CN203352246U - 一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器 - Google Patents

一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器 Download PDF

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陈芳
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李科
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Abstract

本实用新型公开了一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器,包括依次配合连接的光伏电池组、采样主回路、充电主回路和用于接负载的超级电容器组,与所述采样主回路连接的电流及电压采样模块,与所述充电主回路连接的光耦隔离模块,以及分别与所述电流及电压采样模块和光耦隔离模块连接的MCU主控器。本实用新型所述基于超级电容储能器的小型光伏控制器,可以克服现有技术中功率损失大和经济效益差等缺陷,以实现功率损失小和经济效益好的优点。

Description

—种基于超级电容储能器的小型光伏控制器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及光伏发电技术领域,具体地,涉及一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器。
背景技术
[0002] 能源是人类社会存在和发展的重要物质基础,随着社会的发展,能源日渐减少,并伴随着环境问题日益突出,使得越来越多的国家把目光投向可再生能源。太阳能作为重要能源之一,以其永不枯竭,无污染等优点,正得到迅速的发展。
[0003] 但是太阳能电池在其工作过程中,由于受环境(主要包括日照强度,温度)的影响,其输出具有明显的非线性特性,造成电池与负载之间的不匹配,从而不能使太阳能最大效率地转化为电能输出。
[0004] 为了实现光伏发电系统的功率输出最大化,就需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪控制,即MPPT控制。在光伏控制技术上,MPPT控制方法有很多种,目前市场上常用的是使用CVT(恒定电压跟踪)控制技术的控制器,因为CVT法较为简单,制造相对也容易,但是此种控制技术带来了较为严重的功率损失,相对于光伏电池价格的高昂以及电力电子技术的日益发展,显得很不经济实用。
[0005] 如果用超级电容器可解决这个问题,从而提高太阳能电池的利用率。超级电容器作为一种新兴的储能装置具有体积小、储能密度大、无电化学反应、免维护、使用寿命长等优点。另外,它的漏电流小,效率超过95%。将超级电容器用于光伏发电系统可以更充分地利用超级电容器的特性,更大限度地利用光伏电池发出的电能。
[0006] 在实现本实用新型的过程中,发明人发现现有技术中至少存在功率损失大和经济
效益差等缺陷。
实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的在于,针对上述问题,提出一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器,以实现功率损失小和经济效益好的优点。
[0008] 为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器,包括依次配合连接的光伏电池组、采样主回路、充电主回路和用于接负载的超级电容器组,与所述采样主回路连接的电流及电压采样模块,与所述充电主回路连接的光耦隔离模块,以及分别与所述电流及电压采样模块和光耦隔离模块连接的MCU主控器。
[0009] 进一步地,所述采样主回路,包括分别连接在所述光伏电池组两端的第一电容Cl和第一电阻支路,连接在所述超级电容器组两端的第二电阻支路,以及与所述充电主回路连接的第三电阻R3 ;
[0010] 所述充电主回路连接在所述第一电阻支路与第二电阻支路之间;所述第一电阻支路、第二电阻支路和第三电阻R3的采样端分别连接至电流及电压采样模块。
[0011] 进一步地,所述第一电阻支路,包括相连的第一电阻Rl和第二电阻R2 ;所述第一电阻Rl和第二电阻R2的公共端为采样端;和/或,
[0012] 所述第二电阻支路,包括相连的第四电阻R4和第五电阻R5 ;所述第四电阻R4和第五电阻R5的公共端为米样端。
[0013] 进一步地,所述充电主回路,包括开关管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、电感LI和第二电容C2,其中:
[0014] 所述开关管Ql的控制端与所述光耦隔离模块连接,开关管Ql的第一连接端与第一电阻Rl和光伏电池组的公共端连接,开关管Ql的第二连接端与第一二极管Dl的阳极连接;第一二极管Dl的阴极依次经电感L1、第二电容C2和第三电阻R3后,与第二电阻R2和光伏电池组的公共端连接;第二二极管D2的阴极与第一二极管Dl的阴极连接,第二二极管D2的阳极与第二电阻R2和光伏电池组的公共端连接;
[0015] 所述第二电容C2的两端,分别与第四电阻R4和超级电容器组的公共端、以及第五电阻R5和超级电容器组的公共端连接;第三电阻R3和第二电容C2的公共端为采样端。
[0016] 进一步地,所述MCU主控器,具体包括C8051F310单片机。
[0017] 进一步地,所述光耦隔离模块,具体包括光耦TLP250。
[0018] 本实用新型各实施例的基于超级电容储能器的小型光伏控制器,由于包括依次配合连接的光伏电池组、采样主回路、充电主回路和用于接负载的超级电容器组,与采样主回路连接的电流及电压采样模块,与充电主回路连接的光耦隔离模块,以及分别与电流及电压采样模块和光耦隔离模块连接的MCU主控器;可以实现光伏电池的最大功率跟踪控制,并具有体积小,价格低和接线简单等优点;从而可以克服现有技术中功率损失大和经济效益差的缺陷,以实现功率损失小和经济效益好的优点。
[0019] 本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本实用新型而了解。
[0020] 下面通过附图和实施例,对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0021] 附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0022] 图1为本实用新型基于超级电容储能器的小型光伏控制器的工作原理示意图。
具体实施方式
[0023] 以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0024] 根据本实用新型实施例,如图1所示,提供了一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器,包括依次配合连接的光伏电池组、采样主回路、充电主回路和用于接负载的超级电容器组,与采样主回路连接的电流及电压采样模块,与充电主回路连接的光耦隔离模块,以及分别与电流及电压采样模块和光耦隔离模块连接的MCU主控器。这里,MCU主控器,具体包括C8051F310单片机;光耦隔离模块,具体包括光耦TLP250。
[0025] 具体地,上述采样主回路,包括分别连接在光伏电池组两端的第一电容Cl和第一电阻支路,连接在超级电容器组两端的第二电阻支路,以及与充电主回路连接的第三电阻R3 ;充电主回路连接在第一电阻支路与第二电阻支路之间;第一电阻支路、第二电阻支路和第三电阻R3的采样端分别连接至电流及电压采样模块。第一电阻支路,包括相连的第一电阻Rl和第二电阻R2 ;第一电阻Rl和第二电阻R2的公共端为采样端;和/或,第二电阻支路,包括相连的第四电阻R4和第五电阻R5 ;第四电阻R4和第五电阻R5的公共端为采样端。
[0026] 上述充电主回路,包括开关管Ql、第一二极管Dl、第二二极管D2、电感LI和第二电容C2,其中:开关管Ql的控制端与光耦隔离模块连接,开关管Ql的第一连接端与第一电阻Rl和光伏电池组的公共端连接,开关管Ql的第二连接端与第一二极管Dl的阳极连接;第一二极管Dl的阴极依次经电感L1、第二电容C2和第三电阻R3后,与第二电阻R2和光伏电池组的公共端连接;第二二极管D2的阴极与第一二极管Dl的阴极连接,第二二极管D2的阳极与第二电阻R2和光伏电池组的公共端连接;第二电容C2的两端,分别与第四电阻R4和超级电容器组的公共端、以及第五电阻R5和超级电容器组的公共端连接;第三电阻R3和第二电容C2的公共端为采样端。
[0027] 在上述实施例的基于超级电容储能器的小型光伏控制器中,控制器主回路及控制电路(即MCU主控器)采用脉宽调制的方法,通过控制开关管Ql的开通状态将光伏电池组的直流信号变换成一个可变占空比的脉冲信号,从而改变光伏电池组的等效负载,进而达到MPPT功能。充电主回路采用的是BUCK型降压电路,通过斩波形式将平均输出电压降低,通过调节占空比来达到调节光伏电池输出电压的目的,使其输出电压能够保持在最大功率点的电压处。工作过程中,开关管Ql反复导通和截止,两种不同状态的切换,将光伏电池组输出的直流电压转换为脉冲形式的电压,再经过电感LI和电容C2滤波,形成直流电压输出。
[0028] 在上述实施例的基于超级电容储能器的小型光伏控制器中,MCU主控器,具体可以为Silicon公司生产的C8051F310单片机。该MCU控制器通过A/ D采样通道将从控制主回路采样到的光伏电池组电压、电流及超级电容器组端电压,经转化到MCU主控器内,并计算出光伏电池组的输出功率。然后根据MPPT控制方法,从MCU主控器的PWM输出口输出一个频率约为24 kHz的PWM波,此脉冲波通过光耦隔离模块(如光耦TLP250)来驱动开关管Q1,最终达到利用MPPT控制来给超级电容器组充电。当MCU主控器检测到晚上或天阴,即MCU主控器给出控制信号,使超级电容器组开始放电。二极管Dl起到防反充的作用,即只有当光伏电池组电压高于超级电容器组端电压时才能够导通;而当阴天或晚上时,光伏电池组电压低于超级电容器组电压时,防止超级电容器给光伏电池放电。
[0029] 综上所述,本实用新型上述实施例的基于超级电容储能器的小型光伏控制器,至少可以达到以下优点:
[0030] ⑴带过充和过放保护功能;防止超级电容器过充和过放,增强了储能器的寿命,从而保证了系统长期而有效的稳定运行;
[0031] ⑵对超级电容器更快速更稳定地充电,适用于光伏发电系统的光伏电池输出功率不稳定的特点,更有效地利用光伏电池所发出的电能,使得MPPT控制技术更加适用;
[0032] ⑶采用C8051F310单片机构成的MPPT控制器能够实现光伏电池的最大功率跟踪控制,并具有体积小,价格低和接线简单等优点,因而具有实用价值。
[0033] 最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于超级电容储能器的小型光伏控制器,其特征在于,包括依次配合连接的光伏电池组、采样主回路、充电主回路和用于接负载的超级电容器组,与所述采样主回路连接的电流及电压采样模块,与所述充电主回路连接的光耦隔离模块,以及分别与所述电流及电压采样模块和光耦隔离模块连接的MCU主控器。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容储能器的小型光伏控制器,其特征在于,所述采样主回路,包括分别连接在所述光伏电池组两端的第一电容Cl和第一电阻支路,连接在所述超级电容器组两端的第二电阻支路,以及与所述充电主回路连接的第三电阻R3 ; 所述充电主回路连接在所述第一电阻支路与第二电阻支路之间;所述第一电阻支路、第二电阻支路和第三电阻R3的采样端分别连接至电流及电压采样模块。
3.根据权利要求2所述的基于超级电容储能器的小型光伏控制器,其特征在于,所述第一电阻支路,包括相连的第一电阻Rl和第二电阻R2 ;所述第一电阻Rl和第二电阻R2的公共端为采样端;和/或, 所述第二电阻支路,包括相连的第四电阻R4和第五电阻R5 ;所述第四电阻R4和第五电阻R5的公共端为采样端。
4.根据权利要求3所述的基于超级电容储能器的小型光伏控制器,其特征在于,所述充电主回路,包括开关管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、电感LI和第二电容C2,其中: 所述开关管Ql的控制端与所述光耦隔离模块连接,开关管Ql的第一连接端与第一电阻Rl和光伏电池组的公共端连接,开关管Ql的第二连接端与第一二极管Dl的阳极连接;第一二极管Dl的阴极依次经电感L1、第二电容C2和第三电阻R3后,与第二电阻R2和光伏电池组的公共端连接;第二二极管D2的阴极与第一二极管Dl的阴极连接,第二二极管D2的阳极与第二电阻R2和光伏电池组的公共端连接; 所述第二电容C2的两端,分别与第四电阻R4和超级电容器组的公共端、以及第五电阻R5和超级电容器组的公共端连接;第三电阻R3和第二电容C2的公共端为采样端。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于超级电容储能器的小型光伏控制器,其特征在于,所述MCU主控器,具体包括C8051F310单片机。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的基于超级电容储能器的小型光伏控制器,其特征在于,所述光稱隔离模块,具体包括光稱TLP250。
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