提高太陽能電池板發電效率的方法及裝置的製作方法

2023-12-10 08:23:22 1

專利名稱：提高太陽能電池板發電效率的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能光伏發電技術領域，涉及一種提高太陽能電池板發電效率的方法及裝置。
背景技術：
太陽能作為一種清潔的、沒有任何汙染的能源，以及太陽能發電做為動力供應主要來源之一的可能性，已日益引起人們關注。相關專家預測，到本世紀後期，太陽能發電將在世界電能結構中佔據80 %的位置。然而，由於技術問題，迄今商業化的光伏發電裝置/太陽能電池的價格太高、光電轉換效率過底。在城市電力系統中，高昂的一次性投資成本無疑更為光伏發電裝置/太陽能電池產品推廣增加了難度，大規模開發和利用光伏太陽能發電，提高太陽能電池板的光電轉換效率和降低生產成本成為核心所在。因此，提高效率，降低成本，擴大規模成為現今開發、生產光伏發電裝置/太陽能電池板的主題。太陽能電池在光照強度及輸出電壓V確定後即能確定可輸出最大電流值I。在 「 J-V特性」中，電力IV值最大的點稱為最大功率點(MPP)。光照強度會隨著太陽高度及天氣的變化而改變，因此MPP也會相應移動。對其移動軌跡進行追蹤，在MPP點輸出電流的技術就是MPPT技術，MPPT為功率調節器的重要功能之一，也是提高太陽能電池板發電效率的手段之一。通常MPPT採用的是通過將輸出電壓V略微增減，獲知此時電流1(或電力IV) 的增減幅度，從而追蹤不斷移動的MPP。採用已有的MPPT技術，每次選擇一個峰值後，繼續追蹤其峰值，原來的MPP向其他峰值轉移時就很難調整。中國專利公開說明書200410028400. χ公開了一種電力調節器10，其具有最大電力跟蹤控制部分12，用以設定功率變換器11的直流工作電壓，該功率變換器11將發電機 2的輸出電流轉換為交流電，以使對應於發電機輸出電平的功率點跟蹤上最大功率點。該電力調節器還包括近似函數存儲器25，用以存儲與最大功率點相關的近似函數；跟蹤控制部分34，用以依據近似函數使當前的功率點到達最大功率點的附近；爬山法跟蹤控制部分 35，用以在當前的功率點到達最大功率點的附近時，通過使用爬山法使當前的功率點到達最大功率點。中國專利公開說明書200620041423. 9公開了一種太陽能電池最大功率點跟蹤裝置，其特點是包括順序連接的太陽能電池、調節電路、蓄電池，以及一控制電路；控制電路包括電壓採樣單元和電流採樣單元、計算單元、比較單元、以及微擾單元；蓄電池的輸出端分別與電壓採樣單元和電流採樣單元連接；電壓採樣單元和電流採樣單元的輸出端與計算單元的輸入端連接；計算單元、比較單元以及微擾單元順序連接；微擾單元的輸出端與調節單元的輸入端連接。通過對充電的電壓電流參數進行採樣、計算和比較得到當時環境下的太陽能電池最大功率點，再通過調節驅動脈衝信號的寬度來改變充電負載，使得充電負載與太陽能電池的即時參數相匹配，從而使太陽能電池始終能夠工作在最大的充電功率
中國專利公開說明書200510086294. 5公開了一種獨立光伏發電系統用的最大功率點跟蹤方法，所述的應用該最大功率點跟蹤技術的獨立光伏發電系統包括(1)太陽能電池；(2)蓄電池；(3)BUCK電路。其中太陽能電池輸出特性具有非線性特徵，並且其輸出受光照強度、環境溫度和負載情況影響，蓄電池則具有一定的負載特性。該公開說明書所述的最大功率點跟蹤方法即MPPT，通過調節作為電能變換環節的BUCK電路驅動佔空比，達到調整光伏陣列輸出端負載特性的目的，從而實現MPPT控制。這種控制算法最大的優點，是在光照強度發生快速變化時，光伏陣列輸出電壓能以平穩的方式跟蹤其變化，而且穩態的振蕩也較小。中國專利公開說明書200910062931. 3公開了一種提高光伏組件輸出功率的方法，將光伏組件中串聯的光伏電池元平均分組，保證相鄰兩光伏電池元組的輸出電壓比值等於它們的最大功率點電壓比值。針對光伏電池元平均分為兩組的情況，本發明提供了校正電路，包括P溝道MOSFET管、N溝道MOSFET管、電感和兩個電容，其中P溝道MOSFET管的漏極與N溝通MOSFET管的漏極串接為MOSFET橋臂，兩個電容串接成電容橋臂，MOSFET橋臂與電容橋臂並聯，兩MOSFET管的相接點與兩電容的相接點通過電感連接。該技術應用於光伏組件的最大功率點跟蹤方法中，可避免常規跟蹤方法陷入局部極值點。然而，太陽能電池板在沒有陰影遮蔽時，其IV-V特性曲線是一條只有一個峰值的單一曲線，此時採用這些方法或是可行。但是，當部分太陽能電池板被遮蔽後，整個太陽能電池板系統的I-V特性曲線既顯示為一條複雜的曲線，所顯示的IV-V特性曲線就有多個峰值。並且，隨著太陽及遮蔽陰影的移動，以及太陽能電池板上浮塵、積雪等光照障礙物的增減，乃至太陽能電池及其環境溫度的變化，太陽能電池板系統的I-V特性曲線的形狀都會發生變化，有時MPP所在的峰值會快速向其他峰值轉移。因此，這些公開的方法和其它現有方法並不能很好地進行太陽能電池板的最大功率點追蹤，也不能最大限度地提高太陽能發電系統的發電能力。

發明內容
本發明的目的在於提供一種提高太陽能電池板發電效率的方法及裝置，以克服現有技術方法及裝置的不足。本發明的顯著優點是本發明通過檢測電容器充電時的電壓及電流的變化，得知其I-V特性來實現最大功率點追蹤的技術，由於電容器具有反應靈敏，內阻較低級工作穩定等優點，所以在太陽能電池板發電電路中應用其來實施太陽能電池板發電系統的最大功率點追蹤，可以大幅度提高最大功率點追蹤速度，且使整個太陽能電池板發電裝置較現有技術中的太陽能電池板發電裝置簡單化，從而降低太陽能電池板的發電成本及發電系統製造成本；使太陽能電池板部分被遮蔽等情況下也可最大限度地發揮作用，且方法及裝置簡單可靠。本發明的另一顯著優點是本發明所涉及的方法及裝置能快速、最佳地進行太陽能電池板的最大功率點追蹤，大幅度提高太陽能電池板在局部陰影遮蔽條件下的光電轉化效率、提高太陽能發電系統的發電能力。本發明所涉及的提高太陽能電池板發電效率的方法，是在太陽能電池板與直流/ 直流轉換器電路間串入至少一個電容器，檢測電容器充電時電壓及電流值，當電容器的電壓與電流增加時，由微處理器以一個最大功率點追蹤電路調節直流/直流轉換器的有源電阻值，若電容器的電壓或其與電流的乘積為正，則調節直流/直流轉換器的有源電阻特性繼續向相同方向變化；反之，使其朝相反方向變化；重複以該最大功率點追蹤電路調節直流/直流轉換器的有源電阻的調節步驟，反覆微擾來趨近太陽能電池板發電的最大功率
點ο本發明所涉及的微處理器與直流/直流轉換器電路間接有驅動和保護模塊。本發明所涉及的由微處理器以一個最大功率點追蹤電路調節直流/直流轉換器的有源電阻值的方法步驟包括1)設定控制有源電阻的初始值，檢測該值引致的電容器的電壓或其與電流的乘積初始值；2)以所設定的有源電阻初始值為其舊值，電容器的電壓或其與電流的乘積之初測值為電容器的電壓或其與電流的乘積之舊值；3)使有源電阻調節工作繼續，新產生的有源電阻為一個新值，對應產生的電容器的電壓或其與電流的乘積為相應的電容器的電壓新值或其與電流的乘積新值；4)比較電容器的電壓或其與電流的乘積之新值與舊值的差值；若差值為正，則調節直流/直流轉換器的有源電阻特性繼續向相同方向變化；反之，使其朝相反方向變化；若差值為零，則保持直流/直流轉換器的有源電阻不變；5)重複步驟2)至4)，以最佳化地進行太陽能電池板的最大功率點追蹤。實施最大功率點追蹤過程中，在設定有源電阻的初始值後，過程中任一單位時間內都可能產生一個瞬時有源電阻變化量。本發明所涉及的、實施提高太陽能電池板發電效率的方法的裝置包括太陽能電池板，至少一個電容器，直流/直流轉換器和至少一個用於導通或截止電容器與直流/直流轉換器間電路的半導體開關。所涉及的微處理器包括CPU，輸入輸出埠，存儲器，比較器，噪音濾除器，電容器電壓檢測器，電容器電流檢測器或PWM輸出控制器。本發明所涉及的電容器可以是任何材質製成的電容器，只要是高容量的，最好是超高容量的，即可應用於本發明中，其中包括聚合物電容器。本發明所涉及的半導體開關作用為導通或截止電容器與直流/直流轉換器之間電路，可以是任一類型的電子開關、電力電子開關、控制開關和半導體開關。負載包括蓄電池和/或相關用電設備。從直流/直流轉換器輸出的電流還可以通過併網逆變器直接進入電網或通過併網逆變器及變壓器後進入電網。


圖1是本發明所涉及的提高太陽能電池板發電效率裝置的示意圖。圖2是本發明所涉及的提高太陽能電池板發電效率併網裝置的示意圖。圖3是本發明所涉及的提高太陽能電池板發電效率方法步驟示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
進一步說明本發明，但本發明並不限於在實施方式說明範
5圍內。如圖1和圖2所示，本發明實施例中裝置包括太陽能電池板(1)，半導體開關
(2)，直流/直流轉換器(3)，電容器(4)，微處理器(5)，驅動和保護模塊(6)，併網逆變器 ⑵。如圖3所示，本發明實施例中方法步驟包括設定控制有源電阻的初始值(11)，檢測電容器電壓(12)，繼續運行並檢測電容器新電壓(13)，比較新電壓與(舊)電壓(14)，新電壓大於等於(舊)電壓(15)，調節有源電阻特性向相同方向變化(16)，調節有源電阻特性向相反方向變化(17)。實施方式1本發明實施例1(參照圖1和圖2)如圖1所示的本發明涉及的提高太陽能電池板發電效率裝置包括太陽能電池板(1)，半導體開關(2)，直流/直流轉換器(3)，電容器(4)， 微處理器(5)，驅動和保護模塊(6)。如圖2所示的本發明涉及的提高太陽能電池板發電效率裝置包括太陽能電池板 (1)，半導體開關(2)，直流/直流轉換器(3)，電容器(4)，微處理器(5)，驅動和保護模塊 (6)，併網逆變器(7)。太陽光(未圖示)從太陽能電池板⑴的表面射入，產生電能，由微處理器(5)指令半導體開關(2)導通或截止電容器(4)與直流/直流轉換器(3)之間電路，並根據電壓或其與電流檢測值計算比較，調節直流/直流轉換器(3)的有源電阻特性，以最佳化地進行太陽能電池板的最大功率點追蹤，將太陽能電池板(1)產生的電能向如圖1所示的負載輸電或通過如圖2所示的併網逆變器(7)向電網輸電。實施方式2本發明實施例2(參照圖3)在本發明涉及的裝置(如圖1或圖2所示)中，啟動系統，設定控制有源電阻的初始值(11)，檢測該值引致的電容器的電壓(12)，繼續運行並檢測電容器新電壓(13)，比較新電壓與(舊)電壓差值(14)，若新電壓大於等於(舊)電壓(15)，則調節有源電阻特性向相同方向變化(16)，並重複進入步驟(12)至(16)，否則，調節有源電阻特性向相反方向變化(17)，並重複進入步驟(12)至(17)，以最佳化地進行太陽能電池板(1)的最大功率點追蹤。
權利要求
1.提高太陽能電池板發電效率的方法，其特徵在於在太陽能電池板與直流/直流轉換器電路間串入至少一個電容器，檢測電容器充電時電壓及電流值，當電容器的電壓與電流增加時，由微處理器以一個最大功率點追蹤電路調節直流/直流轉換器的有源電阻值， 若電容器的電壓或其與電流的乘積為正，則調節直流/直流轉換器的有源電阻特性繼續向相同方向變化；反之，使其朝相反方向變化；重複以該最大功率點追蹤電路調節直流/直流轉換器的有源電阻的調節步驟，反覆微擾來趨近太陽能電池板發電的最大功率點。
2.根據權利要求1所述的提高太陽能電池板發電效率的方法，其特徵在於所述的微處理器與直流/直流轉換器電路間接有驅動和保護模塊。
3.根據權利要求1所述的提高太陽能電池板發電效率的方法，其特徵在於所述的由微處理器以一個最大功率點追蹤電路調節直流/直流轉換器的有源電阻值的方法步驟包括1)設定控制有源電阻的初始值，檢測該值引致的電容器的電壓或其與電流的乘積初始值；2)以所設定的有源電阻初始值為其舊值，電容器的電壓或其與電流的乘積之初測值為電容器的電壓或其與電流的乘積之舊值；3)使有源電阻調節工作繼續，新產生的有源電阻為一個新值，對應產生的電容器的電壓或其與電流的乘積為相應的電容器的電壓新值或其與電流的乘積新值；4)比較電容器的電壓或其與電流的乘積之新值與舊值的差值；若差值為正，則調節直流/直流轉換器的有源電阻特性繼續向相同方向變化；反之，使其朝相反方向變化；若差值為零，則保持直流/直流轉換器的有源電阻不變；5)重複步驟2)至4)，以最佳化地進行太陽能電池板的最大功率點追蹤。
4.實施如權利要求1所述方法的裝置，其特徵在於該裝置包括太陽能電池板，至少一個電容器，直流/直流轉換器和至少一個用於導通或截止電容器與直流/直流轉換器間電路的半導體開關。
5.根據權利要求1所述的提高太陽能電池板發電效率的方法，其特徵在於所述的微處理器包括CPU，輸入輸出埠，存儲器，比較器，噪音濾除器，電容器電壓檢測器，電容器電流檢測器或PWM輸出控制器。
全文摘要
本發明涉及提高太陽能電池板發電效率的裝置及其提高發電效率的方法，該裝置包括太陽能電池板，至少一個電容器，直流/直流轉換器和至少一個用於導通或截止電容器與直流/直流轉換器間電路的半導體開關；該方法在太陽能電池板與直流/直流轉換器電路間串入至少一個電容器，檢測電容器充電時電壓及電流值，當電容器的電壓與電流增加時，由微處理器以一個最大功率點追蹤電路調節直流/直流轉換器的有源電阻值，反覆微擾來趨近太陽能電池板發電的最大功率點。
文檔編號H02N6/00GK102201758SQ20101012994
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者劉文韜, 劉津平, 高霞 申請人:劉津平, 江西傑彼新能源有限公司