CN217935103U - 光伏储能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏储能控制系统，包括光能转换单元、输出单元以及储能单元，所述光能转换单元利用光电效应，将光能转换成电能；所述输出单元连接所述光能转换单元，至少用于根据预设负载所需功率输出所述光能转换单元所转换的部分或全部电能；所述储能单元连接所述光能转换单元并与所述光能转换单元之间形成有可通断的充电回路，所述储能单元连接所述输出单元并与所述输出单元之间形成有可通断的放电回路。本实用新型的光伏储能控制系统，针对光能转换单元(太阳能板)输出功率的不同情况，自动实现储能单元(储能电池)能量的双向流动，并实现光能转换单元(太阳能板)的最大功率输出。

Description

光伏储能控制系统

技术领域

本实用新型是关于太阳能技术领域，特别是关于一种光伏储能控制系统。

背景技术

随着经济的飞速发展和能源需求的不断增长，太阳能充电技术的重要性日益显著。然而，光伏充电具有间歇性和波动性的特点，传统的光伏储能系统无法满足用电负载对于供电连续性和平稳性的要求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光伏储能控制系统，针对光能转换单元(太阳能板)输出功率的不同情况，自动实现储能单元(储能电池)能量的双向流动，并实现光能转换单元(太阳能板)的最大功率输出。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种光伏储能控制系统，包括光能转换单元、输出单元以及储能单元。

所述光能转换单元利用光电效应，将光能转换成电能；所述输出单元连接所述光能转换单元，至少用于根据预设负载所需功率输出所述光能转换单元所转换的部分或全部电能；所述储能单元连接所述光能转换单元并与所述光能转换单元之间形成有可通断的充电回路，所述储能单元连接所述输出单元并与所述输出单元之间形成有可通断的放电回路；

其中，当所述光能转换单元所发出的最大功率大于预设负载所需功率时，所述充电回路接通，所述放电回路断开，所述光能转换单元所转换的多余电能存储至所述储能单元；当所述光能转换单元所发出的最大功率小于预设负载所需功率时，所述充电回路断开，所述放电回路接通，所述储能单元为预设负载进行补充供电。

在一个或多个实施方式中，所述光伏储能控制系统具有可切换的两种工作模式：在第一工作模式下，所述充电回路接通，所述放电回路断开，所述光能转换单元分别连通所述输出单元和所述储能单元，向所述输出单元所连接的预设负载提供定额电压的同时，向所述储能单元输入转化的多余电能；在第二工作模式下，所述充电回路断开，所述放电回路接通，所述光能转换单元与所述储能单元分别连通所述输出单元，所述光能转换单元向所述输出单元所连接的预设负载提供全部电能的同时，所述储能单元向所述输出单元进行补充电能的输入。

在一个或多个实施方式中，所述光能转换单元、所述输出单元以及所述储能单元之间还设置有直流升压降压模块，所述光能转换单元通过所述直流升压降压模块分别连通所述输出单元和所述储能单元；所述储能单元通过所述直流升压降压模块连通所述输出单元，所述直流升压降压模块用于向所述输出单元提供预设负载所需的电压。

在一个或多个实施方式中，所述储能单元与所述直流升压降压模块之间的放电回路中还设置有数控恒压模块，所述数控恒压模块用于配合所述直流升压降压模块，调整所述光能转换单元输出至所述输出单元的最大功率。

在一个或多个实施方式中，所述储能单元与所述直流升压降压模块之间的充电回路中还设置有数控恒流模块，所述数控恒流模块用于配合所述直流升压降压模块，调整所述光能转换单元输出至所述输出单元的最大功率。

在一个或多个实施方式中，所述直流升压降压模块包括三端口DC-DC变换器。

在一个或多个实施方式中，所述光能转换单元包括太阳能板。

在一个或多个实施方式中，所述储能单元包括储能电池。

在一个或多个实施方式中，所述输出单元包括负载端口。

与现有技术相比，本实用新型的光伏储能控制系统，针对光能转换单元(太阳能板)输出功率的不同情况，自动实现储能单元(储能电池)能量的双向流动，并实现光能转换单元(太阳能板)的最大功率输出。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式的光伏储能控制系统的原理框图。

图2是本实用新型一实施方式的光伏储能控制系统的结构图。

图3是本实用新型一实施方式的光伏储能控制系统在第一工作模式下连接关系图。

图4是本实用新型一实施方式的光伏储能控制系统在第二工作模式下连接关系图。

图5是本实用新型一实施方式的光能转换单元输出特性曲线图。

图6是本实用新型一实施方式的光伏储能控制系统的主回路图。

图7是本实用新型一实施方式的光伏储能控制系统的流程图。

图8是本实用新型一实施方式的光伏储能控制系统的储能单元充放电回路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

本实用新型一实施方式提供了一种光伏储能控制系统，包括光能转换单元、输出单元以及储能单元。光能转换单元利用光电效应，将光能转换成电能；输出单元连接光能转换单元，至少用于根据预设负载所需功率输出光能转换单元所转换的部分或全部电能；储能单元连接光能转换单元并与光能转换单元之间形成有可通断的充电回路，储能单元连接输出单元并与输出单元之间形成有可通断的放电回路。

其中，当光能转换单元所发出的最大功率大于预设负载所需功率时，充电回路接通，放电回路断开，光能转换单元所转换的多余电能存储至储能单元；当光能转换单元所发出的最大功率小于预设负载所需功率时，充电回路断开，放电回路接通，储能单元为预设负载进行补充供电。

光能转换单元、输出单元以及储能单元之间还设置有直流升压降压模块，光能转换单元通过直流升压降压模块分别连通输出单元和储能单元；储能单元通过直流升压降压模块连通输出单元，直流升压降压模块用于向输出单元提供预设负载所需的电压。

储能单元与直流升压降压模块之间的放电回路中还设置有数控恒压模块，储能单元与直流升压降压模块之间的充电回路中还设置有数控恒流模块，数控恒压模块以及数控恒流模块用于配合直流升压降压模块，调整光能转换单元输出至输出单元的最大功率。

下面以一具体实施例为例，对本实用新型的光伏储能控制系统进行详细陈述说明。

如图1至图2所示，在一实施例中，光伏储能控制系统主要由太阳能板10(光能转换单元)，储能电池20(储能单元)，三端口DC-DC变换器30(直流升压降压模块)和负载端口40(输出单元)构成。太阳能板10将自然界的光能转换为电能，并为整个系统提供能量，其功率会随光照强度而改变。储能电池20作为能量调节装置，工作状态会随着太阳能板10的功率发生变化，从而稳定系统的输出功率。三端口DC-DC变换器30是将能量传输到负载端口40上，为后续用电回路提供连续稳定的电压输出。

设太阳能板10的功率为Pi，储能电池20的功率为Pb(充电时Pb>0，放电时Pb<0)，负载端口40处的功率为Po。忽略系统的能量损耗，则有Pi＝Pb+Po。由于太阳能板10的工作状态受到光照影响，所以将系统的工作模式设定为两类。

1、模式一

系统处于模式一时，能量流通路径如图3所示。此时Pb>0，太阳能板10工作在光照充足的状态。系统在实现太阳能板10最大功率输出时先向负载端口40传递能量，然后将多余的电能储存在储能电池20中。

2、模式二

系统处于模式二时，能量流通路径如图4所示。此时Pb<0，太阳能板10工作在光照不足的状态。太阳能板10虽然维持在最大功率输出，但输出的能量不足以满足负载所需，因此储能电池20工作在放电状态，以保证负载端口40稳压输出。

太阳能板10作为光伏储能控制系统的主要供能器件，其输出特性时刻影响着系统的工作状态。图5是在光照不变的情况下，太阳能板10的输出特性曲线图。工程应用中，采用恒定电压跟踪法使得太阳能板10获得近似最大功率输出，且可以有效减少控制系统能量消耗。

在本实施例中，通过改变储能电池20的充放电状态，系统可在光照变化时维持最大功率点跟踪并保证负载端口40输出电压稳定。

如图1所示，当系统工作在模式一时，充电回路L1闭合，放电回路L2断开。数控恒流模块通过改变输出电流，使得输入电压稳定在所设置的某一固定电压值。系统的输入电压经过直流升降压模块稳定负载端口40的电压。

当系统工作在模式二时，充电回路L1断开，放电回路L2闭合。数控恒压模块调整输出电压为所设置的某一固定电压值，使得太阳能板10维持在最大功率点附近输出。

图6所示为系统的主回路。太阳能板10输出的电压经过5V降压和12V降压后为数字系统供电，之后通过三端口DC-DC变换器30使得负载端口40稳定在30V输出。R1和R2为电压采样电阻，光耦开关K1每隔10秒断开，此时单片机引脚AD测量R2上的电压并根据R2的电压计算得到太阳能板10的开路电压。

图7所示为系统的工作流程。若开路电压大于40V，则系统自动进入工作模式一，此时充电回路L1闭合，放电回路L2断开，系统多余的能量会为储能电池20充电；若开路电压小于等于40V，则系统自动进入工作模式二，此时充电回路L1断开，放电回路L2闭合，太阳能板10的输出不足以稳定负载端口40，由储能电池20开始为系统提供额外能量。

三端口DC-DC变换器30采用的是LT8705。LT8705是一款高性能降压-升压型开关稳压控制器，能够工作在输入电压高于、等于或低于输出电压的情况下。输入电压范围可在2.8V到80V之间，输出电压在1.3V到80V之间。本项目太阳能板的开路电压在25V至60V之间，内阻约为10Ω，负载端口的输出电压稳定在30V，因此，LT8705可以稳定工作。

图8所示为系统的电池充放电回路，L1为充电回路，L2为放电回路。D1、D2、D3和D4四个二极管的目的是防止电流倒灌，保证系统的稳定性。

本实施例中采用的是STM32F103C8T6单片机。STM32单片机自带模拟数字转换器，通过PA0引脚(在图6中的网络标号为AD)就可以准确测量太阳能板10的开路电压；此外，STM32单片机自带2个数字模拟转换器，可实现12位单调输出，因此，PA4和PA5引脚可以微调输出电压来实现最大功率点跟踪。

当系统工作在模式一时，单片机控制光耦开关K2闭合，此时来自太阳能板10的能量经过数控恒流模块后为储能电池20充电。单片机引脚A1(PA4)通过输出不同的电压来调整数控恒流模块，使得输入电压稳定为所设置的某一固定电压值，实现太阳能板10的近似最大功率输出。

当系统工作在模式二时，单片机控制光耦开关K3闭合，此时来自储能电池20的能量经过数控恒压模块后为系统补电。单片机引脚A2(PA5)通过输出不同的电压来调整数控恒压模块，使得输出电压稳定为所设置的某一固定电压值，实现太阳能板10的近似最大功率输出。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种光伏储能控制系统，其特征在于，包括：

光能转换单元，所述光能转换单元利用光电效应，将光能转换成电能；

输出单元，所述输出单元连接所述光能转换单元，至少用于根据预设负载所需功率输出所述光能转换单元所转换的部分或全部电能；

储能单元，所述储能单元连接所述光能转换单元并与所述光能转换单元之间形成有可通断的充电回路，所述储能单元连接所述输出单元并与所述输出单元之间形成有可通断的放电回路；

其中，当所述光能转换单元所发出的最大功率大于预设负载所需功率时，所述充电回路接通，所述放电回路断开，所述光能转换单元所转换的多余电能存储至所述储能单元；当所述光能转换单元所发出的最大功率小于预设负载所需功率时，所述充电回路断开，所述放电回路接通，所述储能单元为预设负载进行补充供电；

所述光能转换单元、所述输出单元以及所述储能单元之间还设置有直流升压降压模块，所述光能转换单元通过所述直流升压降压模块分别连通所述输出单元和所述储能单元；所述储能单元通过所述直流升压降压模块连通所述输出单元，所述直流升压降压模块用于向所述输出单元提供预设负载所需的电压；

所述储能单元与所述直流升压降压模块之间的放电回路中还设置有数控恒压模块，所述数控恒压模块用于配合所述直流升压降压模块，调整所述光能转换单元输出至所述输出单元的最大功率；

所述储能单元与所述直流升压降压模块之间的充电回路中还设置有数控恒流模块，所述数控恒流模块用于配合所述直流升压降压模块，调整所述光能转换单元输出至所述输出单元的最大功率。

2.如权利要求1所述的光伏储能控制系统，其特征在于，所述光伏储能控制系统具有可切换的两种工作模式：

在第一工作模式下，所述充电回路接通，所述放电回路断开，所述光能转换单元分别连通所述输出单元和所述储能单元，向所述输出单元所连接的预设负载提供定额电压的同时，向所述储能单元输入转化的多余电能；

在第二工作模式下，所述充电回路断开，所述放电回路接通，所述光能转换单元与所述储能单元分别连通所述输出单元，所述光能转换单元向所述输出单元所连接的预设负载提供全部电能的同时，所述储能单元向所述输出单元进行补充电能的输入。

3.如权利要求1所述的光伏储能控制系统，其特征在于，所述直流升压降压模块包括三端口DC-DC变换器。

4.如权利要求1所述的光伏储能控制系统，其特征在于，所述光能转换单元包括太阳能板。

5.如权利要求1所述的光伏储能控制系统，其特征在于，所述储能单元包括储能电池。

6.如权利要求1所述的光伏储能控制系统，其特征在于，所述输出单元包括负载端口。

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