄电池组BT1、BT2、BT3充电；同时，所述处理单元输出低电平至所述第二控制支路，使得第二控制支路的第一NPN晶体管Q7截止、第二PNP晶体管Q8截止、第三NPN晶体管Q9截止、第五NPN晶体管Q10截止、第四PNP晶体管Q11导通，从而使得第六PMOS晶体管Q12导通，所述第二子蓄电池组BT2的负极与太阳能电池板1的负极相连，所述太阳能电池板1为两个子蓄电池组BT2、BT3充电。 

当所述太阳能电池板1的当前电压小于9.6V且大于4.8V时，说明此时阳 光的照度辐射较低(例如阳光的照度为5000勒克斯时，相当于华北地区春秋季节的上午08:00之前和下午18:00以后)，此时可以设计仅为一个子蓄电池组充电，对应的，所述控制装置2导通第三控制支路、关断第二控制支路和第一控制支路，使得第一子蓄电池组BT1和第二子蓄电池组BT2的负极均与太阳能电池板1的负极断开、第三子蓄电池组BT3的负极与太阳能电池板1的负极相连，所述太阳能电池板1为第三子蓄电池组BT3充电。 

具体的，如图1所示，当所述太阳能电池板1的当前电压小于9.6V且大于4.8V时，所述处理单元输出高电平至所述第二控制支路，使得第二控制支路的第一NPN晶体管Q7导通、第二PNP晶体管Q8导通、第三NPN晶体管Q9导通、第五NPN晶体管Q10导通、第四PNP晶体管Q11截止，从而使得第六PMOS晶体管Q12截止，所述第二子蓄电池组BT2的负极与太阳能电池板1的负极断开，所述太阳能电池板1不能再为两个子蓄电池组BT2、BT3充电；同时，所述处理单元输出低电平至所述第三控制支路，使得第三控制支路的第一NPN晶体管Q1截止、第二PNP晶体管Q2截止、第三NPN晶体管Q3截止、第五NPN晶体管Q5截止、第四PNP晶体管Q4导通，从而使得第六PMOS晶体管Q6导通，所述第三子蓄电池组BT3的负极与太阳能电池板1的负极相连，所述太阳能电池板1为第三子蓄电池组BT3充电。 

进一步的，为保证充电效率，在上述充电过程中，当所述太阳能电池板1的当前电压小于3.2V时，表明当前太阳能电池板电压过低，不能为蓄电池组充电，此时，所述过放控制单元切断三条控制支路，使蓄电池组3与太阳能电池板1分离。 

进一步的，为保证充电效率，在上述充电过程中，当所述蓄电池组3的当前总蓄电电压大于14.4V时，表明当前蓄电池组3处于充满状态，不需要充电，此时，所述过充控制单元切断三条控制支路，使蓄电池组3与太阳能电池板1分离。 

本实用新型实施例所述控制装置2，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，在控制装置2内设置有对应于多个日光照射时段的控制支路，通过在不同日光照射时段对不同的子蓄电池组充 电，实现光伏电池的发电量随着环境光照的变化呈阶梯控制，最终将尽可能多的光照辐射能量转化为电能。 

同时，本实用新型实施例所述控制装置，能够有效的保护蓄电池组，避免蓄电池组出现过充或过放现象，延长蓄电池组的使用寿命。 

本实用新型实施例中，所述处理单元22可以采用ADuC845单片机实现，可配有640KB的非易失RAM数据存储器，外扩键盘输入，320×240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路。该ADuC845单片机预留R232接口，能与PV机联机，将现场检测的数据传输至PC机进一步处理、显示、打印和存档。其中，现场检测的数据包括：所述蓄电池组3的实时总蓄电电压和所述太阳能电池板1的实时电压。 

本实用新型实施例中，通过所述电压检测单元21检测得到所述蓄电池组3当前总蓄电电压和所述太阳能电池板1的当前电压，并将检测得到的电压信号送入ADuC845单片机中，直接通过ADuC845单片机自带的模数转换器将所述电压信号转换成数字量。由此，不再需要外接专用的模数转换器，大大简化了外围电路的设计，并且节省了成本。 

所述电压检测单元21可以包括：蓄电池电压检测子单元和电池板电压检测子单元。 

其中，所述蓄电池电压检测单元，用于检测得到所述蓄电池组3当前总蓄电电压，发送至所述处理单元22。 

所述电池板电压检测子单元，用于检测得到所述太阳能电池板1的当前电压，发送至所述处理单元22。 

参照图3，为本实用新型实施例的蓄电池电压检测子单元结构图。如图3所示，所述蓄电池电压检测子单元包括：第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第一电容C1、第七稳压二极管D7。 

所述第三十电阻R30的一端作为所述蓄电池电压检测子单元的输入端，接所述蓄电池组3的正极；所述第三十电阻R30的另一端作为所述蓄电池电 压检测子单元的输出端，接所述处理单元的一输入端(如图3中PC1所示，为所述ADuC845单片机的PC1管脚)。 

所述第三十一电阻R31和第一电容C1分别并联接在所述蓄电池电压检测单元的输入端和地之间。 

所述第七稳压二极管D7的阴极接所述蓄电池电压检测单元的输入端，阳极接地。 

所述蓄电池电压检测子单元，检测得到所述蓄电池组当前总蓄电电压，发送至所述处理单元。 

所述处理单元接收到所述蓄电池组当前总蓄电电压后，对所述当前总蓄电电压进行模数转换(A/D)后，再根据所述当前总蓄电电压，判断得到所述蓄电池组的当前工作状态。 

本实用新型实施例中，为了准确检测得到任何时刻的蓄电池组3的总蓄电电压，采样处的电压需要小于1V，因此，采用1V的稳压二极管D7；所述第一电容C1的作用是滤波。 

设定蓄电池组3的正端电压为U_BAT+，由图3可知，检测得到的蓄电池组3当前总蓄电电压为： 

$U_{\mathrm{out}}=\frac{R31}{R31+R30}\×R_{\mathrm{BAT}+}---\left(1\right)$

参照图4，为本实用新型实施例的电池板电压检测子单元结构图。如图4所示，所述电池板电压检测子单元包括：第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第二电容C2。 

所述第三十二电阻R32的一端接所述太阳能电池板1的正极，所述第三十二电阻R32的另一端接所述第三十四电阻R34的一端。 

所述第三十四电阻R34的另一端接所述太阳能电池板1的负极。 

所述第三十二电阻R32和第三十四电阻R34的公共端接所述第三十三电阻R33的一端，所述第三十三电阻R33的另一端作为所述电池板电压检测子单元的输出端，接所述处理单元的一输入端(如图3中ADC所示，为所述 ADuC845单片机的ADC管脚)。 

所述第三十五电阻R35和第二电容C2分别并联接在所述电池板电压检测子单元的输入端和地之间。 

所述电池板电压检测子单元，检测得到所述太阳能电池板1的当前总蓄电电压，发送至所述处理单元。 

由于太阳能电池板1与蓄电池组3不共地，对所述太阳能电池板1的电压检测就需要与蓄电池组3联系起来。设：太阳能电池板1的正极对地电压为U_SUN+，负极对地电压为U_SUN-，这样真正的太阳能电池板1的电压为： 

U_SUN＝U_SUN+-U_SUN-          (2) 

由于太阳能极板1的正极和蓄电池组3的正极通过一个稳压二极管相连(如图2所示)，所以有： 

U_SUN≈U_BAT+                (3) 

设采样到ADuC845单片机的ADC管脚处的电压为U_S-OUT，由以上公式并按照图4所示的电路，可得到： 

$U_{S-\mathrm{OUT}}=\frac{R35\×(2_{\mathrm{UBAT}+}-U_{\mathrm{SUN}})}{R34+2\×R33+2\×R35}---\left(4\right)$

从而，ADuC845单片机通过对U_S-OUT的判断，检测出当前太阳能电池板1的电压。 

本实用新型实施例所述光伏发电系统，设计了宽范围的充放电控制装置，能够根据太阳能电池板在不同日照条件下的发电情况，包括正常足额发电、强光条件下的过发电以及弱光条件下的弱发电，有效的根据不同时段太阳能光伏发电系统的发电能力，将得到的电能分门别类的进入若干个子蓄电池组进行充电，再将这些储能子蓄电池组进行串并联，最终若干个子蓄电池组以串联方式达到标称的发电电压，以达到正常电网或者用电器件的工作电压的要求，从而使得各个时段的光伏发电系统输出的电压始终保持一致。 

具体的，本实用新型实施例中，将蓄电池组分为若干个子蓄电池组，在光 伏发电系统的发电量达到正常额定电压时，所述太阳能电池板对整个蓄电池组的所有子蓄电池组正常充电；当环境光照度降低，光伏发电系统的发电量低于额定电压时，控制装置根据降低的不同电压区间给所述蓄电池组中的部分子蓄电池组充电，由此，能够充分利用太阳能光伏发电系统在全天不同时段的日照条件下变化的发电特性，提高光伏发电的效率，避免能源浪费。 

以上对本实用新型所提供的一种光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置、及光伏发电系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。 

Claims (10)

1.一种光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述控制装置用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括：太阳能电池板和蓄电池组；所述蓄电池组包括若干个子蓄电池组；

所述控制装置包括：若干个控制支路；所述控制支路与子蓄电池组一一对应；

所述若干个子蓄电池组串联，最后一级子蓄电池组的正极接所述太阳能电池板的正极，各级子蓄电池组的负极均通过一控制支路与太阳能电池板的负极相连；

所述控制装置，用于根据检测得到的所述蓄电池组的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，开通或关断相应的控制支路，使得对应的子蓄电池组进入或退出充电状态。

2.根据权利要求1所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：一电压检测单元、一处理单元和若干个控制支路；

所述电压检测单元，用于检测得到所述蓄电池组当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，发送至所述处理单元；

所述处理单元，用于根据接收到的所述蓄电池组的当前总蓄电电压和所述太阳能电池板的当前电压，开通或关断相应的控制支路；

所述控制支路，用于控制一子蓄电池组进入或退出充电状态。

3.根据权利要求2所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

区间划分单元，用于预先对所述太阳能电池板的电压值进行区间划分；

所述处理单元，用于根据接收到的所述太阳能电池板的当前电压所处的区间和所述蓄电池组的当前总蓄电电压，开通或关断相应的控制支路。

4.根据权利要求2所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括： 

过充控制单元，用于当所述蓄电池组的当前总蓄电电压大于额定电压最高值时，关断所有的控制支路，使所有子蓄电池组均退出充电状态。

5.根据权利要求2所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

过放控制单元，用于当所述太阳能电池板的当前电压低于最低电压值时，关断所有的控制支路，使所有子蓄电池组均退出充电状态。

6.根据权利要求2至5任一项所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述控制支路包括：

第一电阻的一端接处理单元的输出端，另一端接第一NPN晶体管的基极；

所述第一NPN晶体管的发射极接地，集电极经第二电阻接第二PNP晶体管的基极；

所述第二PNP晶体管的发射极接工作电源，集电极经第四电阻接第三NPN晶体管的基极；

第三电阻接在所述第二PNP晶体管的基极和发射极之间；

所述第三NPN晶体管的发射极接地，集电极接第四NPN晶体管的基极和第五PNP晶体管的基极；

第五电阻接在所述第三NPN晶体管的基极和发射极之间；

所述第四NPN晶体管的集电极接最后一级子蓄电池组的正极和第一稳压二极管的阳极；

所述第一稳压二极管的阴极接太阳能电池板的正极；

第六电阻接在所述第四NPN晶体管的基极和集电极之间；

所述第四NPN晶体管的发射极和第五PNP晶体管的发射极短接，两者的公共端经第七电阻接第六PMOS晶体管的栅极和第二稳压二极管的阳极；

所述第六PMOS晶体管的源极接第三发光二极管的阴极，所述第三发光二极管的阳极接与所述控制支路对应的子蓄电池组的负极；

所述第五PNP晶体管的集电极、第六PMOS晶体管的漏极和第二稳压二 极管的阴极短接后接所述太阳能电池板的负极。

7.根据权利要求2至5任一项所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述处理单元采用ADuC845单片机。

8.根据权利要求7所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述电压检测单元包括蓄电池电压检测子单元，用于检测得到所述蓄电池组当前总蓄电电压，发送至所述处理单元；

所述蓄电池电压检测子单元包括：

第三十电阻的一端作为所述蓄电池电压检测子单元的输入端，接所述蓄电池组的正极；

所述第三十电阻的另一端作为所述蓄电池电压检测子单元的输出端，接所述处理单元的一输入端；

第三十一电阻和第一电容分别并联接在所述蓄电池电压检测单元的输入端和地之间；

第七稳压二极管的阴极接所述蓄电池电压检测单元的输入端，阳极接地。

9.根据权利要求7所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置，其特征在于，所述电压检测单元包括所述电池板电压检测子单元，用于检测得到所述太阳能电池板的当前电压，发送至所述处理单元；

所述电池板电压检测子单元包括：

第三十二电阻的一端接所述太阳能电池板的正极，所述第三十二电阻的另一端接第三十四电阻的一端；

所述第三十四电阻的另一端接所述太阳能电池板的负极；

所述第三十二电阻和第三十四电阻的公共端接第三十三电阻的一端，所述第三十三电阻的另一端作为所述电池板电压检测子单元的输出端，接所述处理单元的一输入端；

第三十五电阻和第二电容分别并联接在所述电池板电压检测子单元的输入端和地之间。 

10.一种太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括：太阳能电池板、蓄电池组；所述蓄电池组包括若干个子蓄电池组；

所述系统还包括：如权利要求1至9任一项所述的光伏电池随环境光照变化阶梯发电的控制装置；

所述控制装置用于控制所述太阳能电池板对蓄电池组的充电。 

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