基於mppt升壓的二次升壓電路及分布式太陽能電池組的製作方法
2023-05-28 14:32:46 3
專利名稱：基於mppt升壓的二次升壓電路及分布式太陽能電池組的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於太陽能發電系統的高效能太陽能電池組，特別是涉及ー種基於MPPT升壓的二次升壓電路的太陽能電池組設計。
背景技術：
在太陽能發電系統中，需要先將太陽能電池板發出的低壓交流電升高到與交流市電相匹配的電壓，再將直流電變成交流正旋波，與市電同步後併入電網。目前普遍採用的方 法是將數百塊至一千塊太陽能電池串聯後形成太陽能電池組，這樣可得到一百伏至5百伏的電壓。但是，這種現有技術中的串聯太陽能電池組，由N串太陽能電池板組並聯而成，每串電池板組由ー個連接器進行自由連接，從而分別連接MPPT電路，其電路如圖I所示。這種方案存在的技術缺陷是I)當一串太陽能電池板組中的一個單板壞掉時，需摘除整串電池板組，影響了對太陽能的發電功率；2)這種設計看似簡單，但實際上由於太陽能電池的不匹配及使用環境不同，造成輸出電壓低的太陽能電池組輸出電流小，更多的電能變成熱能使太陽能電池變熱，形成熱島，造成太陽能電池損壞。為了解決這ー問題，本發明在每ー個封裝好的太陽能電池板上加裝帶最大輸出功率點跟蹤的基於MPPT升壓的二次升壓電路，將每塊電池板輸出的電壓升高到200伏至400伏以上。這樣ー來，可將電路的輸出直接並聯，送入併網逆變器。並且，由於電路可以精確控制每一塊太陽能電池板的輸出功率和電路的輸出電壓，這樣就可避免熱島的形成，同時可提高太陽能電池板的輸出功率2%-4%。但是，上述設計的主要問題是由於輸出電壓高，造成的開關損耗也隨之増大。對於PWM系統而言，開關損耗是ー個固定值。這樣在光照不足的情況下，系統的效率就會大大降低。如對於ー個300W的太陽能電池板，開關損耗為14W，僅為4. 7% ;在300瓦輸出時，效率為95.3%，是可以接受的。但當早晩或陰天時，太陽能電池板的輸出功率只有30瓦，這時的轉換效率下降為53%。這樣的系統是不可以接受的。因此，本發明正是針對如何利用最大輸出功率點跟蹤的基於MPPT升壓的升壓電路，保證太陽能電池系統始終有較高的轉換效率的而提出的解決方案。
發明內容
基於上述現有技術問題，本發明提出了一種基於MPPT升壓的二次升壓電路，利用超級電容和充電均衡模塊，使得二次升壓後的輸出功率在一定時間內穩定，並且進ー步利用超級電容祈禱穩定輸出功率的作用；另外，本發明提出了一種基於MPPT升壓的高效太陽能電池組，通過並聯設置的多個太陽能電池組及該多個太陽能電池組與基於MPPT升壓的二次升壓電路的連接設置，實現控制升壓電路輸出相位的數量，改變開關損耗的大小，從而保證電路始終有較高的轉換效率的高效太陽能電池組。
本發明提出的一種基於MPPT升壓的二次升壓電路，該電路包括MPPT升壓模塊、充電均衡模塊、兩個超級電容以控制器、及兩個二次升壓模塊，MPPT升壓模塊有兩路輸出，一路經充電均衡模塊,一路未經充電均衡模塊,輸出功率分別為P1，P2，通過控制器對輸出功率進行分配，太陽能電池板的平均輸出功率PO等於Pl平均值和P2平均值的和；P1，P2之後分別連接二次升壓電路然後並聯，輸出功率恆定為Pout=Pl+P2ホPO，其中MPPT升壓電路的使能信號C0N3來自控制器；充電均衡模塊，保證每個超級電容的電壓不超過最大耐壓，而且保證每個超級電容電壓相同以獲得P2點的最高電壓；當充電均衡模塊給MPPT電路的信號CONl代表充電均衡模塊處於等待請求狀態request ;充電均衡模塊給二次升壓電路的信號C0N2代表充電均衡就緒狀態ready ；超級電容EDLC，作為儲能元件，起到在穩定輸出功率的作用；控制器，其輸入一路為第一參考電壓Vrefl，另一路PO則由MPPT升壓電路產生，兩路作為控制器的輸入參數計算出參考電壓ニ Vref2，用於第二路二次升壓電路的輸出功率計算，保證一定時間內輸出功率恆定，當P I=PO吋，充電均衡模塊將自動開啟，用於補電，保證二次升壓後的輸出功率恆定；控制器通過通訊接ロ，接入通訊總線，和遠程終端相連接；二次升壓電路其輸入信號一路直接由MPPT升壓電路輸出，通過普通電容濾波，直接連接二次升壓電路；另一路則通過充電均衡電路和超級電容EDLC，輸出連接二次升壓電路，；輸入電壓為第一、第二參考電壓Vrefl，Vref2，用於確定Pl和P2的值，其中Vref2是由控制器計算得出的，輸出並聯之後，短時間內輸出功率恆定，即Pout=Pl+P2。基於MPPT升壓的二次升壓電路的分布式太陽能電池組，包括多個太陽能電池組、前端電路、逆變器、電カ網絡模塊power grid,其特徵在於,所述太陽能電池組為由N個單個的太陽能電池板(If In)並聯而成的電池組；所述電池組都連接一個基於MPPT升壓電路的二次升壓電路作為前端電路，所述作為前端電路的基於MPPT升壓的二次升壓電路包括MPPT升壓模塊有兩路輸出，一路經充電均衡模塊,一路未經充電均衡模塊，輸出功率分別為Pl，P2，通過控制器對輸出功率進行分配，太陽能電池板的平均輸出功率PO等於Pl平均值和P2平均值的和；P1，P2之後分別連接二次升壓電路然後並聯，輸出功率恆定為Pout=Pl+P2デPO，其中MPPT升壓電路的使能信號C0N3來自控制器；充電均衡模塊，保證每個超級電容的電壓不超過最大耐壓，而且保證每個超級電容電壓相同以獲得P2點的最高電壓；當充電均衡模塊給MPPT電路的信號CONl代表充電均衡模塊處於等待請求狀態request ;充電均衡模塊給二次升壓電路的信號C0N2代表充電均衡就緒狀態ready ；超級電容EDLC，作為儲能元件，起到在穩定輸出功率的作用； 控制器，其輸入一路為第一參考電壓Vrefl，另一路PO則由MPPT升壓電路產生，兩路作為控制器的輸入參數計算出參考電壓ニ Vref2，用於第二路二次升壓電路的輸出功率計算，保證一定時間內輸出功率恆定，當P I=PO吋，充電均衡模塊將自動開啟，用於補電，保證二次升壓後的輸出功率恆定；控制器通過通訊接ロ，接入通訊總線，和遠程終端相連接；二次升壓電路其輸入信號一路直接由MPPT升壓電路輸出，通過普通電容濾波，直接連接二次升壓電路；另一路則通過充電均衡電路和超級電容EDLC，輸出連接二次升壓電路，；輸入電壓為第一、第二參考電壓Vrefl，Vref2，用於確定Pl和P2的值，其中Vref2是由控制器計算得出的， 輸出並聯之後，短時間內輸出功率恆定，即Pout=Pl+P2 ；所述太陽能電池組還包括外部連接器5和通訊總線；其中，每個電池板Ifln分別由與其並聯的ー個前端電路，即基於MPPT升壓的ニ次升壓電路2n控制，同時由外部連接器5控制，通過通訊總線進行自由連接；並聯的電池組輸出匯總到電源總線上，電源總線正極和電源總線負極分別連接逆變器3的正負極，再通過逆變器3與電カ網絡power grid4連接。與現有技術相比，本發明能夠消除太陽電池組原有的由於熱島效應而引起的擊穿，同時又能保證太陽能電池組的高效能發電。
圖I為現有技術中的串聯結構的太陽能電池組接法原理圖；圖2為本發明的基於MPPT升壓的二次升壓電路的高效太陽能電池組接法原理圖；圖3為作為分布式太陽能電池前端電路的基於MPPT升壓的二次升壓電路的框圖。
具體實施例方式本發明是針對太陽能發電系統的特殊應用而設計的專用電路。本發明採用的並聯太陽能電池組，接法如下本發明的基於位MPPT升壓的二次升壓電路作為前端電路的分布式太陽能電池組由N個單個的太陽能電池板Ifln並聯而成的電池組、該太陽能電池組的每一太陽能電池板上並聯的ー個MPPT升壓的二次升壓電路2f2n、逆變器3、電カ網絡模塊power grid，夕卜部連接器5和通訊總線組成。其中，每個電池板Ifln分別由與其並聯的一個基於MPPT升壓的二次升壓電路21 2n控制，同時由外部連接器(Remote Terminal) 5控制,通過通訊總線進行自由連接；並聯的電池組輸出匯總到電源總線上，電源總線正極和電源總線負極分別連接逆變器3的正負極,再通過逆變器3與電カ網絡(power grid) 4連接。這種接法的優勢是單ー個太陽能電池板因壞掉被移除，不會對整個系統的發電功率影響很大。如圖3所示，為本發明的分布式太陽能電池組的模擬前端電路框圖，其工作原理為I、前端電路的結構說明MPPT升壓電路有兩路輸出，一路是有充電均衡模塊的，一路沒有充電均衡模塊，輸出功率分別為Pl，P2，通過控制器對輸出功率進行分配，一定時間內太陽能電池板的平均輸出功率PO等於Pl平均值和P2平均值的和；P1，P2之後分別連接二次升壓電路然後並聯，一定時間內輸出功率恆定，Pout=Pl+P2幸PO ；2、前端電路的信號說明C0N3是MPPT升壓電路的使能信號；C0N2是充電均衡模塊給二次升壓電路的信號，代表充電均衡ready ；C0N1是充電均衡模塊給MPPT電路的信號，代表充電均衡request ；3、充電均衡模塊其功能是保證每個電容的電壓不超過最大耐壓，而且保證每個電容電壓相同以獲得P2點的最高電壓；EDLC (超級電容):其壽命比普通電容短，不適合做濾波電容，所以二次升壓電路分為兩路，其中一路直接由MPPT升壓電路輸出，通過普通電容濾波，直接連接二次升壓電路；另一路則通過充電均衡電路和EDLC，輸出連接二次升壓電路，這裡EDLC作為儲能元件，起到在一定時間內穩定輸出功率的作用；4、控制器Vrefl，PO由MPPT升壓電路產生，作為控制器的輸入參數用於計算出Vref2，用於第二路二次升壓電路的輸出功率計算，保證一定時間內輸出功率恆定，當Pl=PO時，充電均衡模塊將自動開啟，用於補電，保證二次升壓後的輸出功率恆定；控制器通過通訊接ロ，接入通訊總線，和遠程終端相連接；
5、二次升壓電路輸入電壓參考Vrefl，Vref2，用於確定Pl和P2的值，其中Vref2是由控制器計算得出的，輸出並聯之後，短時間內輸出功率恆定，即Pout=Pl+P2。
權利要求
1.一種基於MPPT升壓的二次升壓電路，該電路包括MPPT升壓模塊、充電均衡模塊、兩個超級電容以控制器、及兩個二次升壓模塊，其特徵在幹， MPPT升壓模塊有兩路輸出，一路經充電均衡模塊，一路未經充電均衡模塊，輸出功率分別為P1，P2，通過控制器對輸出功率進行分配，太陽能電池板的平均輸出功率PO等於Pl平均值和P2平均值的和；P1，P2之後分別連接二次升壓電路然後並聯，輸出功率恆定為Pout=P1+P2デPO，其中MPPT升壓電路的使能信號C0N3來自控制器； 充電均衡模塊，保證每個超級電容的電壓不超過最大耐壓，而且保證每個超級電容電壓相同以獲得P2點的最高電壓；當充電均衡模塊給MPPT電路的信號CONl代表充電均衡模塊處於等待請求狀態request ;充電均衡模塊給二次升壓電路的信號C0N2代表充電均衡就緒狀態ready ； 超級電容EDLC，作為儲能元件，起到在穩定輸出功率的作用； 控制器，其輸入一路為第一參考電壓Vrefl，另一路PO則由MPPT升壓電路產生，兩路作為控制器的輸入參數計算出參考電壓ニ Vref2，用於第二路二次升壓電路的輸出功率計算，保證一定時間內輸出功率恆定，當PI = PO吋，充電均衡模塊將自動開啟，用於補電，保證ニ次升壓後的輸出功率恆定；控制器通過通訊接ロ，接入通訊總線，和遠程終端相連接； 二次升壓電路其輸入信號一路直接由MPPT升壓電路輸出，通過普通電容濾波，直接連接二次升壓電路；另一路則通過充電均衡電路和超級電容EDLC，輸出連接二次升壓電路，；輸入電壓為第一、第二參考電壓Vrefl，Vref2，用於確定Pl和P2的值，其中Vref2是由控制器計算得出的，輸出並聯之後，短時間內輸出功率恆定，即Pout = P1+P2。
2.利用權利要求I所述的基於MPPT升壓的二次升壓電路的分布式太陽能電池組，包括多個太陽能電池組、前端電路、逆變器、電カ網絡模塊power grid,其特徵在於,所述太陽能電池組為由N個單個的太陽能電池板(11) (In)並聯而成的電池組；所述電池組都連接一個基於MPPT升壓電路的二次升壓電路作為前端電路， 所述作為前端電路的基於MPPT升壓的二次升壓電路包括 MPPT升壓模塊有兩路輸出，一路經充電均衡模塊，一路未經充電均衡模塊，輸出功率分別為P1，P2，通過控制器對輸出功率進行分配，太陽能電池板的平均輸出功率PO等於Pl平均值和P2平均值的和；P1，P2之後分別連接二次升壓電路然後並聯，輸出功率恆定為Pout=P1+P2デPO，其中MPPT升壓電路的使能信號C0N3來自控制器； 充電均衡模塊，保證每個超級電容的電壓不超過最大耐壓，而且保證每個超級電容電壓相同以獲得P2點的最高電壓；當充電均衡模塊給MPPT電路的信號CONl代表充電均衡模塊處於等待請求狀態request ;充電均衡模塊給二次升壓電路的信號C0N2代表充電均衡就緒狀態ready ； 超級電容EDLC，作為儲能元件，起到在穩定輸出功率的作用； 控制器，其輸入一路為第一參考電壓Vrefl，另一路PO則由MPPT升壓電路產生，兩路作為控制器的輸入參數計算出參考電壓ニ Vref2，用於第二路二次升壓電路的輸出功率計算，保證一定時間內輸出功率恆定，當PI = PO吋，充電均衡模塊將自動開啟，用於補電，保證ニ次升壓後的輸出功率恆定；控制器通過通訊接ロ，接入通訊總線，和遠程終端相連接； 二次升壓電路其輸入信號一路直接由MPPT升壓電路輸出，通過普通電容濾波，直接連接二次升壓電路；另一路則通過充電均衡電路和超級電容EDLC，輸出連接二次升壓電路，；輸入電壓為第一、第二參考電壓Vref 1，Vref2，用於確定Pl和P2的值，其中Vref2是由控制器計算得出的，輸出並聯之後，短時間內輸出功率恆定，即Pout = P1+P2 ；所述太陽能電池組還包括外部連接器(5)和通訊總線； 其中，每個電池板(11) (In)分別由與其並聯的ー個MPPT升壓(21) (2n)控制，同時由外部連接器(5)控制，通過通訊總線進行自由連接；並聯的電池組輸出匯總到電源總線上，電源總線正極和電源總線負極分別連接逆變器(3)的正負極，再通過逆變器(3)與電カ網絡power grid (4)連接。
全文摘要
本發明公開了一種基於MPPT升壓的二次升壓電路及分布式太陽能電池組。基於MPPT升壓的二次升壓電路，利用超級電容和充電均衡模塊，使得二次升壓後的輸出功率在一定時間內穩定，並且進一步利用超級電容祈禱穩定輸出功率的作用；分布式太陽能電池組由N個單個的太陽能電池板(11)～(1n)並聯而成的電池組、該太陽能電池組的每一太陽能電池板上並聯的一個基於MPPT升壓的二次升壓電路的前端電路(21)～(2n)、逆變器(3)、電力網絡模塊，外部連接器(5)和通訊總線組成。與現有技術相比，本發明能夠消除太陽電池組原有的由於熱島效應而引起的擊穿，同時又能保證太陽能電池組的高效能發電。
文檔編號H02J15/00GK102646977SQ201210118068
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者張雅凡, 褚以人 申請人:蘇州英諾華微電子有限公司