CN203883764U - 带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列 - Google Patents

带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列 Download PDF

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Abstract

本实用新型为带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，包括N个光伏电池组件，光伏电池组件串并联构成阵列，每个光伏电池组件的输出端和一个功率优化器并联，m个光伏电池组件所并联的m个功率优化器的正负端依序相连串接，构成一个光伏电池组件串。N/m个光伏电池组件串的串接的功率优化器首尾端并联相接组成带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列。其中功率优化器由信号采集模块、MPPT模块、驱动电路模块以及DC/DC电路模块组成。本实用新型每个光伏电池组件都接有一个功率优化器，独立进行最大功率追踪，减少集中式MPPT太阳能光伏发电系统中部分阴影遮挡造成的功率损失，大幅提高光伏阵列发电效率，适用于面积受限且易受遮挡的城市光伏发电系统。

Description

带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术应用领域，具体涉及一种带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列。
背景技术
传统的光伏发电阵列组成形式主要是集中式架构，多个光伏电池组件串并联后与太阳能逆变器连接。太阳能逆变器中包含有最大功率追踪模块，简称为MPPT(英文全称为Maximum Power Point Tracking)模块。MPPT模块能够实时侦测光伏发电阵列的电流和电压值，并追踪光伏发电阵列的最大输出功率，使阵列以最大功率输出对蓄电池充电。其主要特点是结构简单，成本较低。但当阵列中的某些光伏电池组件在阴影遮挡时，会使未受遮挡的光伏电池组件受它们的影响，造成光伏发电阵列电流和电压适配问题，导致光伏发电阵列的整体发电效率大幅降低。特别是安装于城市建筑屋顶的光伏发电阵列，面积有限且易受遮挡，且每个光伏电池组件所处环境的温度以及受光照程度或多或少有所差异，采用集中式的MPPT模块对光伏发电阵列整体进行功率追踪，达不到最佳的效果。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，其包括多个光伏电池组件，每个光伏电池组件并联一个功率优化器，对光伏发电阵列的每个光伏电池组件分别进行最大功率追踪，从而避免光伏发电阵列在部分被阴影遮挡时造成的功率损失，提高整个光伏发电阵列的输出功率。
为实现上述目的，本实用新型所设计的带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，包括N个光伏电池组件，光伏电池组件串并联构成阵列，每个光伏电池组件的输出端和一个功率优化器并联，m个光伏电池组件所并联的m个功率优化器的正负端依序相连串接，构成一个光伏电池组件串，m为N的因数，且1＜m＜N。N/m个光伏电池组件串的串接的功率优化器首尾端并联相接组成带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列。
其中功率优化器由信号采集模块、MPPT模块、驱动电路模块以及DC/DC电路模块组成。所述DC/DC电路模块与光伏电池组件的输出端并联，DC/DC电路模块的正负输出端为该功率优化器的正负输出端。所述信号采集模块与DC/DC电路模块连接，对光伏电池组件的输出电压、电流信号分别进行采样与处理，信号采集模块的输出接入MPPT模块的输入端。MPPT模块根据光伏电池组件的输出电压、电流信号产生最大功率追踪的PWM波驱动信号，MPPT模块的输出接入驱动电路模块输入端，驱动电路模块的输出端连接DC/DC电路模块的控制端。
上述方案中，N的取值根据实际所需发电功率或者光伏发电阵列的安装面积决定，较佳方案N为4～1000的整数。
上述方案中，DC/DC电路模块由BOOST电路、分压电阻及测试电阻组成，其中两个分压电阻串联后与BOOST电路的输入端并联，用于测试光伏电池组件的输出电压。测试电阻串联在BOOST电路的输入端正极，用于测试光伏电池组件的输出电流。
上述方案中，信号采集模块由2路信号采样电路和2路A/D转换电路组成，对电池组件的输出电压、电流信号分别进行采样与A/D转换。每路信号采样电路包括差分输入电路、运算放大器、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路，差分输入电路的输入端与DC/DC电路模块连接，差分输入电路、运算放大器、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路依次连接，二阶有源低通滤波电路的输出端送入对应的A/D转换电路。A/D转换电路的输出端与MPPT模块的输入端相连接。
上述方案中，MPPT模块由MPPT电路组成。
上述方案中，驱动电路模块由电气隔离电路和驱动电路组成，电气隔离电路的输入端与MPPT模块的输出端相连，电气隔离电路的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与DC/DC模块的控制端相连。
与现有技术相比，本实用新型带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列的优点为，每个光伏电池组件都接有一个功率优化器，对每个光伏电池组件独立进行最大功率追踪，使阵列中未受阴影遮挡的电池组件不受被遮挡电池组件的影响，仍然能以最大功率输出。大大减少了传统集中式MPPT太阳能光伏发电系统中由于阴影遮挡造成的功率损失。本实用新型在光伏发电阵列面积固定的情况下，大幅提高光伏阵列发电效率，适用于面积受限且易受遮挡的城市光伏发电系统：如屋顶太阳能发电系统。
附图说明
图1是带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列实施例结构示意图。
图2是图1中一个功率优化器的结构框图。
具体实施方式
带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列实施例，如图1所示，由48个光伏电池组件和48个功率优化器组成，图中PV表示光伏电池组件；每块光伏电池组件的输出端和一个功率优化器并联，6个光伏电池组件所并联的6个功率优化器正负端相连串接、构成一个光伏电池组件串，8个光伏电池组件串的串接的功率优化器首尾端并联相接组成带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列。
如图2所示,是本实施例一个功率优化器模块整体框图，其中功率优化器由信号采集模块、MPPT模块、驱动电路模块以及DC/DC电路模块组成。
所述DC/DC电路模块由BOOST电路以及相应的分压电阻和测试电阻组成。本例两个阻值10K～200K的分压电阻串联后与BOOST电路的输入端并联，用于测试BOOST输入端电压值。取值0～1欧的测试电阻串联在BOOST电路的输入端正极，用于测量BOOST电路输入端的电流值。
本例信号采集模块由2路信号采样电路和2路A/D转换电路组成，对电池的输出电压、电流信号分别进行采样与A/D转换。本例每路信号采样电路模块包括差分输入电路、运算放大器、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路，本例差分输入电路由LM358及相应的电阻电容构成，运算放大器为LM358运算放大器，线性隔离电路为HCNR200线性光耦，二阶有源低通滤波电路由LM358和相应的电阻电容构成。两路信号采样电路模块，分别采集光伏电池组件的电流和电压信号，并把其分别送入2路A/D转换电路中。每路差分输入电路的输入端与DC/DC模块输入端的测试电阻并联，差分输入电路、运算放大器、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路依次连接，二阶有源低通滤波电路的输出端送入对应的A/D转换电路。A/D转换电路的输出端与MPPT模块的输入端相连接。为了有效的抑制共模噪声，提高采样精度，本例通过LM358单电源运放构成的差分输入电路采集电压。为了能够将本阵列中的功率放大部分和控制部分进行电气隔离，本例在信号采样电路中选用惠普公司的HCNR200线性光耦。采用二阶有源低通滤波电路对信号采样电路将要输入A/D转换电路的模拟信号进行滤波处理。由于最大功率点跟踪是通过不同占空比的PWM波驱动DC/DC电路模块Boost电路中的MOS管以较高的频率不断地导通/关断来实现的。因此，DC/DC电路模块存在较大的震荡，导致信号夹杂着大量的高频噪声，必须在信号采样电路中加入滤波电路进行信号滤波。
本例信号采集模块中的A/D转换电路由AD1674JNZ模数转换芯片及其相应的外围电路构成。每个信号采集电路对应一路A/D转换电路，可对光伏电池组件的电压和电流信号分别进行模数转换。A/D转换电路的输入接上述信号采样电路的二阶有源低通滤波电路的输出，A/D转换电路的输出送入MPPT模块。模数转换需要一定时间，在转换过程中，如果送给A/D转换芯片的模拟量发生变化，则不能保证精确度。AD1674JNZ模数转换芯片内包含了采样保持电路，能在数模转换芯片进行转换期间保持输出电压不变。在本实施例中，两块AD1674JNZ模数转换芯片能同时对某一时刻的电压和电流信号进行采样。
所述MPPT模块由MPPT电路组成。
本例驱动电路模块由电气隔离电路和驱动电路组成，电气隔离电路由高速光耦6N137芯片及其相应的外围硬件电路构成，驱动电路由两只对称的功率开关管SS8050、S8550及其外围电路构成。电气隔离电路的输入端与MPPT模块输出端相连，电气隔离电路的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与DC/DC模块的控制端相连接。驱动电路输出占空比可变的PWM波送入所连接的DC/DC电路模块的功率开关管，通过占空比可调的PWM波驱动DC/DC电路的功率开关管，达到阻抗匹配的目的，从而实现最大功率追踪。由于MPPT模块输出的PWM波的最大幅值只有3.6V左右，无法直接驱动功率开关管，因此加入一个驱动电路。由于MPPT模块进行最大功率点跟踪时功率开关管的导通/关断频率较高(20KHz)，因此本例驱动电路采用推挽电路结构。在本实施例中，电气隔离电路包括SS8050、S8550两个MOS管、6N137高速光耦，用于功率部分与控制部分的隔离。
上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，包括N个光伏电池组件，光伏电池组件串并联构成阵列，其特征在于：
每个所述光伏电池组件的输出端和一个功率优化器并联，m个光伏电池组件所并联的m个功率优化器的正负端依序相连串接、构成一个光伏电池组件串，m为N的因数，且1＜m＜N；m个光伏电池组件串的串接的功率优化器首尾端并联相接组成带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列；
所述功率优化器由信号采集模块、MPPT模块、驱动电路模块以及DC/DC电路模块组成；所述DC/DC电路模块与光伏电池组件的输出端并联，DC/DC电路模块的正负输出端为该功率优化器的正负输出端；所述信号采集模块与DC/DC电路模块连接，信号采集模块的输出接入MPPT模块的输入端，MPPT模块的输出接入驱动电路模块输入端，驱动电路模块的输出端连接DC/DC电路模块的控制端。
2.根据权利要求1所述的带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，其特征在于：
所述N的取值为4～1000的整数。
3.根据权利要求1所述的带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，其特征在于：
所述DC/DC电路模块由BOOST电路、分压电阻及测试电阻组成，其中两个分压电阻串联后与BOOST电路的输入端并联，测试电阻串联在BOOST电路的输入端正极。
4.根据权利要求1所述的带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，其特征在于：
所述信号采集模块由2路信号采样电路和2路A/D转换电路组成，每路信号采样电路包括差分输入电路、运算放大器、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路，差分输入电路的输入端与DC/DC电路模块连接，差分输入电路、运算放大器、线性隔离电路和二阶有源低通滤波电路依次连接，二阶有源低通滤波电路的输出端送入对应的A/D转换电路；A/D转换电路的输出端与MPPT模块的输入端相连接。
5.根据权利要求1所述的带有太阳能功率优化器的光伏发电阵列，其特征在于：
所述驱动电路模块由电气隔离电路和驱动电路组成，电气隔离电路的输入端与MPPT模块的输出端相连，电气隔离电路的输出端与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与DC/DC模块的控制端相连。
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