CN204559495U - 光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光伏发电系统。该光伏发电系统包括：光伏电池板；最大功率跟踪电路，与光伏电池板串联，用于控制光伏电池板的输出功率为最大功率；升压电路，与最大功率跟踪电路串联，用于将最大功率跟踪电路的输出电压提升至逆变电压；以及逆变器，与升压电路串联，用于在逆变电压下对升压电路输出的直流电进行逆变处理。通过本实用新型，解决了光伏发电系统发电效率较低的问题，进而通过最大功率跟踪电路控制光伏电池板的输出功率为最大功率，并且升压电路将最大功率跟踪电路的输出电压提升至逆变电压，从而逆变器在逆变电压下对升压电路输出的直流电进行逆变处理，大大提高了光伏发电系统的发电效率。

Description

光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，具体而言，涉及一种光伏发电系统。

背景技术

光伏发电(或者太阳能光伏发电)，例如分布式光伏发电，是指根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能。分布式光伏发电是在用电现场或者靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，或者用以支持现存配电网的经济运行。

光伏组件(也称为太阳能电池板，光伏电池板，光伏电池组件)是太阳能光伏发电系统中的重要组成部分，其作用是将太阳能转换为电能。由于单个光伏组件的输出电压和功率有限，需要将光伏组件进行串、并联使用，光伏组件根据已经确定选用的逆变器额定工作电压范围和功率容量等参数进行选择。在将光伏组件用于发电时，由于在串联电路中，每个光伏组件的电流应该相等，因此同一串联支路中的光伏组件应为同种型号并且应该尽可能保证每个光伏组件具有相同的光照条件，同时还需要对太阳能电池进行最大功率跟踪，提高太阳能电池的转换效率。另外，在光伏组件串并联使用过程中，由于热斑效应和局部功率最大点的存在，组合串并联使用的光伏组件发电效率将大大降低。

目前的光伏发电系统只允许相同型号的光伏组件进行串联，多个光伏组件串联后可以再进行并联，并且尽可能保证每个光伏组件具有相同的光照条件，这样光伏阵列的总功率为所有组件功率之和。

串并联使用光伏组件的措施存在以下几个问题：1、最大功率跟踪对于一整条串联支路而言，并不能实现真正意义上的每个光伏组件最大功率跟踪，这种工作方式下最大功率跟踪效率较低；2、在串并联使用光伏组件过程中，由于部分遮阴问题的存在，会出现局部功率最大点，不利于进行全局最大功率跟踪；3、串联使用光伏电池板过程中，如果其中一个光伏电池板出现热斑效应，则整条支路不能正常工作，甚至还可能出现光伏电池板烧毁的严重后果，从而酿成事故。

针对相关技术中光伏发电系统发电效率较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种光伏发电系统，以解决光伏发电系统发电效率较低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型，提供了一种光伏发电系统。

根据本实用新型的光伏发电系统包括：光伏电池板；最大功率跟踪电路，与光伏电池板串联，用于控制光伏电池板的输出功率为最大功率；升压电路，与最大功率跟踪电路串联，用于将最大功率跟踪电路的输出电压提升至逆变电压；以及逆变器，与升压电路串联，用于在逆变电压下对升压电路输出的直流电进行逆变处理。

进一步地，最大功率跟踪电路包括：最大功率跟踪电路包括：一级升压电路；第一驱动器，用于驱动一级升压电路；以及第一单片机，集成有最大功率跟踪程序，用于控制第一驱动器驱动一级升压电路。

进一步地，一级升压电路包括第一boost电路，第一boost电路包括：第一开关管；第一电感，用于在第一开关管导通时储能；以及第一二极管，用于在第一开关管关闭时释放能量。

进一步地，升压电路包括：二级升压电路；第二驱动器，用于驱动二级升压电路；以及第二单片机，集成有升压程序，用于控制第二驱动器驱动二级升压电路。

进一步地，二级升压电路包括第二boost电路，第二boost电路包括：第二开关管；第二电感，用于在第二开关管导通时储能；以及第二二极管，用于在第二开关管关闭时释放能量。

进一步地，光伏电池板包括多个光伏电池板，多个光伏电池板包括第一光伏电池板和第二光伏电池板，最大功率跟踪电路包括多个最大功率跟踪电路，多个最大功率跟踪电路包括第一最大功率跟踪电路和第二最大功率跟踪电路，其中，第一光伏电池板和第一最大功率跟踪电路串联组成第一串联电路，第二光伏电池板和第二最大功率跟踪电路串联组成第二串联电路，第一串联电路和第二串联电路并联组成第三并联电路，第三并联电路和升压电路串联。

进一步地，多个光伏电池板为48个光伏电池板，每个光伏电池板的功率均为250W，多个最大功率跟踪电路为48个最大功率跟踪电路。

进一步地，该系统还包括：主机，分别与最大功率跟踪电路和升压电路相连接，用于分别对最大功率跟踪电路和升压电路进行控制。

进一步地，该系统还包括：第一通信系统，与主机相连接；第二通信系统，与最大功率跟踪电路以及第一通信系统相连接，用于实现最大功率跟踪电路和主机之间的通信；以及第三通信系统，与升压电路以及第一通信系统相连接，用于实现升压电路和主机之间的通信。

进一步地，二级升压电路的固定升压比为4。

通过本实用新型，采用包括以下设备的系统：光伏电池板；最大功率跟踪电路，与光伏电池板串联，用于控制光伏电池板的输出功率为最大功率；升压电路，与最大功率跟踪电路串联，用于将最大功率跟踪电路的输出电压提升至逆变电压；以及逆变器，与升压电路串联，用于在逆变电压下对升压电路输出的直流电进行逆变处理，解决了光伏发电系统发电效率较低的问题，进而通过最大功率跟踪电路控制光伏电池板的输出功率为最大功率，并且升压电路将最大功率跟踪电路的输出电压提升至逆变电压，从而逆变器在逆变电压下对升压电路输出的直流电进行逆变处理，大大提高了光伏发电系统的发电效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型第一实施例的光伏发电系统的示意图；以及

图2是根据本实用新型第二实施例的光伏发电系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面根据本实用新型的实施例，提供了一种光伏发电系统。

图1是根据本实用新型第一实施例的光伏发电系统的示意图。如图1所示，该光伏发电系统包括：光伏电池板100、最大功率跟踪电路200、升压电路300和逆变器400。

光伏电池板100；最大功率跟踪电路200，与光伏电池板100串联，用于控制光伏电池板100的输出功率为最大功率；升压电路300，与最大功率跟踪电路200串联，用于将最大功率跟踪电路200的输出电压提升至逆变电压；逆变器400，与升压电路300串联，用于在逆变电压下对升压电路300输出的直流电进行逆变处理。

最大功率跟踪电路200根据内部逻辑对光伏电池板100的输出进行最大功率点跟踪，以获取光伏电池板100的最大功率输出，同时也可实现一定比例的升压。例如，可将光伏电池板100的输出电压提升至160V左右。升压电路300根据内部逻辑对最大功率跟踪电路200的输出电压进行预设比例的提升，以将电压提升至逆变器400逆变所需的工作电压。逆变器400在逆变电压下对升压电路300输出的直流电进行逆变处理，得到用于输出的交流电。通过最大功率跟踪电路200进行最大功率点跟踪，以及升压电路300实现高压差升压，可有效避免热斑效应和局部功率最大的问题，保证了最大功率跟踪效率最大化，有效提高了光伏发电系统的发电效率。

可选地，最大功率跟踪电路200包括：一级升压电路；第一驱动器，用于驱动一级升压电路；以及第一单片机，集成有最大功率跟踪程序，用于控制第一驱动器驱动一级升压电路。

最大功率跟踪电路200用于实现对光伏电池板100输出的最大功率跟踪，该电路可以通过一级升压电路、第一驱动器以及第一单片机来实现。一级升压电路能够实现对光伏电池板100的输出电压进行一定比例的升压的目的。第一驱动器用于控制一级升压电路的导通与切断。第一单片机内部集成有用于最大功率跟踪的控制程序，用于实现该电路最大功率跟踪的功能。可选的第一驱动器，例如，IR2121。

可选地，一级升压电路包括第一boost电路，第一boost电路包括：第一开关管；第一电感，用于在第一开关管导通时储能；以及第一二极管，用于在第一开关管关闭时释放能量。例如，一级升压电路为boost电路，即开关直流升压电路，可使输出电压高于输入电压。第一驱动器可以用于控制第一开关管的导通与切断。

升压电路300包括：二级升压电路；第二驱动器，用于驱动二级升压电路；以及第二单片机，集成有升压程序，用于控制第二驱动器驱动二级升压电路。

升压电路300用于对最大功率跟踪电路200的输出电压进行高压差升压。该电路可由二级升压电路、第二驱动器以及第二单片机串并联实现。二级升压电路用于对最大功率跟踪电路200的输出电压进行预设比例的升压，第二驱动器用于控制二级升压电路的导通与切断，第二单片机内部集成有用于升压的控制程序，用于控制输出电压提升至逆变器400逆变所需的工作电压。二级升压电路的固定升压比可根据系统容量进行设定，例如，二级升压电路的固定升压比可设定为4。可选的第二驱动器为低端驱动器，例如，IR2121。

可选地，二级升压电路包括第二boost电路，第二boost电路包括：第二开关管；第二电感，用于在第二开关管导通时储能；以及第二二极管，用于在第二开关管关闭时释放能量。例如，二级升压电路为boost电路，即开关直流升压电路，可使输出电压高于输入电压。第二驱动器可以用于控制第二开关管的导通与切断。

光伏电池板100包括多个光伏电池板，多个光伏电池板包括第一光伏电池板和第二光伏电池板，最大功率跟踪电路200包括多个最大功率跟踪电路，多个最大功率跟踪电路包括第一最大功率跟踪电路和第二最大功率跟踪电路，其中，第一光伏电池板和第一最大功率跟踪电路串联组成第一串联电路，第二光伏电池板和第二最大功率跟踪电路串联组成第二串联电路，第一串联电路和第二串联电路并联组成第三并联电路，第三并联电路和升压电路300串联。

根据不同的系统容量，可以设置多个光伏电池板以及多个最大功率跟踪电路。光伏电池板和最大功率跟踪电路的数量相同。假设光伏电池板和最大功率跟踪电路的数量均为n个，则第一光伏电池板与第一最大功率跟踪电路串联，第二光伏电池板和第二最大功率跟踪电路串联，第三光伏电池板和第三最大功率跟踪电路串联，直至第n光伏电池板和第n最大功率跟踪电路串联。在此之后，上述所有的光伏电池板和最大功率跟踪电路组成的串联电路再进行并联，并联后的电路与升压电路300再进行串联。例如，预设的光伏发电系统的容量为12KW，可设置48个光伏电池板，48个最大功率跟踪电路，并且每个光伏电池板的功率均为250W。优选地，多个光伏电池板中各个光伏电池板的型号相同，多个最大功率跟踪电路中各个最大功率跟踪电路的结构以及各元器件的型号相同，这种方式更有利于对整个光伏发电系统进行控制管理，以及在元器件发生故障时便于对其进行更新替换。

可选地，该系统还可以包括：主机，分别与最大功率跟踪电路200和升压电路300相连接，用于分别对最大功率跟踪电路200和升压电路300进行控制。例如，主机可以实时检测光伏电池板100的输出状况，便于及时发现光伏电池板100存在的问题；也可以根据负载的变化控制输入功率的大小，以保障逆变器400孤岛运行。

可选地，该系统还可以包括：第一通信系统，与主机相连接；第二通信系统，与最大功率跟踪电路200以及第一通信系统相连接，用于实现最大功率跟踪电路200和主机之间的通信；以及第三通信系统，与升压电路300以及第一通信系统相连接，用于实现升压电路300和主机之间的通信。

最大功率跟踪电路200、升压电路300以及主机可分别连接通信系统，通过通信系统实现最大功率跟踪电路200和主机之间的通信，以及升压电路300和主机之间的通信。这种方式便于对光伏发电系统进行更加高效的控制，可即时获知系统的故障点，便于即时通知维护人员对坏损元件进行维修或者更换，也可根据负载的变化即时优化控制策略。需要说明的是，对于光伏发电系统具有多个最大功率跟踪电路的情况，可以使每个最大功率跟踪电路均连接一个通信系统，便于对各个最大功率跟踪电路进行实时监测。通信系统可以采用485通信协议，485通信是在通信距离为几十米到上千米时广泛采用的一种通信方式。

根据本实用新型实施例的光伏发电系统，由于包括：光伏电池板100；最大功率跟踪电路200，与光伏电池板100串联，用于控制光伏电池板100的输出功率为最大功率；升压电路300，与最大功率跟踪电路200串联，用于将最大功率跟踪电路200的输出电压提升至逆变电压；以及逆变器400，与升压电路300串联，用于在逆变电压下对升压电路300输出的直流电进行逆变处理，解决了光伏发电系统发电效率较低的问题，进而通过最大功率跟踪电路200控制光伏电池板100的输出功率为最大功率，并且升压电路300将最大功率跟踪电路200的输出电压提升至逆变电压，从而逆变器400在逆变电压下对升压电路300输出的直流电进行逆变处理，大大提高了光伏发电系统的发电效率。

图2是根据本实用新型第二实施例的光伏发电系统的示意图。如图2所示，该光伏发电系统包括：48块光伏电池板，即光伏电池板01、光伏电池板02至光伏电池板48(其中，光伏电池板02至光伏电池板47在图2中未示出)，48个最大功率跟踪电路，即最大功率跟踪电路01、最大功率跟踪电路02至最大功率跟踪电路48(其中，最大功率跟踪电路02至最大功率跟踪电路47在图2中未示出)，升压电路，IGBT逆变器，主机，以及485通信系统。

具体地，光伏电池板01与最大功率跟踪电路01串联组成第1串联电路，光伏电池板02与最大功率跟踪电路02串联组成第2串联电路，以此类推，直至光伏电池板48与最大功率跟踪电路48串联组成第48串联电路，该48个串联电路并联后与升压电路串联。最大功率跟踪电路01、最大功率跟踪电路02直至最大功率跟踪电路48的电路结构以及元器件的型号相同。下面仅以最大功率跟踪电路01为例进行说明。最大功率跟踪电路01包括第一级boost、IR2121以及单片机1，其中，第一级boost电路与IR2121串联，第一级boost电路与单片机1并联。升压电路包括第二级boost、IR2121以及单片机A，其中，第二级boost电路与IR2121串联，第二级boost电路与单片机A并联。IR2121为低端驱动器，用于驱动第一级boost电路或者第二级boost电路的开通或者切断。

需要说明的是，图1的可选实施例中一级升压电路可以通过该实施例中第一级boost电路来实现，第一驱动器可以通过该实施例中最大功率跟踪电路中的IR2121来实现，第一单片机可以通过该实施例中单片机1(或者单片机2至单片机48中任意一个单片机)来实现，二级升压电路可以通过该实施例中第二级boost电路来实现，第二驱动器可以通过该实施例中升压电路中的IR2121来实现，第二单片机可以通过该实施例中单片机A来实现。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变器为绝缘栅双极型晶体管逆变器，由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成。其与升压电路串联，用于对升压电路输出的直流电进行逆变处理，输出交流电。

最大功率跟踪电路01、最大功率跟踪电路02至最大功率跟踪电路48、升压电路以及主机均连接485通信系统，其中，通过485通信系统主机可以对各个最大功率跟踪电路和升压电路进行控制，例如，主机可实时监测每一块光伏电池板的输出状况，以在光伏电池板出现问题时及时发现并通知维护人员对损坏元件进行维修和更换；另外，通过485通信系统可以根据负载的变化控制输入功率的大小，从而保障逆变系统的孤岛运行。

例如，假设系统容量为12KW，48个光伏电池板为相同功率的电池板，每个光伏电池板的功率为250W。光伏电池板输出经过第一级boost电路进行最大功率跟踪和一定比例的升压，将输出电压提升至160V左右；再利用第二级boost电路进行预设比例的升压，将电压提升至IGBT逆变器逆变所需要的电压值。

需要说明的是，虽然各个最大功率跟踪电路和升压电路的元件组成以及元件之间的连接关系是相同的，但是在最大功率跟踪电路中单片机中集成的是最大功率跟踪程序，在升压电路中集成的是升压程序，在不同程序的控制下，最大功率跟踪电路和升压电路实现不同的功能。另外，根据不同的光伏发电系统的容量，可以设置不同功率、不同数量的光伏电池板，该实施例中48个光伏电池板的设计仅是针对某一系统容量以及特定功率的光伏电池板，本实用新型包括但不仅限于48个光伏电池板。同时，该实施例中48个最大功率跟踪电路以及升压电路的电路结构相似，该设计方式是为了方便实施及便于后期维护管理，本实用新型包括但不仅限于此。

该实施例利用级联boost电路实现最大功率跟踪和高压差比升压，用于光伏并网逆变器发电。光伏电池板01至光伏电池板48分别接入具有的直流升压功能的第一级boost电路，由于不需要串联使用光伏电池板，因此有效避免了热斑效应和局部功率最大的问题，解决了部分遮阴条件下光伏电池板输出特性复杂和最大功率点跟踪困难的难题，有效提高了系统的太阳能发电效率；并且通过在每一个光伏电池板上配置一套简单的通信系统，进而实现了与主机之间的通信，提高了对光伏发电系统的控制效率。

根据该实施例的光伏发电系统采用最大功率跟踪电路和升压电路串联，有效避免了热斑效应和局部功率的问题，保证最大功率跟踪效率最大化，解决了部分遮阴条件下光伏电池输出特性复杂以及最大功率点跟踪困难的难题，进而有效提高了光伏发电系统的发电效率；同时，通信系统的引入，使得整个光伏发电系统更加便于控制，利于系统的有效运行。

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，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：

光伏电池板；

最大功率跟踪电路，与所述光伏电池板串联，用于控制所述光伏电池板的输出功率为最大功率；

升压电路，与所述最大功率跟踪电路串联，用于将所述最大功率跟踪电路的输出电压提升至逆变电压；以及

逆变器，与所述升压电路串联，用于在所述逆变电压下对所述升压电路输出的直流电进行逆变处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述最大功率跟踪电路包括：

一级升压电路；

第一驱动器，用于驱动所述一级升压电路；以及

第一单片机，集成有最大功率跟踪程序，用于控制所述第一驱动器驱动所述一级升压电路。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述一级升压电路包括第一boost电路，所述第一boost电路包括：

第一开关管；

第一电感，用于在所述第一开关管导通时储能；以及

第一二极管，用于在所述第一开关管关闭时释放能量。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述升压电路包括：

二级升压电路；

第二驱动器，用于驱动所述二级升压电路；以及

第二单片机，集成有升压程序，用于控制所述第二驱动器驱动所述二级升压电路。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二级升压电路包括第二boost电路，所述第二boost电路包括：

第二开关管；

第二电感，用于在所述第二开关管导通时储能；以及

第二二极管，用于在所述第二开关管关闭时释放能量。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏电池板包括多个光伏电池板，所述多个光伏电池板包括第一光伏电池板和第二光伏电池板，所述最大功率跟踪电路包括多个最大功率跟踪电路，所述多个最大功率跟踪电路包括第一最大功率跟踪电路和第二最大功率跟踪电路，其中，所述第一光伏电池板和所述第一最大功率跟踪电路串联组成第一串联电路，所述第二光伏电池板和所述第二最大功率跟踪电路串联组成第二串联电路，所述第一串联电路和所述第二串联电路并联组成第三并联电路，所述第三并联电路和所述升压电路串联。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个光伏电池板为48个光伏电池板，每个光伏电池板的功率均为250W，所述多个最大功率跟踪电路为48个最大功率跟踪电路。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

主机，分别与所述最大功率跟踪电路和所述升压电路相连接，用于分别对所述最大功率跟踪电路和所述升压电路进行控制。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一通信系统，与所述主机相连接；

第二通信系统，与所述最大功率跟踪电路以及所述第一通信系统相连接，用于实现所述最大功率跟踪电路和所述主机之间的通信；以及

第三通信系统，与所述升压电路以及所述第一通信系统相连接，用于实现所述升压电路和所述主机之间的通信。

10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二级升压电路的固定升压比为4。