光伏電池陣列的組態優化控制系統及其控制方法
2023-05-30 03:53:06 1
專利名稱：光伏電池陣列的組態優化控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及光伏發電技術領域，是一種可減少目前光伏發電控 制系統中間環節，提高光伏電池發電系統工作效率和發電量的光伏電 池陣列的組態優化控制系統及其控制方法。
背景技術：
光伏電池陣列的安裝環境和安裝位置不同對光伏電池陣列的運行 影響較大。隨著太陽光入射角度的變化，不同方向的光伏電池陣列的 有效入射光強和光伏電池的表面溫度差別較大。因而，同一型號和相 同組合方式的光伏電池陣列在最大功率點輸出時，光伏電池陣列輸出 端電壓存在較大的差異。目前大多數光伏陣列採用固定的組態方式輸 出，當入射光強和光伏電池陣列表面溫度發生變化，其中部分光伏電 池偏離最大功率輸出工作點，甚至一些光伏電池不能有效輸出電能， 使得光伏電池陣列的有效利用率大大降低。
此外，為了實現光伏電池最大功率輸出，目前常在光伏電池和負
載之間通過DC/DC變換器來克服光伏電池最大功率輸出點端電壓的 變化帶來的影響。光伏電池陣列通過組態變換，把光伏電池陣列輸出 端電壓控制在一定範圍內，可減少光伏電池發電系統的中間環節，從 而提高系統的整體轉換效率，但其不能實現實時監測及控制。 發明內容本發明的目的在於考慮上述問題而提供一種可大大提高光伏電 池陣列的有效利用率，提高光伏電池陣列的輸出功率的光伏電池陣列 的組態優化控制系統。本發明設計合理，使用效果好。
本發明的另一目的在於提供一種可實現實時監測及控制，且控 制簡單方便的光伏電池陣列的組態優化控制系統的控制方法。
本發明的技術方案是包括有檢測光伏電池陣列入射光強的光 強度傳感器，檢測光伏電池陣列表面溫度的溫度傳感器，檢測光伏電
池陣列輸出電流、端電壓的電流、端電壓傳感器，A/D轉換模塊、CPU 控制單元、組態開關控制模塊、光伏電池陣列，其中光強度傳感器， 溫度傳感器，電流、端電壓傳感器的輸出端與A/D轉換模塊的輸入端 連接，A/D轉換模塊的輸出端與CPU控制單元的輸入端連接，CPU控 制單元的輸出'端與組態開關控制模塊的輸入端連接，組態開關控制模 塊的開關器件K。 Kn與光伏電池陣列連接。
上述組態開關控制模塊的開關器件K。 Kn為繼電器開關觸點。 上述組態控制模塊的開關器件K。 Kn均包括有常開開關及常閉開關。
上述光伏電池陣列包括有n列光伏電池，每一列光伏電池包括 有若干行，n列光伏電池中的相鄰各行光伏電池各分別通過開關器件 K。 Kn的常開開關連接，相鄰各列光伏電池分別通過開關器件K。 Kn 的常閉開關連接。
上述含CPU的控制單元為單片機或DSP或PC機。 本發明光伏電池陣列的組態優化控制系統的控制方法，其包括 有如下步驟
1)光強度傳感器檢測光伏電池陣列入射光強，溫度傳感器檢測 光A電池陣列表面溫度，電流、端電壓傳感器檢測光伏電池陣列輸出的電流及端電壓，並把檢測數據通過A/D轉換模塊送至含CPU的控制
單元；
2) 含CPU的控制單元通過上述檢測數據建立優化光伏電池陣列
的組態方式的數學模型；
3 )含CPU的控制單元把組態方式發送至組態開關控制模塊； 4)組態開關控制模塊實現對光伏電池陣列的組態方式的控制。 本發明與現有技術相比，具有如下特點
1)本發明通過檢測光伏電池陣列的入射光強和表面溫度，建立 光伏陣列組的數學模型，以優化光伏陣列的組態方式；
2 )本發明根據優化後的組態方式來控制光伏陣列的組態開關模 塊，改變光伏陣列的組態方式，從而提高光伏陣列的輸出功率；
3) 本發明的含CPU的控制單元能實時監測當前光伏陣列的輸出
功率、光伏組件表面溫度、光伏陣列入射光強和光伏陣列的組態方式
等；
4) 本發明通過組態方式的不同，實現電池陣列最大輸出功率輸
出點的端電壓工作在一定的範圍內，減少光伏陣列輸出的最大功率跟
蹤環節或DC/DC環節；
5 )本發明光伏陣列組態開關控制模塊的開關器件K。 ~ Kn為繼電 器開關觸點，線圈可由組態控制模塊實現控制，控制簡單方便；
6)本發明的組態連接方式內置於光伏電池板，可實現在光伏電 池板的內部優化組態。
本發明是一種設計巧妙，性能優良，方便實用的光伏電池陣列的 組態優化控制系統及其控制方法。
圖l為本發明的原理圖2為本發明光伏電池陣列組態的連接示意圖。
具體實施方式
實施例
本發明的結構示意圖如圖1、 2、 3、 4所示，包括有檢測光伏電 池陣列入射光強的光強度傳感器1,檢測光伏電池陣列表面溫度的溫 度傳感器2，檢測光伏電池陣列輸出電流、端電壓的電流、端電壓傳 感器3， A/D轉換模塊4、 CPU控制單元5、組態開關控制模塊6、光 伏電池陣列7,其中光強度傳感器1,溫度傳感器2,電流、端電壓 傳感器3的輸出端與A/D轉換模塊4的輸入端連接，A/D轉換模塊4 的輸出端與CPU控制單元5的輸入端連接，CPU控制單元5的輸出端 與組態開關控制模塊6的輸入端連接，組態開關控制模塊6的開關器 件K。 Kn與光伏電池陣列7連接。
'本實施例中，上述組態開關控制模塊6的開關器件K。 Kn為繼 電器開關觸點。上述組態控制模塊的開關器件K。 Kn均包括有常開 開關及常閉開關。
本實施例中，上述光伏電池陣列7包括有n列光伏電池，每一 列光伏電池包括有若干行，n列光伏電池中的相鄰各行光伏電池各分 別通過開關器件K。 Kn的常開開關連接，相鄰各列光伏電池分別通 過開關器件K。 Kn的常閉開關連接。上述含CPU的控制單元5為單 片機或DSP或p6機。本實施例中，含CPU的控制單元5為單片機。
本發明光伏電池陣列的組態優化控制系統的控制方法，其包括 有如下步驟1 )光強度傳感器1檢測光伏電池陣列入射光強，溫度傳感器2 檢測光伏電池陣列表面溫度，電流、端電壓傳感器3檢測光伏電池陣
列輸出的電流及端電壓，並把檢測數據通過A/D轉換模塊4送至含 CPU的控制單元5;
2 )含CPU的控制單元5通過上述檢測數據建立優化光伏電池陣 列7的組態方式的數學模型；
3 )含CPU的控制單元5把組態方式發送至組態開關控制模塊6; 4)組態開關控制模塊6實現對光伏電池陣列7的組態方式的控制。
本發明的工作原理如下光強度傳感器1、溫度傳感器2和電流、
端電壓傳感器3實時檢測光伏電池光伏電池陣列的入射光強、表面溫
度和光伏陣列輸出電流、端電壓後，經A/D轉換模塊4，把數據送入
含CPU的控制單元5,含CPU的控制單元5根據檢測到的數據得出系
統光伏陣列的組態方式，發送至組態開關控制模塊6，系統通過控制
組態開關模塊6來實現對光伏電池陣列7的組態方式的控制。
組態開關模塊6的開關器件接在光伏電池陣列7上，不同的開關
組合模式對應著不同的光伏陣列組態方式，系統的組態開關模塊6的
電路如圖2所示，當太陽光強由強變弱時，光伏電池陣列7在最大輸
出功率點處的端電壓逐漸降低，當光伏電池端電壓低於設定值時，組
態開關控制模塊6的開關器件K。 Kn由常開開關閉合，常閉開關斷
開，從而實現光伏電池陣列輸出端電壓的提高。上述含CPU的控制單
元5實時顯示當前光伏陣列的輸出功率。
權利要求
1、一種光伏電池陣列的組態優化控制系統，其特徵在於包括有檢測光伏電池陣列入射光強的光強度傳感器(1)，檢測光伏電池陣列表面溫度的溫度傳感器(2)，檢測光伏電池陣列輸出電流、端電壓的電流、端電壓傳感器(3)，A/D轉換模塊(4)、含CPU的控制單元(5)、組態開關控制模塊(6)、光伏電池陣列(7)，其中光強度傳感器(1)，溫度傳感器(2)，電流、端電壓傳感器(3)的輸出端與A/D轉換模塊(4)的輸入端連接，A/D轉換模塊(4)的輸出端與含CPU的控制單元(5)的輸入端連接，含CPU的控制單元(5)的輸出端與組態開關控制模塊(6)的輸入端連接，組態開關控制模塊(6)的開關器件K0～Kn與光伏電池陣列(7)連接。
2、 根據權利要求l所述的光伏電池陣列的組態優化控制系統，其特徵在 於上述組態開關控制模塊(6)的開關器件K。 Kn為繼電器開關觸點。
3、 根據權利要求2所述的光伏電池陣列的組態優化控制系統，其特徵在 於上述組態控制模塊的開關器件K。 Kn均包括有常開開關及常閉開關。
4、 根據權利要求3所述的光伏電池陣列的組態優化控制碼統，其特徵在 於上述光伏電池陣列(7)包括有n列光伏電池，每一列光伏電池包括有^:幹 行，n列光伏電池中的相鄰各行光伏電池各分別通過開關器件K。 Kn的常開開 關連接，相鄰各列光伏電池分別通過開關器件K。 Kn的常閉開關連接。
5、 根據權利要求1至4任一項所述的光伏電池陣列的組態優化控制系統, 其特徵在於上述含CPU的控制單元(5)為單片機或DSP或PC機。
6、 一種根據權利要求1所述光伏電池陣列的組態優化控制系統的控制方 法，其特徵在於包括有如下步驟1)光強度傳感器(1)檢測光伏電池陣列入射光強，溫度傳感器(2),檢測光伏電池陣列表面溫度，電流、端電壓傳感器(3)檢測光伏電池陣列輸出的電流及端電壓，並把檢測數據通過A/D轉換模塊(4)送至含CPU的控制單 元(5);2) 含CPU的控制單元(5)通過上述檢測數據建立優化光伏電池陣列(7) 的組態方式的數學模型；3) 含CPU的控制單元(5)把組態方式發送至組態開關控制模塊(6);4) 組態開關控制模塊(6)實現對光伏電池陣列(7)的組態方式的控制。
全文摘要
本發明是一種光伏電池陣列的組態優化控制系統及其控制方法。本發明控制系統包括有檢測光伏電池陣列入射光強的光強度傳感器，檢測光伏電池陣列表面溫度的溫度傳感器，檢測光伏電池陣列輸出電流、端電壓的電流、端電壓傳感器，A/D轉換模塊、CPU控制單元、組態開關控制模塊、光伏電池陣列，其中光強度傳感器，溫度傳感器，電流、端電壓傳感器的輸出端與A/D轉換模塊的輸入端連接，A/D轉換模塊的輸出端與CPU控制單元的輸入端連接，CPU控制單元的輸出端與組態開關控制模塊的輸入端連接，組態開關控制模塊的開關器件K0～Kn與光伏電池陣列連接。本發明通過實時檢測光伏電池陣列輸出功率、表面溫度和入射光強等參數。並根據光伏電池陣列的入射光強和表面溫度來控制光伏陣列的組態方式，並通過本發明所設計的組態控制電路來實現光伏電池陣列的組態變換，更好的發揮光伏發電系統的工作效率和發電量。
文檔編號G05F1/67GK101441492SQ200810220180
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者岑長岸, 淼 張 申請人:廣東工業大學