一種多階混合太陽能電池陣及其組合供電方法與流程

2023-11-03 23:36:17 1

本發明涉及一種太陽能電池陣組合方案，特別是涉及一種多階混合太陽能電池陣組合方案。

背景技術：

太陽能電池陣電源系統，即用單體太陽能電池組成方陣將光能轉換成電能的電源系統。通常將太陽能電池陣、蓄電池組和電源控制設備共同組成一種混合式的太陽能電池陣。多個帶蓋片的單體太陽能電池按供電要求以串、並聯方式組成太陽能電池陣方陣。

傳統太陽能電池陣組合方案一般是由太陽能電池串聯組成太陽能電池組，各個太陽能電池組並聯組成電池陣列，然後向外界供電。此種組合方案輸出電壓單一，對DC/DC變換器性能要求高，不能適應多種功率負載。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種多階混合太陽能電池陣組合方案，此方案可根據負載所需功率大小，自由選擇合適的某階太陽能電池陣模塊向負載供電；此方案中向負載供電的太陽能電池陣模塊輸出端的DC/DC變換器有兩種工作模式，DC/DC變換器可根據負載功率的變化調整工作模式。

為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種多階混合太陽能電池陣，包括多個太陽能電池、多個DC/DC變換器、多個儲能電池、多個負載設備，其特徵在於：多個太陽能電池組成一個太陽能電池模塊，所述多階混合太陽能電池陣的毎一階太陽能電池陣均包含一個或多個太陽能電池陣模塊，上一階太陽能電池陣與下一階太陽能電池陣相比，包含更少的太陽能電池陣模塊且每個太陽能電池陣模塊包含更多的太陽能電池。

優選的，任意一階太陽能電池陣中的太陽能電池陣模塊均可獨立向負載設備供電。

優選的，多塊太陽能電池串聯組成一個太陽能電池組，多個太陽能電池組並聯組成一個太陽能電池陣模塊，不同階數中的太陽能電池陣模塊由不同數量的太陽能電池組合而成。

優選的，每個太陽能電池陣模塊輸出端配置有一個DC/DC變換器，所述DC/DC變換器集成有MPPT太陽能控制器，每個太陽能電池陣模塊均通過DC/DC變換器獨立向負載設備供電。

優選的，所述DC/DC變換器有兩種工作模式：當負載處於大功率工作模式時，DC/DC變換器工作在MPPT模式；當負載功率需求小時，DC/DC變換器工作在非最大功率點。

本發明進一步包括如下技術方案：

採用上述多階混合太陽能電池陣的組合供電方法，包括以下步驟：

S1、(s+t)×y個太陽能電池組合成一個s+t行y列的太陽能電池模塊，形成第一階太陽能電池陣，第一階太陽電池陣包含一個太陽能電池模塊；

S2、第一階太陽能電池陣中的太陽能電池模塊輸出電壓至第一DC/DC變換器1，向第一儲能電池儲存能量，最終驅動第一用電設備；

S3、從(s+t)×y個太陽能電池中選取s×m個太陽能電池組成第二階太陽能電池陣的第一個太陽能電池模塊；

S4、第二階太陽能電池陣中的第一個太陽能電池模塊輸出電壓至第二DC/DC變換器，向第二儲能電池儲存能量，最終驅動第二用電設備；

S5、從(s+t)×y個太陽能電池中選取t×(y-n)個太陽能電池組成第二階太陽能電池陣的第二個太陽能電池模塊；

S6、第二階太陽能電池陣中的第二個太陽能電池模塊輸出電壓至第三DC/DC變換器，向第三儲能電池儲存能量，最終驅動第三用電設備；

S7、重複上述步驟，構建下一階太陽能電池陣的太陽能電池陣模塊，並輸出電壓。

優選的，所述步驟S1具體包括：(s+t)×y個太陽能電池按照s+t行y列的方式排成陣列，其中，每一行中的y個太陽能電池串聯，共組成s+t個太陽能電池組，這s+t個太陽能電池組並聯，形成第一階太陽能電池陣的一個太陽能電池模塊，此太陽能電池模塊包含(s+t)×y個太陽能電池。

優選的，所述步驟S3具體包括：(s+t)×y的太陽能電池陣列的第1行太陽能電池中第1列至第m列太陽能電池串聯，組成一個太陽能電池組，第1行至第s行共組成s個太陽能電池組，這s個太陽能電池組並聯，形成第二階太陽能電池陣中的第一個太陽能電池陣模塊，此太陽能電池陣模塊包含s×m個太陽能電池。

優選的，所述步驟S5具體包括：(s+t)×y的太陽能電池陣列的第s+1行中第n+1列至第y列太陽能電池串聯，組成一個太陽能電池組，第s+1行至第s+t行共組成t個太陽能電池組，這t個太陽能電池組並聯，形成第二階太陽能電池陣中的第二個太陽能電池陣模塊，此太陽能電池陣模塊包含t×(y-n)個太陽能電池。

優選的，所述第一DC/DC變換器、第二DC/DC變換器、第三DC/DC變換器均集成有MPPT太陽能控制器，當相應的用電設備所需功率大時，DC/DC變換器工作在作在MPPT狀態；當相應的用電設備所需功率小時，DC/DC變換器工作在非最大功率點。

本發明的優點在於：

第一、本發明的多階混合太陽能電池陣不同輸出埠對應不同的需求功率，可根據負載功率大小靈活選取相應太陽能電池陣模塊；

第二、本發明的多階混合太陽能電池陣不同階太陽能電池陣模塊中的串聯電池組中串聯電池的個數不同，輸出電壓多樣，可根據負載電壓大小選擇電壓相近的太陽能電池陣模塊，相對於傳統太陽能電池陣組合方案單一高電壓輸出埠，可有效降低對DC/DC變換器工作性能要求；

第三、每個太陽能電池陣模塊可獨立向外供電，增加系統冗餘，提高系統可靠性；

第四、DC/DC變換器可根據負載所需功率大小調整工作模式，有效滿足負載功率需求，當負載處於大功率工作模式時，DC/DC變換器工作在MPPT模式，當負載功率需求小時，DC/DC變換器工作在非最大功率點。

附圖說明

附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本發明的一種多階混合太陽能電池陣的連接示意圖。

圖中標號說明如下：

1.第一DC/DC變換器 2.第一儲能電池 3.第一用電設備

4.第二DC/DC變換器 5.第二儲能電池 6.第二用電設備

7.第三DC/DC變換器 8.第三儲能電池 9.第三用電設備

圖中括號內的數字與字母表示太陽能電池陣中太陽能電池的行號和列號，例如，(1,1)表示第一行第一列太陽能電池，(s+t,y)表示第s+t行第y列太陽能電池。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，本實施例共有s+t行y列太陽能電池，其中，每一行中的y個太陽能電池串聯，共組成s+t個太陽能電池組，這s+t個太陽能電池組並聯，形成第一階太陽能電池陣，第二階太陽電池陣有一個太陽能電池模塊，此太陽能電池模塊包含(s+t)×y個太陽能電池。

第一階太陽能電池陣中的太陽能電池模塊輸出電壓至第一DC/DC變換器1，向第一儲能電池1儲存能量，最終驅動第一用電設備3。

本實施例中，第1行太陽能電池中第1列至第m列太陽能電池串聯，組成一個太陽能電池組，第1行至第s行共組成s個太陽能電池組，這s個太陽能電池組並聯，形成第二階太陽能電池陣中的一個太陽能電池陣模塊，此太陽能電池陣模塊包含s×m個太陽能電池。

第二階太陽能電池陣中的第一個太陽能電池模塊輸出電壓至第二DC/DC變換器4，向第二儲能電池5儲存能量，最終驅動第二用電設備6。

本實施例中，第s+1行中第n+1列至第y列太陽能電池串聯，組成一個太陽能電池組，第s+1行至第s+t行共組成t個太陽能電池組，這t個太陽能電池組並聯，形成第二階太陽能電池陣中的第二個太陽能電池陣模塊，此太陽能電池陣模塊包含t×(y-n)個太陽能電池。

第二階太陽能電池陣中的第二個太陽能電池模塊輸出電壓至第三DC/DC變換器7，向第三儲能電池8儲存能量，最終驅動第三用電設備9。

其中，第一DC/DC變換器1集成有MPPT太陽能控制器，當第一用電設備2所需功率大時第一DC/DC變換器1工作在作在MPPT狀態；當第一用電設備2所需功率小時第一DC/DC變換器1工作在非最大功率點。

其中，第一用電設備3的額定電壓與第一階太陽能電池陣中的太陽能電池陣電池模塊輸出電壓最接近。

其中，第二DC/DC變換器4集成有MPPT太陽能控制器，當第二用電設備6所需功率大時第二DC/DC變換器4工作在作在MPPT狀態；當第二用電設備6所需功率小時第二DC/DC變換器4工作在非最大功率點。

其中，第二用電設備6的額定電壓與第二階太陽能電池陣中的第一太陽能電池陣電池模塊輸出電壓最接近。

其中，第三DC/DC變換器7集成有MPPT太陽能控制器，當第三用電設備9所需功率大時第三DC/DC變換器7工作在作在MPPT狀態；當第三用電設備9所需功率小時第三DC/DC變換器7工作在非最大功率點。

其中，第三用電設備9的額定電壓與第二階太陽能電池陣中的第二太陽能電池陣電池模塊輸出電壓最接近。

應當指出，本實施例僅示例性說明本發明的應用方法，而非用於限制本發明。任何熟悉此種技術的使用人員，均可在不違背此發明的精神及範圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發明的權利保護範圍，應如權利要求書所列。