CN205846838U - 太阳能市电互补的供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种太阳能市电互补的供电装置，该供电装置包括：太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块，用于采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率位置操作；及负载恒流源模块，用于控制负载上的电流保持在一固定范围内；其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。本实用新型能经济有效的把太阳能光伏的电能最大化使用，不需要做两次或三次的追踪、转换、再驱动，而直接利用最大输出功率操作点的变动电压和电流去直接驱动恒流的负载，节省了硬件成本，减小设备空间，降低转换损耗。

Description

太阳能市电互补的供电装置

技术领域

本实用新型属于太阳能供电领域，特别是涉及一种并网不逆流的太阳能市电互补的供电装置及供电方法。

背景技术

现有的工商业屋顶电站绝大部分属于轻钢结构建筑，潜在装机规模将达100GW，但很多单位架设了太阳能却无法并网，或者并网发出电来了，电网却无法消化，由于国家电网的限制，或者并网技术不足，或者政令复杂，因而无法拿到并网供电补助，加上当低压侧无法消化生产过多的太阳能电量时，这些过多的电量是无法逆向转到电网高压侧，将成为浪费。

为此有人设置不并网的专用设备，将所发出的太阳能用在不并网专用的直流或交流电力设备，但当太阳能供电不足时，这些设备将切换回一般市电供电，这成为现在的一种解决方案，这类型的方案如图1A，不管是单一切换开关或者多个切换开关都无法完全利用太阳能，图2A显示为单个切换开关的太阳能市电切换的太阳能利用率的概念图，图2B显示为多个切换开关的太阳能市电切换的太阳能利用率的概念图，由图2A及图2B可以看出，在太阳能充裕时高过专用设备之瓦数时，会有很大一部份太阳能无法用于设备，成为浪费，在而在太阳能不足专用设备瓦数时，专用设备切换到市电，此时所产生的太阳能无法成为辅助电力，只能虚耗所产生的太阳能，成为更大的浪费。

因为上述问题与缺点，不使用专用设备而利用逆变器将太阳能转换为220Vac并网，这种直接上网卖电的模型简单，并且相对可靠，而逐渐被青睐成为目前太阳能光伏发电应用的主流。但是低压侧并网，如果用户用电无法消纳，会通过变压器反送到上一级电网，而配电变压器设计是不允许用于反送电能的，必须需要安装防逆流装置来避免电力的反送，结果如之前所述多发的电力只能在低压侧虚耗。此外电力公司无法获得用户自发自用电量的购售电差价，对于地方电力公司是一个实际损失。既增加电网的工作量，对电网又没有实际利益，因此会设置各种理由让投资商不选择这种并网方案。

业界还有一个无法突破的问题就是光伏发电的MPPT最大输出功率操作点追踪的转换损失，太阳能光伏的输出在开路时有最高的电压但是没有电流，在输出短路时电流最大，但是电压为零，这两个极端状况都是有发电，但是输出功率为零，在这两个极端状况中间的操作，输出的电压电流在不同的日照，不同的温度都会变化，在日照充裕电流变大，但是温度升高则电压变低,以上海早晚温差12度为例，在中午时候太阳日照充裕电流最大，但中午太阳能 能模块最热输出电压为最低，在早上时候气温低所以输出电压高但是日照不足电流很小，两者相比，整体而言中午输出瓦数比早上瓦数高很多，MPPT控制器必须在中午以较低压较大电流输出才能得到最大的输出瓦数，在早上则是在较高电压较小电流输出才会得到最大输出瓦数，这种特性在日夜温差更大的高原或者沙漠地带更为显著，冬天夏天也有非常明显的差异，最大输出功率点的电流电压在每天都一直在剧烈的变化着，现实世界的电器是以100/110/220Vac交流供电为主，而MPPT控制器的输出则以12V/24V/48Vdc直流恒定电压输出为主，那么如LED灯具需要恒流供电的应用，MPPT控制器必须先追踪到最大输出功率点，在那个最大功率电流电压操作点上把太阳能转换出的电能取出后，再经由逆变控制转换成为市电交流电或者12V/24V/48V直流电压，再经过LED驱动转换成LED的恒流源形态，每次的转换都要增加硬体成本，还要损失能量。

基于以上所述，提供一种能够有效提高太阳能光伏发电利用率的太阳能市电互补的供电装置及供电方法实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种太阳能市电互补的供电装置及供电方法，用于解决现有技术中太阳能光伏发电利用率较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种太阳能市电互补的供电装置，所述供电装置包括：太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块，用于采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率状态操作；以及负载恒流源模块，用于控制负载上的电流保持在一固定的范围内；其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。

优选地，所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块包括MPPT控制单元，第一PWM波宽调变装置，电压传感器和电流传感器，所述MPPT控制单元控制所述第一PWM波宽调变装置的占空比以调整所述太阳能光伏模块输出电流大小，并分别从所述的电压传感器及电流传感器采集太阳能光伏模块输出的电压值及电流值，所述MPPT控制单元经过所述第一PWM波宽调变装置调整占空比到太阳能光伏模块输出电压乘以输出电流的输出功率为最大值的最大输出功率操作点。

优选地，所述负载恒流源模块包括第二PWM波宽调变装置及负载电流传感器，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比使得负载电流传感器的回馈值符合设定的负载恒流大小。

优选地，所述MPPT最大输出功率模块还包括第一储能电感，所述第一PWM波宽调变装置控制占空比将太阳能光伏模块的输出电流以磁能形态储存在所述第一储能电感。

优选地，所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由所述第一储能电感再经过第一NMOS开关下地。

进一步地，当第一NMOS开关断开时，由于所述第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感的电流由电路参考地经由一个二极管与所述第一储能电感输出至负载线路，所述第一储能电感对外释放磁能，电感电流逐渐减小。

优选的，所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块的输出采用正激式变压器电路，所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由正激式变压器电路从第一NMOS开关储能到所述第一储能电感；当第一NMOS开关断开时，由于第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感中的电流从电路参考地经由一个二极管输出至负载线路。

优选地，所述负载恒流源模块还包括第二储能电感，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比将负载恒流源模块的电流以磁能形态储存在所述第二储能电感，所述第一储能电感的输出电流和第二储能电感的输出电流与市电供电的电压源的输出电流三个电流并联合流进入负载，做电流合流时所述第一储能电感及第二储能电感的电感电压各自自适应变化，所述市电供电的电压源供应的输出电流则自适应的成为第一储能电感的输出电流与第二储能电感的输出电流的差值。

优选地，所述的市电供电的电压源经过一个二极管供电到负载，使得所述MPPT最大输出功率追踪模块及负载恒流源模块的电流不会逆流到市电供电的电压源。

优选地，所述市电供电的电压源的防逆流的二极管之后，还包括一个由第一PWM波宽调变装置和第二PWM波宽调变装置所共用的储能电容，用以回收所述负载恒流源模块中的第二PWM波宽调变装置开关打开时无法经由负载下地的电流，以及吸收所述MPPT模块中第一PWM波宽调变装置输出的纹波电流。

进一步地，所述第二PWM波宽调变装置控制有第二NMOS开关，所述第二NMOS开关通过一电流感测电阻接地，所述第二PWM波宽调变装置经过所述电流感测电阻采集电流对应的回馈电压，以回馈电压值决定增加或者减小占空比使得恒流负载上的电流符合产品电流要求，当所述第二PWM波宽调变装置控制第二NMOS开关导通时，恒流负载上的电流经过电流感测电阻下到电路参考地，当第二PWM波宽调变装置控制第二NMOS开关断开时，恒流负载上的电流经过一个二极管流到所述储能电容。

优选地，所述太阳能光伏模块的输出端连接有二极管，以防止太阳能光伏MPPT最大功 率追踪模块的电流逆流进入所述太阳能光伏模块。

优选地，所述负载所需的工作功率不小于所述太阳能光伏模块输出的最大功率。

本实用新型还提供一种太阳能市电互补的供电方法，包括步骤：步骤1)，基于太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率状态操作；步骤2)，基于市电供电的电压源供应负载所需要的功率，同时基于负载恒流源模块控制负载上的电流保持在一固定的范围内，其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。

优选地，步骤1)包括：步骤1-1)，所述MPPT最大功率追踪模块先控制所述太阳能光伏模块输出一个电流值；步骤1-2)，MPPT最大功率追踪模块采集所述太阳能光伏模块的输出电压与输出电流；以及步骤1-3)，所述MPPT最大功率追踪模块调整输出电流大小使得太阳能光伏模块输出功率为最大。

优选地，步骤1)具体包括：步骤S11，所述MPPT最大功率追踪模块先输出一个设定的最小初始电流I₀＝ΔI₁，其中ΔI₁为第一电流增量；步骤S12，进行快速调整搜寻最佳操作点，将当时的第n次的输出电流I_n调整为前次输出电流I_n-1加上第一电流增量ΔI₁，即I_n＝I_n-1+ΔI₁；步骤S13，检测太阳能光伏模块输出电压是否大幅下降，如果没有大幅下降，则返回到步骤S12继续快速调整搜寻最佳操作点，当检测到太阳能光伏模块输出电压大幅下降时，表示这一次增加ΔI₁太多，则进入步骤S14；步骤S14，将输出电流调整为I_n＝I_n-1-ΔI₁返回到输出电压大幅下降前的电流值；步骤S15，进行慢速增加输出电流搜寻最佳操作点，执行In＝I_n-1+ΔI₂，其中ΔI₂＜ΔI₁；步骤S16，将采集太阳能光伏模块的输出电压与电流相乘得到当时的输出功率W_n，以W_n和上次的W_n-1比较，如果W_n>W_n-1，那么回到步骤S15继续慢速增加输出电流，如果W_n<＝W_n-1，表示电流过大，则进入步骤S17；步骤S17，执行I_n＝I_n-1–ΔI₂；步骤S18，重新以W_n和上次的W_n-1比较，W_n>W_n-1如果为真，那么继续慢速减小I_n，回到步骤S17执行I_n＝I_n-1-ΔI₂；W_n>W_n-1如果为假，即减小I_n使得W_n<＝W_n-1，表示电流过小，则返回S15慢速增加输出电流进行慢速搜寻最佳操作点。

优选地，所述ΔI₁为ΔI₂的2～10倍。

优选地，步骤2)包括步骤：步骤2-1)基于第一PWM波宽调变装置控制占空比将太阳能光伏模块的输出电流以磁能形态储存于第一储能电感，并在适当的时机输出电流到负载；以及步骤2-2)，基于第二PWM波宽调变装置控制占空比将负载恒流源模块的电流以磁能形态储存在所述第二储能电感，所述第一储能电感的输出电流和第二储能电感的输出电流与市 电供电的电压源的输出电流三个电流并联合流进入负载，做电流合流时所述第一储能电感及第二储能电感的电感电压各自自适应变化，所述市电供电的电压源供应的输出电流则自适应的成为第一储能电感的输出电流与第二储能电感的输出电流的差值。

如上所述，本实用新型的太阳能市电互补的供电装置及供电方法，具有以下有益效果：

第一，本实用新型不利用在市电供电与太阳能供电间做切换处理，而是持续不断的将太阳能光伏所发出的全部电能和市电合并同时供应给负载，达到更高的太阳能发电利用率。

第二，本实用新型在所发出的全部电能和市电合并同时供应给负载时，保证不会逆流回到市电电网，所发的太阳能全部在本地直接使用，不会浪费，不会对电网造成任何伤害或者负担。

第三，本实用新型是直接在光伏太阳能电流乘以电压的最大输出功率点的变动电压与变动电流状态下，最大化取出太阳能所发出的全部能量直接驱动恒流负载，将转换损失降到最低。

第四，本实用新型把MPPT中开关电路与恒流负载开关电路的储能电容共用，省掉成本与空间。

第五，本实用新型在最大操作点的变动电压变动电流状态下，进一步提出一种既能升压又能降压，能自适应负载电路电压的输出方式，增加电路的弹性应用范围，有效在太阳光充裕太阳能光伏模块输出电压足够高和太阳光不足太阳能光伏模块输出电压过低的情况下，都能够输出能量到负载。

附图说明

图1A显示为利用切换开关的太阳能市电切换的方案示意图。

图1B显示为本实用新型的并网不逆流的太阳能市电合并供电的方案示意图。

图2A显示为单个切换开关的太阳能市电切换的太阳能利用率的概念图。

图2B显示为多个切换开关的太阳能市电切换的太阳能利用率的概念图。

图2C显示为本实用新型的并网不逆流的太阳能市电合并供电的太阳能利用率的概念图。

图3显示为本实用新型的太阳能市电互补的供电装置的简单系统架构图。

图4显示为本实用新型的太阳能市电互补的供电装置第一种实现方式的系统架构图。

图5～图8分别显示为本实用新型的太阳能市电互补的供电装置第一种实现方式的电路原理示意图。

图9显示为本实用新型的太阳能市电互补的供电装置中MPPT模块的一种实现方式的参考电路图。

图10显示为本实用新型的太阳能市电互补的供电装置的第二种实现方式的系统架构图。

图11显示为本实用新型的太阳能市电互补的供电方法中，MPPT控制模块控制算法的逻辑图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1B、图2C及图3～图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

如图1B所示，本实用新型提出了一种太阳能光伏供电给如LED灯具等的恒流负载的装置与方法，能经济有效的把太阳能光伏所发出的电能做最大化使用，不管日照多强多弱都能几乎完全没有损失的利用了太阳能所发出的所有电能，并且不需要做两次或三次的追踪、转换、再驱动，而是直接利用最大输出功率操作点的变动电压和变动电流去直接驱动恒流的负载，节省了硬件成本，减小设备空间，降低转换损耗。

图2C显示为本实用新型的并网不逆流的太阳能市电互补的供电装置的太阳能利用率的概念图，由图2C可以看出，本实用新型的太阳能市电互补的供电装置在早晨温度低Vout高时，MPPT控制输出升压，而在中午温度高Vout低时，MPPT控制输出降压，不但使得太阳能光伏模块再最大功率输出操作点工作，并且使得太阳能基本被100％利用。

如图3～图4所示，本实施例提供一种太阳能市电互补的供电装置，所述供电装置包括：太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块31(下面简称为MPPT控制模块)，用于采集所述太阳能光伏模块30的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块30输出电流大小使得太阳能光伏模块30在最大输出功率状态操作；以及负载恒流源模块33，用于控制负载上的电流保持在一固定的范围内；其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块30输出的功率时，太阳能光伏模块30输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源35供应。

图3显示为本实用新型的简单系统方块图，系统中有一个太阳能光伏模块30，一个MPPT 控制模块31，所述MPPT控制模块31中有一个第一储能电感32，一个负载恒流源模块33，所述负载恒流源模块33中有一个第二储能电感34，一个市电供电的电压源35，一个LED灯负载36，一个防止逆流的二极管37，一个储能电容38，以及一个开关或二极管39，所述太阳能光伏模块30发出的电能经由MPPT控制模块以开关方式将能量以电流形态储存在所述第一储能电感，电感中储存的磁能和电感电流成正比，电感储存的能量是磁能，以电流形式存在，电感的物理特性是电感中的电流只会慢慢变化，电感电压则是由电感连接的元器件而决定，电压大小方向都会变化，维持住电感中的电流在短的时间内为恒定值，不会瞬间改变，第一储能电感32中的电流经过开关或二极管39并联到LED灯负载36的输入，所述市电供电的电压源35经过一个防止电流逆流的二极管37并联到所述的LED灯负载36的输入，所述LED灯负载36与所述的负载恒流源模块33中的第二储能电感34串联，负载恒流就是储存在第二储能电感34中的磁能电流，和第一储能电感32中的电流一样，电感中的电流只会慢慢变化，电感电压大小方向都会变化，但维持住电感中的电流在每一瞬间为恒定值，不会瞬间改变，所述一个储能电容38也并联到LED灯负载36的输入，储能电容38的另一脚最好接到电路的地，但是也可以是其他直流参考电位。

图3中市电供电的电压源35的额定最大输出功率不小于LED灯负载36功率，而LED灯负载36的功率不小于太阳能光伏模块30的最大输出功率，所以，即使太阳能光伏模块30没有能量输出，LED灯负载36也能正常操作；当太阳能光伏模块30有能量输出时，该能量经由MPPT控制模块31控制开关电路储存到第一储能电感32，这个不会瞬间改变的电流经由开关或二极管39并联到LED灯负载36的输入，由于LED负载36的功率大于太阳能光伏模块30的最大功率，第一储能电感32的电流小于第二储能电感34的电流，LED灯负载36上的电流扣除从第一储能电感32送来的电流的差值，就由市电供电的电压源经由二极管37供应到LED灯负载36的输入。

图4显示为本实用新型的为第一种实现方式的系统方块图，先解释MPPT控制模块31如何将太阳能光伏模块发出的电能储存到储能电感里面，所述太阳能光伏模块30经过一个二极管43输出，此二极管43并非必须不可，MPPT控制模块31经过一个电流感测器42，例如霍尔感测器，感测太阳能光伏模块30的输出电流，并采集太阳能光伏模块的输出电压，然后将所述输出电流与输出电压相乘得到太阳能光伏模块的输出功率，然后MPPT控制模块31根据算法控制第一PWM波宽调变装置(PWM1)41的占空比增加或者减少而改变太阳能光伏模块的输出电流，第一PWM波宽调变装置41控制第一PMOS开关(PMOS)411和第一NMOS开关(NMOS1)412同步开关，当第一PMOS开关411和第一NMOS开关412都导通时， 太阳能光伏模块30的电流输出经由第一PMOS开关411到所述第一储能电感32再经过第一NMOS开关412下地，因此不管太阳能光伏模块30输出电压多低，都能对第一储能电感充磁(加大电流)，当第一PMOS开关411和第一NMOS开关412同步导通时，电流的方向如图5所示，对第一储能电感储能，电感电流逐渐增大。

如图6所示，当第一PMOS开关411和第一NMOS开关412都断开时，由于第一储能电感32中储存的磁能，第一储能电感32中的电流经由二极管414流到LED灯负载的输入串联线路，第二储能电感34和LED灯负载36是串联的，两者的串联顺序可以对调不会影响电路工作，由于第一PMOS开关411和第一NMOS开关412都断开，第一储能电感32的电流由电路参考地经由二极管413流到第一储能电感32，由于储存的能量是磁能，以电流形态存在第一储能电感32中，因此不管LED灯负载的输入端电压多高，电流都会流过去，电压则自适应的根据电路改变，此时第一储能电感32对外释放磁能，电感电流减小，此时的电流方向如图6所示。

如此一来，不管太阳能光伏模块的电压比负载的电压高或低，太阳能光伏模块30所发的电能都能转换成第一储能电感的电流，并且都能供应到次级的负载，这个设计能够保证日照充裕开路电压正常和日照不足开路电压过低的两种状况，太阳能光伏模块30的输出都能顺利供应给负载，不会浪费。

如图7及图8所示，再解释负载恒流源的控制方式，所述LED灯负载36和第二储能电感34串联，利用图4中的第二PWM波宽调变装置(PWM2)44控制第二NMOS开关(NMOS2)441，第二PWM波宽调变装置44经过电流感测电阻R_sen 443采集电流对应的回馈电压Vf，以Vf值决定增加或者减小占空比使得恒流负载上的电流符合产品规格，当第二PWM波宽调变装置44控制第二NMOS开关441导通时，恒流负载上的电流经过R_sen 443下到电路参考地，此时的电流方向如图7所示，当第二PWM波宽调变装置44控制第二NMOS开关441断开时，恒流负载上的电流经过二极管442流到所述的储能电容38，此时的电流方向如图8所示。

所述市电供电的电压源35经过一个二极管37供电到负载，使得所述MPPT最大输出功率追踪模块31及负载恒流源模块33的电流不会逆流到市电供电的电压源35。所述市电供电的电压源35的防逆流的二极管37之后，还包括一个由第一PWM波宽调变装置41和第二PWM波宽调变装置44共用的储能电容38，用以回收所述负载恒流源模块33中的第二PWM波宽调变装置44的第二NMOS开关441打开时无法经由负载下地的电流，以及吸收所述MPPT模块31中第一PWM波宽调变装置41输出的纹波电流。具体地当第一储能电感32和 第二储能电感34都输出电流到储能电容38时，储能电容38上的电压有短暂瞬间高过市电供电的电压源的电压，此时所述的二极管37就产生防止电流逆流的作用，电流积分到储能电容上，在后续使用中再放电到LED灯负载，不会浪费。

设计之初，先选定太阳能光伏模块的最大输出功率小于恒流负载，例如LED灯具，的最大瓦数，所以第一储能电感32上的电流不管如何变化都会小于第二储能电感34上的恒流，两个储能电感连接在一起，相当于是以电流源形态连接，电流的差值就从市电供电的电压源汲取。

另外，需要说明的是，上述电路能升压也能降压，当负载电压高于太阳能光伏电压时，上述电路为升压动作，反之，当负载电压低于太阳能光伏模块30输出电压时，上述电路为降压动作，这是为了部份LED灯具的使用者会在LED通电状况触摸LED，因此很多灯具设计采取SELV安全电压设计，如此LED电压经常设计在36Vdc，而有些太阳能光伏模块的最佳输出电压要比36Vdc高，因此需要PMOS和储能电感做降压转换，但是同一个太阳能光伏模块在太阳光照射不足的状况下，最佳输出电压可能就低于36Vdc，此时又需要进行升压操作，本电路的能升压又能降压的特性，就是解决这个既要降压又要升压的需求；但是如果负载电路的电压永远高于或者低于太阳能光伏模块输出电压时，就可以省略一颗MOS管，例如，优选的为了使LED负载的效率提高，一般选择在同一负载功率瓦数设计时会提高LED电压和降低LED电流，以此减低恒流控制部份消耗电压在整体电压中相对的比例，200Vdc～400Vdc都是常见的LED负载设计，而太阳能光伏模块输出经常在150Vdc以下，那么这时就可以省略所述第一PMOS开关411，单单使用第一NMOS开关412进行升压操作，进一步降低系统成本，并提高系统转换效率，又例如某太阳能光伏模块规格的开路电压V_oc＝17.55V，短路电流Isc＝5.9A，那么对36Vdc的LED负载，永远是升压处理，也能直接以短路取代第一PMOS开关411。

此外，上述电路的开关二极管在逆偏电压较低时可以采用肖特基二极管，以较低的导通电压减少二极管上的功率损耗，但是此二极管逆偏电压过高时，开关二极管可以采用快速二极管。

实施例2

如图9所示，本实施例提供一种太阳能市电互补的供电装置，其基本系统架构如实施例1，与实施例1的不同之处在于，本实施例提供一种实现MPPT控制模块的硬体设计方式的例子，如图9所示，本实施例是利用市面现成的LM5175芯片简单实现如图3的系统功能，在图9中将原来图4中控制第一储能电感32上电流连接方式的第一PMOS开关411改为NMOS 开关51，第一NMOS开关412改为NMOS开关52，从地连接到第一储能电感32的二极管33改为NMOS管53，并且改为经由电流感测电阻56连接到电路参考地，图4中从第一储能电感32连接到储能电容的二极管34改为NMOS管54，大致操作和原来图4类似，但是当太阳能光伏模块输出电压与储能电容电压约略相当时，LM5175会利用直连的方式直接从太阳能光伏模块供电给LED灯负载，此外，利用所述下地的电流感测电阻56做输出电流感测要比图4的电流感测器42便宜，最后MPPT控制模块31经由一个可程式控制的电阻55改变回馈电压，以此控制占空比而改变太阳能输出模块的电流大小，此输出电流大小自然与输出电压根据太阳能光伏模块与电路连接关联改变。

实施例3

如图10所示，本实施例提供一种太阳能市电互补的供电装置，其基本系统架构如实施例1，与实施例1的不同之处在于，图10的MPPT控制模块的输出采用正激式变压器输出电路，熟悉电路原理的人，都能自由的改变整个设计的参数，所述正激式变压器开关电源输出在次级侧有一个储能电感，该储能电感即为图3中MPPT控制模块31中的第一储能电感32，由于该第一储能电感32的存在，使得输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性特别稳定，此外电流储能在所述第一储能电感32中，不会瞬间变化，在高频的开关当中，由于电感的物理特性，成为一个理想的电流源，能和后面的负载恒流源进行电流加减，电感电压以自适应的特性配合变化，完成本实用新型的需求，优选的采取正激式的变压器输出，可以有效的将不同的太阳能光伏MPP操作点的电压和电流经过变压器转换到不同的LED灯具负载所需要的电压和电流，例如某太阳能光伏模块规格开路电压V_oc＝17.55V，短路电流Isc＝5.9A，某一时刻最大功率点最大输出功率PMax.＝55.8W，电流I_MPP＝5.58A，V_MPP 10V，其最大功率点电压V_MPP＝10V左右。可是，灯具效率要高，灯具LED串联电压在200Vdc到400Vdc，于是，正激式电路的变压器可以将最大功率点电压转换至LED灯具的工作电压或附近，符合了我们的电压转换需求。

实施例4

本实施例提供一种太阳能市电互补的供电方法，所述供电方法包括步骤：

如图11所示，首先进行步骤1)，基于太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块采集所述太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率位置操作。作为示例，步骤1)包括：步骤1-1)，所述MPPT最大功率追踪模块先控制所述太阳能光伏模块输出一个电流值；步骤1-2)，MPPT最大功率追踪模块采集所述太阳能光伏模块的输出电压与输出电流；以及步骤1-3)，所述MPPT最大功率追踪模块调整输出电流大小使得太阳能光伏模块输出功率为最大。

具体地，如图11所示，步骤1)具体包括：

步骤S11，所述MPPT最大功率追踪模块先输出一个设定的最小初始电流I₀＝ΔI₁，其中ΔI₁为第一电流增量；

步骤S12，进行快速调整搜寻最佳操作点，将当时的第n次输出的电流I_n调整为前次输出电流I_n-1加上第一电流增量ΔI₁，即I_n＝I_n-1+ΔI₁；

步骤S13，检测太阳能光伏模块输出电压是否大幅下降，如果没有大幅下降，则返回到步骤S12继续快速调整搜寻最佳操作点，当检测到太阳能光伏模块输出电压大幅下降时，表示这一次增加ΔI₁太多，则进入步骤S14；

步骤S14，将输出电流调整为I_n＝I_n-1-ΔI₁返回到输出电压大幅下降前的电流值；

步骤S15，进行慢速增加输出电流搜寻最佳操作点，执行I_n＝I_n-1+ΔI₂，其中ΔI_2＜ΔI₁；

步骤S16，将采集太阳能光伏模块的输出电压与电流相乘得到当时的输出功率W_n，以W_n和上次的W_n-1比较，如果W_n>W_n-1，那么回到步骤S15继续慢速增加输出电流，如果W_n<＝W_n-1，表示电流过大，则进入步骤S17；

步骤S17，执行I_n＝I_n-1–ΔI₂；

步骤S18，重新以W_n和上次的W_n-1比较，W_n>W_n-1如果为真，那么回到步骤S17执行I_n＝I_n-1-ΔI₂，继续慢速减小I_n；W_n>W_n-1如果为假，即减小I_n使得W_n<＝W_n-1，表示电流过小，则返回S15继续进行慢速增加输出电流搜寻最佳操作点。

作为示例，所述ΔI₁为ΔI₂的2～10倍。在本实施例中，所述ΔI₁为ΔI₂的5倍，即ΔI₁＝5ΔI₂。

然后进行步骤2)，基于市电供电的电压源供应负载所需要的功率，同时基于负载恒流源模块控制负载上的电流保持在一固定的范围内，其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。

具体地，步骤2)包括步骤：

步骤2-1)基于第一PWM波宽调变装置控制占空比将太阳能光伏模块的输出电流以磁能形态储存于第一储能电感，并在适当的时机输出电流到负载；

步骤2-2)，基于第二PWM波宽调变装置控制占空比将负载恒流源模块的电流以磁能形态储存在所述第二储能电感，所述第一储能电感的输出电流和第二储能电感的输出电流与市电供电的电压源的输出电流三个电流并联合流进入负载，做电流合流时所述第一储能电感及第二储能电感的电感电压各自自适应变化，所述市电供电的电压源供应的输出电流则自适应 的成为第一储能电感的输出电流与第二储能电感的输出电流的差值。

如上所述，本实用新型的太阳能市电互补的供电装置及供电方法，具有以下有益效果：

第一，本实用新型不利用在市电供电与太阳能供电间做切换处理，而是持续不断的将太阳能光伏所发出的全部电能和市电合并同时供应给负载，达到更高的太阳能发电利用率。

第二，本实用新型在所发出的全部电能和市电合并同时供应给负载时，保证不会逆流回到市电电网，所发的太阳能全部在本地直接使用，不会浪费，不会对电网造成任何伤害或者负担。

第三，本实用新型是直接在光伏太阳能电流乘以电压的最大输出功率点的变动电压与变动电流状态下，最大化取出太阳能所发出的全部能量直接驱动恒流负载，将太阳能光伏模块最佳化运用，并且将转换损失降到最低。

第四，本实用新型把MPPT中开关电路与恒流负载开关电路的储能电容共用，省掉成本与空间。

第五，本实用新型在最大操作点的变动电压变动电流状态下，进一步提出一种既能升压又能降压，能自适应负载电路电压的输出方式，增加电路的弹性应用范围。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种太阳能市电互补的供电装置，其特征在于，所述供电装置包括：

太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块，用于采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率位置操作；

负载恒流源模块，用于控制负载上的电流保持在一固定的范围内；

其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。

2.根据权利要求1所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块包括MPPT控制单元，第一PWM波宽调变装置，电压传感器和电流传感器，所述MPPT控制单元控制所述第一PWM波宽调变装置的占空比以调整所述太阳能光伏模块输出电流大小，并分别从所述的电压传感器及电流传感器采集太阳能光伏模块输出的电压值及电流值，所述MPPT控制单元经过所述第一PWM波宽调变装置调整占空比到太阳能光伏模块输出电压乘以输出电流的输出功率为最大值的最大输出功率操作点。

3.根据权利要求2所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述负载恒流源模块包括第二PWM波宽调变装置及负载电流传感器，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比使得负载电流传感器的回馈值符合设定的负载恒流大小。

4.根据权利要求3所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述MPPT最大输出功率模块还包括第一储能电感，所述第一PWM波宽调变装置控制占空比将太阳能光伏模块的输出电流以磁能形态储存在所述第一储能电感。

5.根据权利要求4所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由所述第一储能电感再经过第一NMOS开关下地。

6.根据权利要求5所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：当第一NMOS开关断开时，由于所述第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感的电流由电路参考地经由一个二极管与所述第一储能电感输出至负载线路，所述第一储能电感对外释放磁能，电感电流逐渐减小。

7.根据权利要求4所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块的输出采用正激式变压器电路，所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由正激式变压器电路从第一NMOS开关储能到所述第一储能电感；当第一NMOS开关断开时，由于第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感中的电流从电路参考地经由一个二极管输出至负载线路。

8.根据权利要求4所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述负载恒流源模块还包括第二储能电感，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比将负载恒流源模块的电流以磁能形态储存在所述第二储能电感，所述第一储能电感的输出电流和第二储能电感的输出电流与市电供电的电压源的输出电流三个电流并联合流进入负载，做电流合流时所述第一储能电感及第二储能电感的电感电压各自自适应变化，所述市电供电的电压源供应的输出电流则自适应的成为第一储能电感的输出电流与第二储能电感的输出电流的差值。

9.根据权利要求1所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述市电供电的电压源经过一个二极管供电到负载，使得所述MPPT最大输出功率追踪模块及负载恒流源模块的电流不会逆流到市电供电的电压源。

10.根据权利要求9所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述市电供电的电压源的防逆流的二极管之后，还包括一个由第一PWM波宽调变装置和第二PWM波宽调变装置所共用的储能电容，用以回收所述负载恒流源模块中的第二PWM波宽调变装置开关打开时无法经由负载下地的电流，以及吸收所述MPPT模块中第一PWM波宽调变装置输出的纹波电流。

11.根据权利要求10所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述第二PWM波宽调变装置控制有第二NMOS开关，所述第二NMOS开关通过一电流感测电阻接地，所述第二PWM波宽调变装置经过所述电流感测电阻采集电流对应的回馈电压，以回馈电压值决定增加或者减小占空比使得恒流负载上的电流符合产品电流要求，当所述第二PWM波宽调变装置控制第二NMOS开关导通时，恒流负载上的电流经过电流感测电阻下到电路参考地，当第二PWM波宽调变装置控制第二NMOS开关断开时，恒流负载上的电流经过一个二极管流到所述储能电容。

12.根据权利要求1所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述太阳能光伏模块的输出端连接有二极管，以防止太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块的电流逆流进入所述太阳能光伏模块。

13.根据权利要求1所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述负载所需的工作功率不小于所述太阳能光伏模块输出的最大功率。