CN219834091U - 一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构及其控制方法，属于太阳能电池板技术领域。在太阳能电池板阵列中的某个太阳能电池板的光照辐射强度下降后，既能保证整个太阳能电池板阵列能输出较佳的电流，也能保证每个太阳能电池板不会因热斑效应而烧坏。第一组太阳能电池板包括型号均为A的5个太阳能电池板，第二组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；第三组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；第四组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；如此往复，第4组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；每个太阳能电池板与对应的旁路二极管为并联结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构，属于太阳能电池板阵列布局技术领域。
背景技术
目前，单一的太阳能电池板发电功率不能满足家庭或者工业用电输出功率的需求。对太阳能电池板阵列一般都只考虑采用单一的太阳能电池板的组合情况，缺少对不同型号太阳能电池板组成阵列结构的研究，这使得部分屋顶太阳能电池板难以在复杂的条件变化下达到其最佳输出功率。另外，目前的太阳能电池板阵列在使用过程中易出现一些太阳能电池板被烧坏
实用新型内容
本实用新型是为了解决现在对太阳能电池板阵列都仅考虑采用单一的太阳能电池板的组合情况导致太阳能电池板难以达到其最佳输出功率的不足，提供一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构，在太阳能电池板阵列中的某个太阳能电池板的光照辐射强度下降后，既能保证整个太阳能电池板阵列能输出较佳的电流，也能保证每个太阳能电池板不会因热斑效应而烧坏，能降低太阳能电池板阵列由于自身内阻在太阳能转换为电能过程中产生的能量损耗，可靠性高。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构，包括5个隔离二极管、4组太阳能电池板和5个节点；其中，
第一组太阳能电池板包括型号均为A的5个太阳能电池板，
第二组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；
第三组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；
第四组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；
型号A的每个太阳能电池板和型号B的每个太阳能电池板是不同型号的太阳能电池板；
每个隔离二极管的负极端都连接在第一个节点上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端一对一连接在隔离二极管的正极端上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端连接在第二个节点上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第二个节点上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第三个节点上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第三个节点上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第四个节点上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第四个节点上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第五个节点上；
在每个太阳能电池板的一旁分别一对一设有一个旁路二极管，并且每个旁路二极管的正极端连接在对应这个太阳能电池板的正极端，每个旁路二极管的负极端连接在对应这个太阳能电池板的负极端。
从而形成包括四组太阳能电池板依次串联在一起的太阳能电池板阵列拓扑结构。
每个太阳能电池板与对应的旁路二极管为并联结构。
由于太阳能电池板受环境因素的影响，太阳能电池板上受到的辐照强度会有变化。上到云层或者树木遮挡阳光产生的阴影，下到泥土灰尘或者动物粪便，又或者是一天之中由于太阳的公转造成太阳光直射太阳能电池板的角度在不断发生变化，都可能引起太阳能电池板阵列中的其中一部分太阳能电池板上的辐照强度低于其余部分太阳能电池板上的辐照强度。这些情况在实际生活中都是难以避免的。
一部分太阳能电池板上的辐照强度低于其余部分太阳能电池板上的辐照强度，会让辐照强度的太阳能电池板变成“负载”，变成负载的太阳能电池板不仅不会输出电能反而会消耗别的太阳能电池板的电能，伴随着太阳能电池板温度增高，太阳能电池板甚至会被高温烧坏，从而导致在太阳能电池板上出现色泽暗沉的斑迹，这种现象称之为“热斑效应”。
为了解决太阳能电池板的热斑效应对太阳能电池板阵列的影响，在太阳能电池板中引入“旁路二极管”，旁路二极管导通的条件是太阳能电池板处于阴影中导致两端产生反向电压，这时候电流通道便转向被导通的旁路二极管，导致的结果就是处于阴影中的太阳能电池板被短路，这样没有电流流过被遮挡的太阳能电池板，遮挡的太阳能电池板就不会消耗能量，一来可以降低太阳能电池板阵列的整体发电效率的损失，二来不会被烧坏被遮挡的太阳能电池板，进而影响更多的太阳能电池板，这样就消除了“热斑效应”。
正常光照情况下，加在太阳能电池板上的是正向偏置的电压，这个时候旁路二极管是处于截止状态下，太阳能电池板正常工作；当某个太阳能电池板上的光照辐射强度下降至低于其它太阳能电池板的时候，此时该个太阳能电池板两端电压会被倒置，与之并联的旁路二极管便被开始导通工作，为其它太阳能电池板提供电流通道，使电流越过太阳能电池板阵列中被遮挡的这个太阳能电池板，让太阳能电池板阵列中其它正常的太阳能电池板继续将电流输送至外部的电路。这样在太阳能电池板阵列中的某个太阳能电池板的光照辐射强度下降后，既能保证整个太阳能电池板阵列能输出电流，也能保证每个太阳能电池板不会因热斑效应而烧坏，可靠性高。
采用两种参数的太阳能电池板设计太阳能电池板阵列的拓扑结构，便于对太阳能电池板阵列的内阻所产生的损耗进行很好的优化，让太阳能电池板阵列的输出功率较佳，可靠性好。
采用两种参数的太阳能组件设计太阳能电池板阵列的拓扑结构，在太阳能电池板阵列达到输出功率达到设定的前提下，让两种参数的太阳能组件设计太阳能电池板阵列的拓扑结构在复杂的环境变化下保持最佳的输出功率。并优化太阳能电池板阵列拓扑结构使得阵列结构的内阻达到最小值，降低太阳能电池板阵列由于自身内阻在太阳能转换为电能过程中产生的能量损耗。
采用四组太阳能电池板，每组太阳能电池板中有5个太阳能电池板，共计20个太阳能电池板，并为每个太阳能电池板并联设置一个旁路二极管。这种机构设计让组成太阳能电池板阵列的太阳能电池板个数适中，便于管理，并且输出电源可靠性高。
作为优选，在每个太阳能电池板的一端分别一对一串联连接有一个电阻；并且，
型号为A的每个太阳能电池板的额定电压为35.79V，型号为B的每个太阳能电池板所对应的电阻为3.44Ω；
型号为B的每个太阳能电池板的额定电压为41.96V，型号为B的每个太阳能电池板所对应的电阻为3.2Ω。
作为优选，一台电压电流采集器的两个采集端分别连接在第一个节点上和第N+1个节点上；太阳能电池板阵列拓扑结构还包括太阳能监控管理平台、控制器和无线模块；每个太阳能电池板的检测端、每个旁路二极管的检测端、电压电流采集器和无线模块分别与控制器相连接，控制器通过无线模块与太阳能监控管理平台无线连接。
旁路二极管和太阳能电池板实时将数据通过控制器和无线模块上传给太阳能监控管理平台，通过太阳能监控管理平台便于对太阳能电池板阵列中的旁路二极管、太阳能电池板进行实时监控和管理。
本实用新型能够达到如下效果：
本实用新型在太阳能电池板阵列中的某个太阳能电池板的光照辐射强度下降后，既能保证整个太阳能电池板阵列能输出较佳的电流，也能保证每个太阳能电池板不会因热斑效应而烧坏，能降低太阳能电池板阵列由于自身内阻在太阳能转换为电能过程中产生的能量损耗，可靠性高。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路原理连接结构示意图。
图2是本实用新型一个太阳能电池板处的一种局部电路连接结构示意图。
图3是本实用新型的一种电路原理连接结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例1，一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构，参见图1和图2所示，包括M个隔离二极管、N组太阳能电池板和N+1个节点；其中，
第一组太阳能电池板F包括型号均为A的M个太阳能电池板，
第二组太阳能电池板G包括型号均为B的M个太阳能电池板；
第三组太阳能电池板H包括型号均为B的M个太阳能电池板；
第四组太阳能电池板K包括型号均为B的M个太阳能电池板；
如此往复，
第N组太阳能电池板包括型号均为B的M个太阳能电池板；
其中，N为大于或等于2的正整数；M为大于或等于2的正整数；
型号A的每个太阳能电池板和型号B的每个太阳能电池板是不同型号的太阳能电池板；
每个隔离二极管1的负极端都连接在第一个节点A上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端一对一连接在隔离二极管的正极端上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端连接在第二个节点B上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第二个节点上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第三个节C点上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第三个节点上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第四个节D点上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第四个节点上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第五个节E点上；
如此往复，直到
第N组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第N个节点上；
第N组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第N+1个节点上；
在每个太阳能电池板3的一旁分别一对一设有一个旁路二极管2，并且每个旁路二极管的正极端连接在对应这个太阳能电池板的正极端，每个旁路二极管的负极端连接在对应这个太阳能电池板的负极端。
在本实施例中，所述的N为4，所述的M为5；即有5个节点，有5个隔离二极管，有四组太阳能电池板，每组太阳能电池板中有5个太阳能电池板，每组太阳能电池板中有5个旁路二极管；
其中，
第一组太阳能电池板包括型号均为A的5个太阳能电池板，
第二组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；
第三组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；
第四组太阳能电池板包括型号均为B的5个太阳能电池板；
每个隔离二极管的负极端都连接在第一个节点上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端一对一连接在隔离二极管的正极端上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端连接在第二个节点上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第二个节点上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第三个节点上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第三个节点上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第四个节点上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第四个节点上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第五个节点上；
在每个太阳能电池板的一旁分别一对一设有一个旁路二极管；
每个旁路二极管的正极端连接在对应这个太阳能电池板的正极端，每个旁路二极管的负极端连接在对应这个太阳能电池板的负极端。
每个旁路二极管反向并联于对应这个太阳能电池板的两端。
从而形成包括四组太阳能电池板依次串联在一起的太阳能电池板阵列拓扑结构。
在每个太阳能电池板的一端分别一对一串联连接有一个电阻4；并且，
型号为A的每个太阳能电池板的额定电压为35.79V，型号为B的每个太阳能电池板所对应的电阻为3.44Ω；
型号为B的每个太阳能电池板的额定电压为41.96V，型号为B的每个太阳能电池板所对应的电阻为3.2Ω。
每个太阳能电池板与对应的旁路二极管为并联结构。
由于太阳能电池板受环境因素的影响，太阳能电池板上受到的辐照强度会有变化。上到云层或者树木遮挡阳光产生的阴影，下到泥土灰尘或者动物粪便，又或者是一天之中由于太阳的公转造成太阳光直射太阳能电池板的角度在不断发生变化，都可能引起太阳能电池板阵列中的其中一部分太阳能电池板上的辐照强度低于其余部分太阳能电池板上的辐照强度。这些情况在实际生活中都是难以避免的。
一部分太阳能电池板上的辐照强度低于其余部分太阳能电池板上的辐照强度，会让辐照强度的太阳能电池板变成“负载”，变成负载的太阳能电池板不仅不会输出电能反而会消耗别的太阳能电池板的电能，伴随着太阳能电池板温度增高，太阳能电池板甚至会被高温烧坏，从而导致在太阳能电池板上出现色泽暗沉的斑迹，这种现象称之为“热斑效应”。
为了解决太阳能电池板的热斑效应对太阳能电池板阵列的影响，在太阳能电池板中引入“旁路二极管”，旁路二极管导通的条件是太阳能电池板处于阴影中导致两端产生反向电压，这时候电流通道便转向被导通的旁路二极管，导致的结果就是处于阴影中的太阳能电池板被短路，这样没有电流流过被遮挡的太阳能电池板，遮挡的太阳能电池板就不会消耗能量，一来可以降低太阳能电池板阵列的整体发电效率的损失，二来不会被烧坏被遮挡的太阳能电池板，进而影响更多的太阳能电池板，这样就消除了“热斑效应”。
正常光照情况下，加在太阳能电池板上的是正向偏置的电压，这个时候旁路二极管是处于截止状态下，太阳能电池板正常工作；当某个太阳能电池板上的光照辐射强度下降至低于其它太阳能电池板的时候，此时该个太阳能电池板两端电压会被倒置，与之并联的旁路二极管便被开始导通工作，为其它太阳能电池板提供电流通道，使电流越过太阳能电池板阵列中被遮挡的这个太阳能电池板，让太阳能电池板阵列中其它正常的太阳能电池板继续将电流输送至外部的电路。这样在太阳能电池板阵列中的某个太阳能电池板的光照辐射强度下降后，既能保证整个太阳能电池板阵列能输出电流，也能保证每个太阳能电池板不会因热斑效应而烧坏，可靠性高。
采用两种参数的太阳能电池板设计太阳能电池板阵列的拓扑结构，便于对太阳能电池板阵列的内阻所产生的损耗进行很好的优化，让太阳能电池板阵列的输出功率较佳，可靠性好。
采用两种参数的太阳能组件设计太阳能电池板阵列的拓扑结构，在太阳能电池板阵列达到输出功率达到设定的前提下，让两种参数的太阳能组件设计太阳能电池板阵列的拓扑结构在复杂的环境变化下保持最佳的输出功率。并优化太阳能电池板阵列拓扑结构使得阵列结构的内阻达到最小值，降低太阳能电池板阵列由于自身内阻在太阳能转换为电能过程中产生的能量损耗。
本实施例采用四组太阳能电池板，每组太阳能电池板中有5个太阳能电池板，共计20个太阳能电池板，并为每个太阳能电池板并联设置一个旁路二极管。这种机构设计让组成太阳能电池板阵列的太阳能电池板个数适中，便于管理，并且输出电源可靠性高。
型号A采用JAM72D10/MB的太阳能电池板，型号B采用JAM72D30/MB的太阳能电池板。
采用5个型号A的太阳能电池板和15个型号B的太阳能电池板，通过对型号A和型号B两种型号的太阳能电池板串联提升电压和并联提升电流的方式，构建4*5全互通连接结构的太阳能电池板阵列拓扑结构。当太阳能电池板阵列拓扑结构中某个太阳能电池板电流发生变化时，可使电流流经其它连通的太阳能电池板，从而减小被遮挡太阳能电池板中的电流工作在正向偏压区并输出一部分功率。
隔离二极管的作用主要是为了防止电流的逆流，保护电路安全。当太阳能电池板进行串联时，串联组件的输出电流等于单个组件的电流，输出电压等于多个串联组件电压之和，每个太阳能电池板均设置旁路二极管进行反向截至，保护电路安全。
实施例2，实施例2是在实施例1的基础上，增加了下来方案。
一台电压电流采集器5的两个采集端分别连接在第一个节点上和第N+1个节点上；本实施例设N为4，也就是电压电流采集器5的两个采集端分别连接在第一个节点上和第5个节点上。
太阳能电池板阵列拓扑结构还包括太阳能监控管理平台7、控制器6和无线模块8；
每个太阳能电池板的检测端、每个旁路二极管的检测端、电压电流采集器和无线模块分别与控制器相连接，控制器通过无线模块与太阳能监控管理平台无线连接。
旁路二极管和太阳能电池板实时将数据通过控制器和无线模块上传给太阳能监控管理平台，通过太阳能监控管理平台便于对太阳能电池板阵列中的旁路二极管、太阳能电池板进行实时监控和管理。
Claims (2)
1.一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构，其特征在于，包括5个隔离二极管、4组太阳能电池板和5个节点；其中，
第一组太阳能电池板(F)包括型号均为A的5个太阳能电池板，
第二组太阳能电池板(G)包括型号均为B的5个太阳能电池板；
第三组太阳能电池板(H)包括型号均为B的5个太阳能电池板；
第四组太阳能电池板(K)包括型号均为B的5个太阳能电池板；
型号A的每个太阳能电池板和型号B的每个太阳能电池板是不同型号的太阳能电池板；
每个隔离二极管(1)的负极端都连接在第一个节点(A)上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端一对一连接在隔离二极管的正极端上，
第一组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端连接在第二个节点(B)上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第二个节点上；
第二组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第三个节点(C)上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第三个节点上；
第三组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第四个节点(D)上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的负极端都连接在第四个节点上；
第四组太阳能电池板中的每个太阳能电池板的正极端都连接在第五个节点(E)上；
在每个太阳能电池板(3)的一旁分别一对一设有一个旁路二极管(2)，并且每个旁路二极管的正极端连接在对应这个太阳能电池板的正极端，每个旁路二极管的负极端连接在对应这个太阳能电池板的负极端。
2.根据权利要求1所述的一种光伏小功率太阳能电池板阵列拓扑结构，其特征在于，在每个太阳能电池板的一端分别一对一串联连接有一个电阻；并且，
型号为A的每个太阳能电池板的额定电压为35.79V，型号为B的每个太阳能电池板所对应的电阻为3.44Ω；
型号为B的每个太阳能电池板的额定电压为41.96V，型号为B的每个太阳能电池板所对应的电阻为3.2Ω。
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