太陽能匯流控制器的製造方法
2023-05-02 04:21:26 4
太陽能匯流控制器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及控制器，公開了一種太陽能匯流控制器。本發明中，太陽能匯流控制器包含N個輸入埠、第一輸出埠、N個開關元件與數字處理器，N為自然數；每一個開關元件的第一埠與太陽能匯流控制器的一個輸入埠相連；每一個開關元件的第二埠均與太陽能匯流控制器的第一輸出埠相連；每一個開關元件的控制端與數字處理器相應控制位相連，數字處理器控制開關元件的導通與斷開；N個輸入埠輸入N路太陽能充電電流；第一輸出埠輸出匯流後的太陽能充電電流。本發明使得可以量化管理太陽能蓄電池充電，提高系統可靠性，節約成本。
【專利說明】太陽能匯流控制器
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制器，特別涉及太陽能匯流控制器。
【背景技術】
[0002]目前太陽能傳輸過程中單獨光伏陣列需先全部進入匯流箱進行排列，合併成集中的一路，再經過太陽能充電控制器，然後才送入蓄電池。但不能根據蓄電池的荷電狀態進行充電調節。
[0003]而且，目前太陽能板經匯流箱集中後進入下級充電控制器的總功率很大，此時採用一般低速開關型(無續流電感)的充電控制器，會引起電池組巨大浪湧電流及電壓波動，影響負載的正常工作(如LED照明閃爍)及蓄電池壽命縮短；或採用其他高速的脈寬調製(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)(有續流電感)的充電控制器，成本高(需全功率進行PWM控制)效率低(高速開關損耗)。
[0004]另外，目前匯流排採用串接二極體防逆流措施，如圖1所示，損耗大，需較大體積散熱器，其中，PV為太陽能板；並且，目前太陽能光伏匯流箱內置的直流斷路器價格高，使用壽命有限制。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種太陽能匯流控制器，使得可以量化管理太陽能蓄電池充電，提高系統可靠性，節約成本。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種太陽能匯流控制器，包含:N個輸入埠、第一輸出埠、N個開關元件與數字處理器；
[0007]所述開關元件包含第一埠、第二埠與控制端；所述每一個開關元件的第一埠與所述太陽能匯流控制器的一個輸入埠相連；所述每一個開關元件的第二埠均與所述太陽能匯流控制器的第一輸出埠相連，所述每一個開關元件的控制端和所述數字處理器相連，所述數字處理器控制所述開關元件的導通與斷開；
[0008]所述N個輸入埠輸入N路太陽能充電電流；所述第一輸出埠輸出匯流後的太陽能充電電流。
[0009]本發明實施方式相對於現有技術而言，太陽能匯流控制器包含N個輸入埠，把光伏陣列採集的整列太陽能的全部能量分為N份，每份能量通過導通的開關元件進入太陽能匯流控制器；太陽能匯流控制器中的數字處理器檢測第一輸出埠處的電壓，得知太陽能蓄電池的荷電狀態，並根據該太陽能蓄電池的荷電狀態接通特定數量的開關元件，即量化控制，使第一輸出埠輸出合適的電流到太陽能蓄電池，避免太陽能蓄電池過充損壞，也可以避免因其電量不足而導致負載無法正常工作，達到充電管理的效果。這樣，太陽能匯流控制器可一級完成太陽能充電電流匯流和充電管理，明顯減少了系統轉接的節點，提高了系統的可靠性，節約了成本，同時可以量化管理太陽能蓄電池充電。
[0010]另外，開關元件為電子開關。電子開關是由由金屬-氧化層-半導體-場效電晶體或雙極型電晶體構成的，其導通電阻在數毫歐級，因此每路電子開關的損耗僅在I瓦左右，大大降低了系統產生的熱量，節約了能量；同時，完全可以完成防逆流、防反接無損保護的功能。由於電子開關是現有的成熟器件，保證了本發明實施方式的可行性。
[0011]另外，本發明還包含電流源型脈寬調製控制器。電流源型PWM可以把其中一路的太陽能能量進一步量化為該路太陽能能量的1/256 (8位解析度)，或1/1024( 10位解析度)，因此系統控制精度可以達到1/(N*256)或1/(N*1024)。這樣在能量流入負載時就可以按需求(蓄電池特性)進行精確、微波動的控制。每一個能量控制步長只有總能量的1/(N*256)或I/(N*1024)，其優點在於，能夠有機結合高速控制的精細性同低速控制的高效率及低成本性。由於電流源型脈寬調製控制器是現有的成熟器件，保證了本發明實施方式的可行性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是根據現有技術中的匯流排串接二極體防逆流措施的結構示意圖；
[0013]圖2是根據本發明第一實施方式中的太陽能匯流控制器的結構示意圖；
[0014]圖3是根據本發明第一實施方式中的電子開關的結構示意圖；
[0015]圖4是根據本發明第二實施方式中的太陽能匯流控制器的結構示意圖；
[0016]圖5是根據本發明第三實施方式中的太陽能匯流控制器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基於以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。
[0018]本發明的第一實施方式涉及一種太陽能匯流控制器，包含N個輸入埠、第一輸出埠、第二輸出埠、N個開關元件，具體結構如圖2所示。
[0019]開關元件包含第一埠、第二埠與控制端；每一個開關元件的第一埠與太陽能匯流控制器的一個輸入埠相連；太陽能匯流控制器的每一個輸入埠與一個太陽能板相連；每一個開關元件的第二埠均與太陽能匯流控制器的第一輸出埠相連，每一個開關元件的控制端和數字處理器相連，數字處理器控制開關元件的導通與斷開；第二輸出埠與數字處理器相連。
[0020]其中，開關兀件為電子開關。電子開關是由MOSFET(Metal-Oxide_SemiconductorField-Effect Transistor,金屬-氧化層-半導體-場效電晶體)或 IGBT( Insulated GateBipolar Transistor,絕緣柵型雙極型電晶體)構成的,採用兩個源極連接在一起的MOSFET或IGBT，具體如圖3所示，其中，Kl、K2分別為電子開關的第一埠、第二埠。首先，相對於二極體來說，由於電子開關導通電阻在數毫歐級，因此每路電子開關的損耗僅在I瓦左右大大降低了系統產生的熱量，節約了能量；同時，利用體內二極體，完全可以完成防逆流的功能。其次，利用電子開關取代目前匯流箱裡的大電流直流斷路器，更容易實現遠程開關，提高了系統的可靠性，並降低了成本。最後，採用電子開關可及時剔除損壞的太陽能組串，使系統依然能正常工作。傳統匯流箱若採用太陽能組串直接並聯，當其中一路因遮蔽效應、內部短路或其他原因會使正常組串能量倒流產生熱斑，加劇不正常組串的損害直至系統崩潰。傳統匯流箱若採用串聯二極體來防止這一危害(如圖1)，由於二極體的功耗較大，每個組串產生的熱量在十數瓦之間，發熱量巨大並降低效率，在需防護等級IP65要求的密閉環境下，很難做到成本與可靠性的統一。
[0021]值得一提的是，本實施方式中的電子開關，只是一種具體的實現方式，在實際應用中，也可以採用其他等效的開關元件，在此不一一贅述。
[0022]太陽能匯流控制器包含N個輸入埠，N個輸入埠輸入N路太陽能充電電流，並把光伏陣列採集的整列太陽能的全部能量分為N份，並通過導通的開關元件進入太陽能匯流控制器。在本實施方式中，能量的控制步長為總能量的1/N，N越大，能量的控制步長越小，控制精度越高，控制的效率更低。
[0023]需要說明的是，可根據實際需要將N設置為合適的值。
[0024]太陽能匯流控制器中內置的數字處理器包含微處理器、採樣電路與輔助電源。在蓄電池工作之前，可檢測蓄電池是否正確接入、檢測太陽能板是否正確接入。在上述過程中也可以檢測太陽能板的發電情況:處於白天的發電狀態或夜間的防逆流狀態。在工作過程中，可以檢測第一輸出埠處(圖2中的A點)的電壓，得知太陽能蓄電池的荷電狀態，並根據該太陽能蓄電池的荷電狀態接通特定數量的開關元件，即能量量化管理，使第一輸出埠輸出合適的電流到太陽能蓄電池:隨著蓄電池荷電量的增加可以按照充電管理特性，通過減少導通的電子開關的數量，減少接入的太陽能板數量；當工作過程中荷電量下降後，也可按照蓄電池特性，通過增加導通的電子開關的數量，量化地增加接入的太陽能板的路數，達到太陽能的最大利用率。這樣，既可以避免太陽能蓄電池因過充而損壞，也可以避免因其電量不足而導致負載無法正常工作，達到充電管理的效果。而且，太陽能匯流控制器可一級完成太陽能充電電流匯流和充電管理，明顯減少了系統轉接的節點，提高了系統的可靠性，節約了成本，同時可以量化管理太陽能蓄電池充電。
[0025]採用數字處理器進行控制，太陽能光伏陣列、蓄電池狀態等各項參數能通過通訊協議方便傳輸至上位機，方便實現匯流的智能控制。
[0026]第一輸出埠輸出匯流後的太陽能充電電流，給蓄電池充電。第二輸出埠與數字處理器相連，數字處理器與遠程終端相連，可以利用電子開關的遠程控制特性。這樣，有利於在併網發電系統中進行發電量統一調度。
[0027]本發明的第二實施方式涉及一種太陽能匯流控制器。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區別之處在於:在第一實施方式中，太陽能匯流控制器的每一個輸入埠與一個太陽能板相連，即每一個開關元件控制一個太陽能板；而在本發明第二實施方式中，其中一個太陽能匯流控制器的輸入埠與兩個太陽能板相連，即其中一個開關元件控制兩個太陽能板；具體結構如圖4所示。其中，開關元件為電子開關。
[0028]需要說明的是，可根據實際需要將N設置為合適的值，電子開關的數目也可以小於N。
[0029]本發明的第三實施方式涉及一種太陽能匯流控制器。第三實施方式與第一實施方式大致相同，主要區別之處在於:在第三實施方式中，還包含電流源型脈寬調製控制器，具體結構如圖5所示。
[0030]電流源型脈寬調製控制器的輸入埠與太陽能匯流控制器的一個輸入埠相連；電流源型脈寬調製控制器的輸出埠為太陽能匯流控制器的第一輸出埠 ；電流源型脈寬調製控制器的輸出埠與數字處理器相連，數字處理器控制電流源型脈寬調製控制器的導通與斷開。
[0031 ] 在本實施方式中，太陽能匯流控制器包含N個輸入埠，包含(N-1)個電子開關，和一個電流源型脈寬調製控制器，即太陽能充電電流分N路進入太陽能匯流控制器，這也就是說，光伏陣列採集的整列太陽能的全部能量被分為N份。在本實施方式中，連接電子開關的支路的能量的控制步長為總能量的1/N ;連接電流源型脈寬調製控制器的支路可以將該路的能量進一步量化成1/N的1/256(8位解析度)或1/1024 (10位解析度)，即該路中每一個能量控制步長只有總能量的I/ (N*256)或I/ (N*1024)，在能量流入負載的時候可以按需求(蓄電池特性)進行精確、微波動的控制。需要說明的是，相對於電子開關，電流源型脈寬調製控制器為高速器件，能量量化控制較為精細，價格昂貴，損耗大；但通過連接電子開關的支路進行能量量化控制效率高，而且成本低。本實施方式的優點在於，可以量化管理太陽能蓄電池充電，同時，能夠有機結合高速控制的精細性同低速控制的高效率及低成本性。
[0032]需要說明的是，可根據實際需要將N設置為合適的值，電子開關的數目也可以小於(N-1)。
[0033]相對於現有技術而言，太陽能匯流控制器包含N個輸入埠，把光伏陣列採集的整列太陽能的全部能量分為N份，每份能量通過導通的開關元件進入太陽能匯流控制器；太陽能匯流控制器中的數字處理器檢測第一輸出埠處的電壓，得知太陽能蓄電池的荷電狀態，並根據該太陽能蓄電池的荷電狀態接通特定數量的開關元件，即量化控制，使第一輸出埠輸出合適的電流到太陽能蓄電池，避免太陽能蓄電池過充損壞，也可以避免因其電量不足而導致負載無法正常工作，達到充電管理的效果。這樣，太陽能匯流控制器可一級完成太陽能充電電流匯流和充電管理，明顯減少了系統轉接的節點，提高了系統的可靠性，節約了成本，同時可以量化管理太陽能蓄電池充電。
[0034]本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現本發明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節上對其作各種改變，而不偏離本發明的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種太陽能匯流控制器，其特徵在於，包含:N個輸入埠、第一輸出埠、N個開關元件與數字處理器； 所述開關元件包含第一埠、第二埠與控制端；所述每一個開關元件的第一埠與所述太陽能匯流控制器的一個輸入埠相連；所述每一個開關元件的第二埠均與所述太陽能匯流控制器的第一輸出埠相連；所述每一個開關元件的控制端和所述數字處理器相連，所述數字處理器控制所述開關元件的導通與斷開； 所述N個輸入埠輸入N路太陽能充電電流；所述第一輸出埠輸出匯流後的太陽能充電電流。
2.根據權利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特徵在於，所述開關元件為電子開關。
3.根據權利要求2所述的太陽能匯流控制器，其特徵在於，所述電子開關是由金屬-氧化層-半導體-場效電晶體或雙極型電晶體構成的。
4.根據權利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特徵在於，還包含電流源型脈寬調製控制器； 所述電流源型脈寬調製控制器的輸入埠與所述太陽能匯流控制器的一個輸入埠相連；所述電流源型脈寬調製控制器的輸出埠為所述太陽能匯流控制器的第一輸出埠 ；所述電流源型脈寬調製控制器的輸出埠與所述數字處理器相連，所述數字處理器控制所述電流源型脈寬調製控制器的導通與斷開。
5.根據權利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特徵在於，還包含第二輸出埠； 所述第二輸出埠與所述數字處理器相連。
6.根據權利要求1所述的太陽能匯流控制器，其特徵在於，所述數字處理器還用於與遠程終端進行通訊。
【文檔編號】H02S40/30GK103532489SQ201310473426
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年7月18日
【發明者】鄭可京, 王徵偉, 尹椿榮 申請人:上海錦德電器電子有限公司