一種基於dc-dc變換的自整定光伏電源優化器的製作方法
2023-07-02 17:53:41
專利名稱：一種基於dc-dc變換的自整定光伏電源優化器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種光伏電源優化器，特別是一種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器。
背景技術：
太陽能光伏發電正面臨挑戰，技術急需改進。目前太陽能轉換效率低下成為阻礙太陽能產業的主要原因。我國光伏電池實驗室的效率為21%，可商業化光伏組件效率為14% -15%, 一般商業電池效率僅為10% -13%。太陽能光伏發電系統的成本主要是電池 片的成本，約佔總成本的70%。因此電池片的選材和技術研究直接影響到太陽能利用的成本。所以，對於這有限的能量，我們必須充分的利用起來。當今，國內DC/DC隔離技術還不成熟，太陽能發電系統DC/DC模塊轉換效率還不是很高。如今國際質量標準的電池板，壽命一般為25年，功率為當初初始功率的85%。電池板失效一般是由於以下原因造成的1、層壓不過關，電池板內部進入水蒸氣，空氣，導致矽片氧化老化；2、生產過程中焊接過程出現問題；3、封裝電池片有碎片，破片，低效片；4、發電過程中遮擋了一部分太陽能矽片，熱斑效應，電池板工作溫度是-40——+85°C。由於上述問題，會影響到太陽電池板的輸出特性曲線，使得太陽能電池板的最大目標功率點發生變化，一般成衰減狀態，需要人為定期的檢測，重新測量最大功率跟蹤曲線，使用起來較為不便。目前國外已經研製出很多智能型的太陽能晶片。比如說SM3320，這款晶片大量採用模擬電路的全新太陽能系統電源管理晶片組。SM3320包括最先進的最大功率跟蹤(MPPT)控制器、溼度傳感器、全橋驅動器、開關穩壓器和放大器等，通過它們的「並肩作戰」，進ー步提升了太陽能系統的發電效率和穩定性。適用於包括微型逆變器、電源優化器、充電控制器系統在內的光伏系統電子裝置。SM3320還可在充電控制器中發揮作用，其適用於多種化學材質的充電電池，可按照電池的設計要求調整電壓和電流的閾值。當光伏組件的發電量低於電池的吸納量時，最大功率跟蹤(MPPT)系統便會立即啟動，優化充電效率，並容許同一系統中採用不同廠商的光伏組件。而對於我國而言，在這方面幾乎是空白，僅有的一些也是效率低下，穩定性能差。而且我國對太陽能發電的需求越來越大，但是許多核心技術都是掌握在美國、日本、歐洲等發到國家手中，這勢必會造成許多資金都流入國外企業的手中，無法使我國的太陽能技術真正得到提高。
發明內容本實用新型針對現有技術存在的問題，提供了一種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器，能有效提升太陽能系統的效率和穩定性。為此，本實用新型採取如下述技術方案一種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器，其特徵在於包括太陽能電池組件、MPPT控制器和DC-DC隔離電源，所述的DC-DC隔離電源與太陽能電池組件之間串接第一 MOS管，所述的太陽能電池組件還並聯接第二 MOS管；所述的DC-DC隔離電源又連接AD採集模塊，所述的MPPT控制器分別與第一 MOS管、第ニ MOS管以及AD採集模塊連接。所述的ー種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器，其特徵在於所述MPPT控制器還與無線接收發送模塊無線連接。所述MPPT控制器是基於DSP或ARM9的核心處理器。本實用新型針對於現今光伏發電轉換效率不高的情況，通過在軟體算法(最大功率跟蹤MPPT)上的改進以及硬體創新，使得太陽能發電在前置DC/DC轉換上的效率達到95%左右，並且在輸入電壓波動比較大的情況下，提高輸出電壓的穩定性。通過最大功率跟蹤，使太陽能電池板的輸出功率達到最大。在硬體上，我們在推挽式電路的基礎上進行了一定的改進，減小了能量在電路上的損耗，提聞了穩定性。優點在於(I)實時通過無線監測太陽能電池工作； (2)裝置小易於安裝於太陽能電池背面；(3)可以每隔一定時間自己正定修正目標最大功率點，易於長時間的使用，免去維護的成本。
圖I是本實用新型的原理框圖。
具體實施方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進ー步具體的說明。如圖I所示的基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器，包括太陽能電池組件I、MPPT控制器5和DC-DC隔離電源3，DC-DC隔離電源3與太陽能電池組件I之間串接第一MOS管2，太陽能電池組件I還並聯接第二 MOS管7。DC-DC隔離電源3又連接AD採集模塊
4,MPPT控制器5分別與第一 MOS管2、第二 MOS管7以及AD採集模塊4連接，MPPT控制器5還與無線接收發送模塊6無線連接。MPPT控制器是基於DSP或ARM9的核心處理器，可通過SPI與無線接受發送模塊通信，單片機可以起到MPPT輸入級最大功率的計算，然後控制輸出級的次級電壓恆定，達到前饋與後級反饋的同時控制，而且本電源優化器設計實用方便，DC-DC主板外，外擴電路極少。在跟蹤最大功率點模型吋，MRRT控制器控制著兩片MOS管的導通與關斷，其中一片串接於DC-DC與太陽能電池組件之間，可起到關斷電路通斷作用，同時可測量電路的開路電壓，另外一片MOS管起到旁路電源的作用可測量短路電流，這兩個關鍵參數將直接決定當前光照條件下的最大功率點，然後利用PI控制，可同時比例控制擴大或減小佔空比，並處理累計誤差。本系統會定時每天晚上自行把本天內的最大功率點用最小二乗法(取三個點算出最大點與最小點的平均值，再與另外值比較，逐步縮小區間)擬合成ー個函數關係式，然後把此關係式與預存入單片機的函數模型比較(而且DSP可帶SD卡，便於存儲不同廠家生產的光伏電池的最大功率點特性，便於更改模型)，當兩個模型誤差範圍較大時可根據預先設置的表示電池老化環境因素對電池特性影響的參數進行導入，並根據當天實測最大功率點的記錄補充修正模型誤差，以備新的一天時MPPT跟蹤目標模型準確有效，真正提高轉換效率。基本上可在電池壽命期間進行準確的MPPT計算，真正的實時控制，動態修正模型誤差，完全自整定參數。DSP的主頻最高可達100M，每秒MPPT運算可達上千次，從而精確的控制功率跟蹤。同時DC-DC中加入了設計的保護電路，同時加入了無線接受發送模塊，可在多塊電池串聯時上位機發送指令實現對單塊電池DC-DC轉換的開關，實現對光伏電池陣列發電的分配。同時無線模塊會發送電池的輸出功率到上位機，當出現極性相反等特殊情況時進行報錯，實現監控。認為也可發送指令給單片機決定是否採用MPPT模式，即使不採用MPPT模式，也可把當前90%以上的電池能量轉換後輸出。最後，應當指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限於上述實施例，還可以有許多變形，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應認為屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器，其特徵在於包括太陽能電池組件、MPPT控制器和DC-DC隔離電源，所述的DC-DC隔離電源與太陽能電池組件之間串接第一MOS管，所述的太陽能電池組件還並聯接第二 MOS管；所述的DC-DC隔離電源又連接AD採集模塊，所述的MPPT控制器分別與第一 MOS管、第二 MOS管以及AD採集模塊連接。
2.根據權利要求I所述的ー種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器，其特徵在於所述MPPT控制器還與無線接收發送模塊無線連接。
3.根據權利要求I或2所述的ー種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器，其特徵在於所述MPPT控制器是基於DSP或ARM9的核心處理器。
專利摘要本實用新型涉及一種基於DC-DC變換的自整定光伏電源優化器。本實用新型其特徵在於包括太陽能電池組件、MPPT控制器和DC-DC隔離電源，所述的DC-DC隔離電源與太陽能電池組件之間串接第一MOS管，所述的太陽能電池組件還並聯接第二MOS管；所述的DC-DC隔離電源又連接AD採集模塊，所述的MPPT控制器分別與第一MOS管、第二MOS管以及AD採集模塊連接。本實用新型通過最大功率跟蹤，使太陽能電池板的輸出功率達到最大。在硬體上，我們在推挽式電路的基礎上進行了一定的改進，減小了能量在電路上的損耗，提高了穩定性。
文檔編號H02N6/00GK202406064SQ201220006819
公開日2012年8月29日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者丁學慶, 吳秋軒, 康雪楊, 施虞宏, 林偉傑 申請人:浙江尖山光電股份有限公司