CN205453590U - 一种便携式太阳能交直流发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种便携式太阳能交直流发电系统，其包括：光伏组件，双模式MPPT控制器，磷酸铁锂电池，逆变器输出模块以及BUCK软开关输出模块，其中，所述光伏组件输出电连接于所述双模式MPPT控制器，双模式MPPT控制器的输出电连接于所述磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池的输出端电连接于所述逆变器输出模块和BUCK软开关输出模块。该实用新型的便携式太阳能交直流发电系统，其用光伏发电和市电为磷酸铁锂电池充电，同时由磷酸铁锂电池输出交流电和直流电为设备供电，根据环境采用市电充电或光伏发电，能够满足不同环境用电需求，特别是一些边远地区的供电，光伏发电也节能环保，同时采用双模式MPPT控制器，可提高磷酸铁锂电池的寿命及效率。

Description

一种便携式太阳能交直流发电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种便携式太阳能交直流发电系统。

背景技术

我国仍有许多地区存在无电和缺电的现象，比如部队的边防哨所、邮电通讯中继站、公路及铁路的信号站、地质勘探和野外考察工作站、农牧区、海岛驻军、内陆湖泊渔民、地处野外高山的微波站、航标灯、电视差转台站、气象站等。采用电网送电和当地柴油或汽油机组发电的方法成本高，效率低，由于地理位置原因，架线送电路程遥远、线路成本高，而且山区电网的线路维护费用也很高、难以承受。太阳能做为一种新型分布式能源组织形式应运而生，迅速得到国内外学者的广泛关注。太阳能是资源量大、分布最普遍的可再生清洁能源，太阳能光伏发电可直接将太阳光转换成电能，具有良好的经济优越性，但是目前太阳能采用大规模光伏，不便于携带移动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种便携式太阳能交直流发电系统，用于解决现有技术中一些缺电地区无法供电的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为：

本实用新型的一种便携式太阳能交直流发电系统，其包括：光伏组件，双模式MPPT控制器，磷酸铁锂电池，逆变器输出模块以及BUCK软开关输出模块，其中，所述光伏组件输出电连接于所述双模式MPPT控制器，双模式MPPT控制器的输出电连接于所述磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池的输出端电连接于所述逆变器输出模块和BUCK软开关输出模块。

其中，所述的磷酸铁锂电池的输入端还电连接有可为磷酸铁锂电池充电的市电。

其中，所述的逆变器输出模块输出电压为220V。

其中，所述的BUCK软开关输出模块输出的为直流电。

与现有技术相比，该实用新型的便携式太阳能交直流发电系统，其用光伏发电和市电为磷酸铁锂电池充电，同时由磷酸铁锂电池输出交流电和直流电为设备供电，根据环境采用市电充电或光伏发电，能够满足不同环境用电需求，特别是一些边远地区的供电，光伏发电也比较节能环保。

附图说明

图1为本实用新型便携式太阳能交直流发电系统的结构示意框图。

图2为本实用新型便携式太阳能交直流发电系统的BUCK软开关电路图。

具体实施方式

以下参考附图，对本实用新型予以进一步地详尽阐述。

请参阅附图1，该便携式太阳能交直流发电系统，包括：光伏组件1，双模式MPPT控制器2，磷酸铁锂电池3，逆变器输出模块5以及BUCK软开关输出模块6，其中，所述光伏组件1输出电连接于所述双模式MPPT控制器2，双模式MPPT控制器2的输出电连接于所述磷酸铁锂电池3，磷酸铁锂电池3的输出端电连接于所述逆变器输出模块5和BUCK软开关输出模块6。光伏组件1发电经双模式MPPT控制器转换之后给磷酸铁锂电池3充电，同时市电4也可直接给磷酸铁锂电池3充电，磷酸铁锂电池3储存的电能经逆变器输出模块5和BUCK软开关输出模块6输出交流电和直流电，为外部用电设备供电。

其中，所述的逆变器输出模块5输出电压为220V。所述的BUCK软开关输出模块6输出的为直流电。

研究表明，锂离子电池充电截止电压越高，动力电池循环寿命越短；温度越高，单节动力电池容量衰减越快。动力电池组的连接方式与摆放位置和充放电倍率等也对动力电池的循环寿命有影响,所以蓄电池的充电，必须进行超限保护，磷酸铁锂电池采用恒电流与恒电压相结合的方法。当电池先以恒电流充电时，电池电压随时间升高，一旦电池电压达到3.65V时，即转为恒定3.65V电压下继续充电。在恒定电压下，充电电流随时间下降，当电流下降至一定数值时，即可停止充电，并视为充电完成。选择上述充电方法是由磷酸铁锂电池本身的固有特性所决定的，因为磷酸铁锂电池不具有水溶液电解质蓄电池中常有的过充电保护机制。一旦过充电，不仅在正极上由于脱嵌过多锂而发生结构不可逆变化，负极上可能形成金属锂的表面析出；而且可能发生隔膜的分解反应等副反应。由此导致电池循环寿命的急速衰减。

电池如果没有放电保护，同样也会被损坏。当电压到达设定的最低放电电压时，控制器会自动切断负载来保护电池不被过放电。当太阳能电池板对蓄电池的充电达到控制器设定的再次启动电压时，负载才会被再次接通。

在蓄电池的回路间串联了一个自恢复保险丝，有效对蓄电池进行过流保护，减少故障维护，节省人力成本。

因此对于，磷酸铁锂电池3需要加入双模式MPPT控制器2。

传统的单一的MPPT算法思路简单，容易实现，然而已不能满足人们所期望的精度、快速性。近年来，出现了许多双模式MPPT控制算法，即把单一的各种算法两两相结合的改进的新算法，扬长避短，提高了光伏电池的效率。本实用新型的双模式MPPT控制器2即为同时具备上述两种算法的控制器。

加入两种混合最大功率点跟踪(MPPT)算法，提高系统效率。干扰观测法是通过将本次太阳能电池板的输出功率和上次的相比较来确定增加或减少太阳能电池板工作电压来实现MPPT。设在某一时刻t1，太阳能电池板的输出功率为P1，处理器输出信号使太阳能电池板工作电压增大ΔV，一段时间Δt后，在时刻t2(t2＝t1+Δt)检测到太阳能电池板的输出功率为P2。若ΔP(ΔP＝P1-P2)为正，则应该使太阳能电池板工作电压继续增大ΔV，直到ΔP＝0；若ΔP为负，则应该使太阳能电池板工作电压减小，ΔV，直到ΔP＝0。对于ΔV，应选取合适的值。如果ΔV的值太大，太阳能电池板的输出会在最大功率点左右浮动；如果ΔV的值太小，虽然可以保证了跟踪精度，但是需要更多的时间。

电导增量法通过比较太阳能电池板的电导增量和瞬间电导来输出控制信号。当输出电导的变化量等于输出电导的负值，太阳能组件工作在最大功率点。当太阳能电池板的电导增量与瞬间电导的和大于0时，应增加太阳能电池板工作电压，使其达到最大功率点；当太阳能电池板的电导增量与瞬间电导的和小于0时，应减小太阳能电池板工作电压，使其达到最大功率点。增量电导法是一种以扰动太阳电池的输出电压来进行太阳电池最大功率点追踪的一种策略，它是根据在最大功率点时太阳电池的输出功率对电压的微分为0而被提出来的。它能够判断出工作点电压与最大功率点电压的关系。对于功率P有：P＝IV

同时对上式两端对V求导，可得：

dP/dV＝d(IV)/dV＝I+V(dI/dV)

当dP/dV＞0时，V小于最大功率点电压Vmax；当dP/dV＜0时，V小于最大功率点电压Vmax；当dP/dV＝0，V等于最大功率点电压Vmax；将上述三种情况代入上式可得：

当V<Vmax时,dI/dV>-I/V；

当V>Vmax时,dI/dV<-I/V；

当V＝Vmax时,dI/dV＝-I/V；

这样可以根据dI/dV与-I/V之间的关系调整工作点电压，从而实现最大功率跟踪。

增加效率更高的输出软开关BUCK电路，即BUCK软开关输出模块6：

软开关技术问世以来，经历了不断完善和进步的发展过程，目前一些软开关电路以实际应用于开关电源、DC-DC变换器、变频器等电力电子变换装置中，但现有的软开关电路还存在一些缺点，如电路中电压电流应力大、辅助开关工作在硬开关状态、电路内部交换的无功功率大、电路复杂等。降压式(BUCK)变化其是比较常用的电路拓扑之一，是一种输出电压等于或者小于输入电压的单管非隔离DC-DC变换器。在电池供电、计算机、消费类产品和工业设备等需要多电源供电系统中有着广泛的应用。同时，BUCK作为开关电源的重要组成部分，小型化成为其必然的趋势，因而开关频率也必须随之提高，效率也不断提高。

请参阅附图2的软开关电路，电路中主开关管V1在零电流条件下导通，在零电压零电流条件下关断，而且开关过程中的di/dt较低，没有增加主开关的通态损耗。辅助开关管在零电流条件下导通在近似零电压零电流条件下关断，开关损耗很小。主二极管在零电压条件下导通，零电流条件下关断，反向回复问题能得到很好的解决。

主开关的零电流关断的有条件的，要求在其关断前辅助开关管导通，还应使主开关在谐振电感Lr和谐振电容Cr的谐振结束前完成关断，即辅助开关的导通要超前主开关关断的时间满足如下关系

即：

$\frac{1}{w_r}\arcsin \left(\frac{L_{Lf}{Z}_r}{U_i}\right)\&le;\mathrm{\&Delta;}t\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{w_r}-\frac{1}{w_r}\arcsin \left(\frac{I_{Lf}{Z}_r}{U_i}\right)$

软开关BUCK电路工作在电感电流连续工作模式下，给定允许的最大电感电流脉动为Δipp，输出滤波电感Lf需要满足：

$L_f\&GreaterEqual;\frac{U_i-U_o}{{\mathrm{\&Delta;i}}_{pp}{f}_s}D$

式中，D为占空比，fs为开关频率，

给定输出电压纹波分量ΔUo，输出滤波电容Cf的容量可以由下式确定：

$C_f=\frac{U_o}{8L_f{f}_s^2{\mathrm{\&Delta;U}}_o}(1-D)$

由电池转换稳定直流输出，在软开关BUCK电路通过增加啊缓冲电容与谐振电感串联的二极管，使得辅助开关在近似零电压条件下关断，同时有效的截至原电路中存在的循环电流，由此能提高变换器的性能，电路中所有开关器件都能在较好的软开关的条件下完成导通和关断，且电流应力很小，适合IGBT作为开关管，能有效地解决IGBT关断时存在的“拖尾电流”的问题，同时这种电路结构简单、控制容易实现、成本低，能够在实际应用中被采纳。且随着输出功率的增加，输出效率更高，且在整个占空比调节范围内都能实现。

其中，磷酸铁锂电池具有以下优点：超长的寿命：以磷酸铁锂为正极材料的动力电池，循环寿命可达2000次以上。快速充放电：可以以2C大电流快速充放电。使用安全：磷酸铁锂电池即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸，经过严格的安全测试。耐高温：锰酸锂电池和钴酸锂电池电热峰值只能在200℃左右，而磷酸铁锂电池电热峰值可达350℃～500℃。重量较轻，体积较小。同等容量规格的磷酸铁锂电池的体积只有铅酸电池的2/3，重量只有铅酸电池的1/3。

上述内容，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案，本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种便携式太阳能交直流发电系统，其特征在于，包括：光伏组件，双模式MPPT控制器，磷酸铁锂电池，逆变器输出模块以及BUCK软开关输出模块，其中，所述光伏组件输出电连接于所述双模式MPPT控制器，双模式MPPT控制器的输出电连接于所述磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池的输出端电连接于所述逆变器输出模块和BUCK软开关输出模块。

2.如权利要求1所述的便携式太阳能交直流发电系统，其特征在于，所述的磷酸铁锂电池的输入端还电连接有可为磷酸铁锂电池充电的市电。

3.如权利要求1所述的便携式太阳能交直流发电系统，其特征在于，所述的逆变器输出模块输出电压为220V。

4.如权利要求1所述的便携式太阳能交直流发电系统，其特征在于，所述的BUCK软开关输出模块输出的为直流电。