CN208675110U - 光伏功率优化器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏功率优化器，包括隔离变压器和直流变换电路，所述直流变换电路包括输入端和输出端，所述输入端具有正向和反向输入端，所述隔离变压器并联在所述直流变换电路的输出端，所述直流变换电路的反向输入端接地，所述光伏功率优化器通过所述直流变换电路的输入端与光伏组件连接。所述光伏功率优化器通过采用隔离型电路拓扑结构，具备反向输入端接地功能，从而将光伏组件负极接地，形成电场，那么带正电的钠离子会向负极移动，远离TCO层，从而避免腐蚀现象发生。所述光伏功率优化器满足光伏组件负极接地应用要求，能够有效抑制光伏组件TCO导电玻璃腐蚀问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏组件技术领域，特别是指一种光伏功率优化器。
背景技术
在光伏发电系统中，通常由多个光伏组件通过串并联的方式构成光伏阵列。由于每个光伏组件的参数不完全相同，再加上灰尘、阴影遮挡、云、热斑等因素，使得光伏阵列之间互相影响，导致光伏发电系统输出功率减少，最终影响系统发电量。
为了使光伏阵列中每一块太阳能电池板的功率输出都达到最大值，通常在每一块光伏组件的输出端连接一个具有最大功率点跟踪功能的功率优化器，功率优化器的输出再通过串并联的方式重新构建光伏阵列，从而保证在光伏阵列中的某些光伏组件出现功率失配时，其他光伏组件仍然能够保持其最大功率输出。因此，从原理上来说，目前的光伏功率优化器其实是一种具有最大功率跟踪功能的直流直流电能变换器，通过直流-直流升降压变换电路，使光伏组件始终工作在最大功率输出状态，并根据后端逆变器的需求情况调整输出的电压和电流值，保持整体功率输出最大。
在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
由于目前市场上主流光伏组件为晶硅产品，功率优化器都是采用非隔离型电路拓扑结构。为了防止非晶硅薄膜光伏组件TCO(透明导电氧化物)腐蚀效应，在薄膜组件应用中要求其负极接地。因此对于要求负极接地的薄膜光伏组件，此类拓扑结构输入输出之间没有电气隔离元件，无法适用于负极接地的薄膜组件，具有局限性。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种光伏功率优化器，以解决现有的光伏功率优化器都为非隔离型的技术问题。
本实用新型实施例提供了一种光伏功率优化器，包括隔离变压器和直流变换电路，所述直流变换电路包括输入端和输出端，所述输入端具有正向和反向输入端，所述隔离变压器并联在所述直流变换电路的输出端，所述直流变换电路的反向输入端接地，所述光伏功率优化器通过所述直流变换电路的输入端与光伏组件连接。
在本实用新型的一些实施例中，所述直流变换电路还包括BUCK降压电路。
在本实用新型的一些实施例中，所述BUCK降压电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感和第一电容，所述续流二极管并联在所述直流变换电路的输入端，所述续流二极管的负极经过第一电感连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述开关管连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述续流二极管的正极分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
在本实用新型的一些实施例中，所述直流变换电路还包括BOOST升压电路。
在本实用新型的一些实施例中，所述BOOST升压电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感和第一电容，所述开关管并联在所述直流变换电路的输入端，所述开关管的一端依次经过续流二极管的正极、负极连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述第一电感连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述开关管的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
在本实用新型的一些实施例中，所述直流变换电路还包括BUCK-BOOST升降压电路。
在本实用新型的一些实施例中，所述BUCK-BOOST升降压电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电感并联在所述直流变换电路的输入端，所述第一电感的一端依次经过续流二极管的负极、正极连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述开关管连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述第一电感的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
在本实用新型的一些实施例中，所述直流变换电路还包括库克变换电路。
在本实用新型的一些实施例中，所述库克变换电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和第二电容，所述开关管和续流二极管分别并联在所述直流变换电路的输入端，所述开关管的一端依次经过第二电容、第三电感连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述第一电感连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述开关管的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述续流二极管的正极与第二电容和第三电感的公共端连接，负极与所述直流变换电路的反向输入端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
本发明实施例提供的光伏功率优化器通过采用隔离型电路拓扑结构，具备反向输入端接地功能，从而将光伏组件负极接地，形成电场，那么带正电的钠离子会向负极移动，远离TCO层，从而避免腐蚀现象发生。因此，所述光伏功率优化器满足光伏组件负极接地应用要求，能够有效抑制光伏组件TCO导电玻璃腐蚀问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一个实施例的光伏功率优化器的结构示意图；
图2为本实用新型一个实施例的光伏功率优化器与光伏组件的连接示意图；
图3为本实用新型另一个实施例的光伏功率优化器的结构示意图；
图4为本实用新型又一个实施例的光伏功率优化器的结构示意图；
图5为本实用新型再一个实施例的光伏功率优化器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。应当注意，图1-5所示的光伏功率优化器的结构示意图只是示例性的，而非限制性的。
本实用新型的至少一个实施例提供了一种光伏功率优化器，该光伏功率优化器的结构示意图如图1、3-5所示，包括隔离变压器T1和直流变换电路，所述直流变换电路包括输入端Ti和输出端To，所述输入端Ti具有正向输入端Ti+和反向输入端Ti-，所述隔离变压器T1并联在所述直流变换电路的输出端To，所述输出端To具有正向输出端To+和反向输出端To-。进一步地，所述直流变换电路的反向输入端Ti-接地，所述光伏功率优化器通过所述直流变换电路的输入端Ti与光伏组件连接，如图2所示。
TCO(透明导电氧化物)腐蚀主要发生于利用覆盖工艺制备的带有a-Si(无定形硅)电池和CdTe(碲化镉)电池的薄膜组件。组件的单层表面是玻璃盖结构，由于玻璃盖内含约15％的钠物质，在对地存在负偏压的情况下，钠和水发生反应导致TCO腐蚀，从而使组件发生永久性损坏。本发明实施例提供的光伏功率优化器通过采用隔离型电路拓扑结构，具备反向输入端接地功能，从而将光伏组件负极接地，形成电场，那么带正电的钠离子会向负极移动，远离TCO层，从而避免腐蚀现象发生。因此，所述光伏功率优化器满足光伏组件负极接地应用要求，能够有效抑制光伏组件TCO导电玻璃腐蚀问题。
可选地，所述直流变换电路还包括BUCK降压电路。如图1所示，作为本实用新型的又一个实施例，所述BUCK降压电路包括开关管S1、续流二极管D1、第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，所述续流二极管D1并联在所述直流变换电路的输入端Ti，所述续流二极管D1的负极经过第一电感L1连接到所述隔离变压器T1初级线圈的一端，并经过所述开关管S1连接到所述直流变换电路的正向输入端Ti+；所述续流二极管D1的正极分别与所述直流变换电路的反向输入端Ti-、所述隔离变压器T1初级线圈的另一端连接；所述第一电容C1并联在所述直流变换电路的输出端To，所述隔离变压器T1次级线圈的一端经过第二电感L2连接到所述第一电容C1的高压端，所述隔离变压器T1次级线圈的另一端与所述第一电容C1的低压端连接。
所述光伏功率优化器的工作原理描述如下：
当开关管S1导通时，第一电感L1被充磁储能，流经第一电感L1的电流线性增加，同样，隔离变压器T1后的第二电感L2也被充磁储能，输出电流增加，输出电压由充电电流及第一电容C1决定。当开关管S1关断时，第一电感L1及第二电感L2通过续流二极管D1放电，电感电流线性减少，输出电压由输出第一电容C1放电及减小的电感电流决定。因此，通过控制每一个光伏功率优化器开关管S1的通断及通断时间，调节其输出电流大小的变化，实现单个光伏组件的最大功率输出，提升系统发电量。
可选地，所述直流变换电路还包括BOOST升压电路。如图3所示，作为本实用新型的另一个实施例，所述BOOST升压电路包括开关管S1、续流二极管D1、第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，所述开关管S1并联在所述直流变换电路的输入端Ti，所述开关管S1的一端依次经过续流二极管D1的正极、负极连接到所述隔离变压器T1初级线圈的一端，并经过所述第一电感L1连接到所述直流变换电路的正向输入端Ti+；所述开关管S1的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端Ti-、所述隔离变压器T1初级线圈的另一端连接；所述第一电容C1并联在所述直流变换电路的输出端To，所述隔离变压器T1次级线圈的一端经过第二电感L2连接到所述第一电容C1的高压端，所述隔离变压器T1次级线圈的另一端与所述第一电容C1的低压端连接。
所述光伏功率优化器的工作原理描述如下：
当开关管S1导通时，流经第一电感L1的电流线性增加，第一电感L1被充磁储能，续流二极管D1起到阻断作用；隔离变压器T1后的第二电感L2续流电流逐渐减小，输出电压由第二电感L2续流电流及第一电容C1决定。当开关管S1关断时，流经第一电感L1的电流逐渐变小；隔离变压器T1后的第二电感L2续流电流变大，输出电压由第二电感L2电流及输出第一电容C1决定。因此，通过控制每一个光伏功率优化器开关管S1的通断及通断时间，调节其输出电流大小的变化，就可以在输出端得到高于输入电压的电压，最终实现单个光伏组件的最大功率输出，提升系统发电量。
可选地，所述直流变换电路还包括BUCK-BOOST升降压电路。如图4所示，作为本实用新型的又一个实施例，所述BUCK-BOOST升降压电路包括开关管S1、续流二极管D1、第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，所述第一电感L1并联在所述直流变换电路的输入端Ti，所述第一电感L1的一端依次经过续流二极管D1的负极、正极连接到所述隔离变压器T1初级线圈的一端，并经过所述开关管S1连接到所述直流变换电路的正向输入端Ti+；所述第一电感L1的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端Ti-、所述隔离变压器T1初级线圈的另一端连接；所述第一电容C1并联在所述直流变换电路的输出端To，所述隔离变压器T1次级线圈的一端经过第二电感L2连接到所述第一电容C1的高压端，所述隔离变压器T1次级线圈的另一端与所述第一电容C1的低压端连接。
所述光伏功率优化器的工作原理描述如下：
当开关管S1导通时，输入电压加载在第一电感L1两端，流经电感L1的电流线性增加，续流二极管D1处于反向阻断状态，输出电压由第二电感L2续流电流及第一电容C1决定。当开关管S1关断时，第一电感L1两端电压极性翻转，流经第一电感L1上的电流逐渐减小，输出电压由第二电感L2电流及输出第一电容C1决定。因此，通过控制每一个光伏功率优化器开关管S1的通断及通断时间，调节其输出电流大小的变化，实现单个光伏组件的最大功率输出，提升系统发电量。
可选地，所述直流变换电路还包括库克变换电路。如图5所示，作为本实用新型的再一个实施例，所述库克变换电路包括开关管S1、续流二极管D1、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1和第二电容C2，所述开关管S1和续流二极管D1分别并联在所述直流变换电路的输入端Ti，所述开关管S1的一端依次经过第二电容C2、第三电感L3连接到所述隔离变压器T1初级线圈的一端，并经过所述第一电感L1连接到所述直流变换电路的正向输入端Ti+；所述开关管S1的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端Ti-、所述隔离变压器T1初级线圈的另一端连接；所述续流二极管D1的正极与第二电容C2和第三电感L3的公共端连接，负极与所述直流变换电路的反向输入端Ti-连接；所述第一电容C1并联在所述直流变换电路的输出端To，所述隔离变压器T1次级线圈的一端经过第二电感L2连接到所述第一电容C1的高压端，所述隔离变压器T1次级线圈的另一端与所述第一电容C1的低压端连接。
所述光伏功率优化器的工作原理描述如下：
当开关管S1关断时，通过第一电感L1、续流二极管D1对旁路电容C2充电。当开关管S1导通时，会产生两路电流，一路电流流经第一电感L1，第一电感L1被充磁储能；另一路电流流过电感L3，电感L3也充磁储能，输出电压由第二电感L2及第一电容C1决定；当开关管S1关断时，第一电感L1两端电压反向，与输入电源叠加后经续流二极管D1对第一电感C1充电，另外由于开关管S1关断使电感L3流过的电流减小，输出电压由第二电感L2及第一电容C1决定。CUK变换隔离电路的优点是流过负载的电流是连续的，即在开关管S1导通关断期间负载都有电流通过。因此，通过控制每一个光伏功率优化器开关管S1的通断及通断时间，调节其输出电流大小的变化，实现单个光伏组件的最大功率输出，提升系统发电量。
可见，本实用新型提供的隔离型光伏功率优化器解决了普通非隔离优化器不能用于有负极接地要求的光伏组件发电系统的局限性，同时也解决了光伏组件局部阴影及光照不均匀导致功率损失的问题，从而扩展了功率优化器的应用范围。
另外，在非隔离并网发电系统中，光伏组件与接地外壳之间存在寄生电容，光伏组件、逆变器、电网通过寄生电容形成共模回路。共模回路中共模电压的变化引起回路中电感、电容充放电，产生共模电流。高频共模电流增加并网电流谐波以及损耗，也会引起电磁干扰，影响电气设备，产生安全隐患。采用本实用新型提供的隔离型光伏功率优化器还可以实现系统电气隔离，保障人身安全，简单有效的消除共模电流。
由此可见，本发明实施例提供的光伏功率优化器通过采用隔离型电路拓扑结构，具备反向输入端接地功能，从而将光伏组件负极接地，形成电场，那么带正电的钠离子会向负极移动，远离TCO层，从而避免腐蚀现象发生。因此，所述光伏功率优化器满足光伏组件负极接地应用要求，能够有效抑制光伏组件TCO导电玻璃腐蚀问题。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (9)
1.一种光伏功率优化器，其特征在于，包括隔离变压器和直流变换电路，所述直流变换电路包括输入端和输出端，所述输入端具有正向和反向输入端，所述隔离变压器并联在所述直流变换电路的输出端，所述直流变换电路的反向输入端接地，所述光伏功率优化器通过所述直流变换电路的输入端与光伏组件连接。
2.根据权利要求1所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述直流变换电路还包括BUCK降压电路。
3.根据权利要求2所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述BUCK降压电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感和第一电容，所述续流二极管并联在所述直流变换电路的输入端，所述续流二极管的负极经过第一电感连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述开关管连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述续流二极管的正极分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
4.根据权利要求1所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述直流变换电路还包括BOOST升压电路。
5.根据权利要求4所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述BOOST升压电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感和第一电容，所述开关管并联在所述直流变换电路的输入端，所述开关管的一端依次经过续流二极管的正极、负极连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述第一电感连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述开关管的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
6.根据权利要求1所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述直流变换电路还包括BUCK-BOOST升降压电路。
7.根据权利要求6所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述BUCK-BOOST升降压电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电感并联在所述直流变换电路的输入端，所述第一电感的一端依次经过续流二极管的负极、正极连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述开关管连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述第一电感的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
8.根据权利要求1所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述直流变换电路还包括库克变换电路。
9.根据权利要求8所述的光伏功率优化器，其特征在于，所述库克变换电路包括开关管、续流二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和第二电容，所述开关管和续流二极管分别并联在所述直流变换电路的输入端，所述开关管的一端依次经过第二电容、第三电感连接到所述隔离变压器初级线圈的一端，并经过所述第一电感连接到所述直流变换电路的正向输入端；所述开关管的另一端分别与所述直流变换电路的反向输入端、所述隔离变压器初级线圈的另一端连接；所述续流二极管的正极与第二电容和第三电感的公共端连接，负极与所述直流变换电路的反向输入端连接；所述第一电容并联在所述直流变换电路的输出端，所述隔离变压器次级线圈的一端经过第二电感连接到所述第一电容的高压端，所述隔离变压器次级线圈的另一端与所述第一电容的低压端连接。
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2018
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