具有最大功率點跟蹤功能的光伏直流電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種光伏直流電源。該電源包括光伏組件、功率調(diào)節(jié)器、直流輸出和直流輸入(可選)。其中功率調(diào)節(jié)器包括直流變壓電路、單片機、溫度傳感器、電壓檢測和開關電路。單片機控制開關電路工作，通過調(diào)整開關電路占空比的方式調(diào)整光伏組件的輸出電壓，直至檢測到的光伏組件輸出電壓與單片機根據(jù)組件溫度計算出的最大功率點電壓相符。
【專利說明】具有最大功率點跟蹤功能的光伏直流電源

【技術領域】
[0001]本實用新型為一種具有光伏最大功率點跟蹤功能的直流電源，屬于光伏發(fā)電和直流電源【技術領域】。

【背景技術】
[0002]使用直流電的家電和電子產(chǎn)品如液晶顯不器，手機，平板電腦，數(shù)碼相機，USB風扇等設備需要直流電源供電。光伏電池是利用光生伏打效應將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。光伏電池的輸出為直流電。因為光伏發(fā)電具有無污染，資源豐富的特點，所以光伏電池適合作為戶外的直流電源。
[0003]根據(jù)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換材料的不同，光伏電池可以分為晶體硅電池(包括單晶硅電池，多晶硅電池和異質(zhì)結電池)，非晶硅/微晶硅電池，碲化鎘電池，黃銅礦(例如銅銦鎵硒)電池，有機電池，染料敏化電池，量子點電池，πι-v族電池，疊層電池等類型。除疊層電池外，單個光伏電池輸出的最大電壓受光伏電池中吸光材料的能隙的限制，通常在I伏以下，所以光伏直流電源中通常含有多個串聯(lián)的光伏電池。
[0004]光伏電池容易受到外部氣候因素，例如氧氣、水蒸汽、紫外線、外力、雷電等的影響而老化以至于失效；因此串聯(lián)的光伏電池需要用耐候材料封裝后才能長期使用。將串聯(lián)的光伏電池封裝所形成的光伏電池板，被稱為光伏組件。
[0005]在光照不變的情況下，光伏組件的輸出隨著外部負載的阻抗變化而變，如圖1所示。組件的輸出功率，是輸出電流和輸出電壓的乘積，當外部負載的阻抗達到某個特定值時，組件輸出功率達到最大值，此時對應的輸出電流和電壓，分別被稱為最大功率點電流和最大功率點電壓。若外部負載的阻抗大于或小于該特定值，組件的輸出功率將減小。
[0006]很多直流電子設備，如智能手機，其充電電路會自動檢測充電電流并限制充電電流的大小。若充電電路檢測到電源的輸出電流達不到電子設備的額定充電電流，充電電路會調(diào)整其自身阻抗，使其與充電電流相匹配。此時充電電路的阻抗變化反過來影響到光伏組件的工作狀態(tài)，使其遠離最大功率點，從而輸出更小的功率。當組件輸出功率降到充電電路允許的輸入功率時，光伏電源進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。此時充電電流被電子設備的充電電路所限制，即使光照增強，充電電流也不會增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型提供一種光伏直流電源如圖2所示。該電源包括光伏組件、功率調(diào)節(jié)器、直流輸出，以及可選的直流輸入。其中功率調(diào)節(jié)器包括直流變壓電路、單片機、溫度傳感器、電壓檢測電路和開關電路。
[0008]本實用新型中的功率調(diào)節(jié)器的工作原理如下:直流變壓電路將光伏組件的輸出電壓轉(zhuǎn)換為相對穩(wěn)定的輸出值，溫度傳感器檢測光伏組件的溫度，電壓檢測電路檢測光伏組件的輸出電壓，開關電路的占空比可以通過單片機調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)開關電路的占空比可以改變光伏組件的輸出端阻抗，進而調(diào)整光伏組件的輸出電壓，單片機根據(jù)預設的程序和溫度傳感器檢測到的組件溫度計算光伏組件的最大功率點電壓并與組件輸出電壓做比較。
[0009]若光伏組件的輸出電壓與最大功率點電壓之差小于等于單片機程序的預設值，單片機將判定光伏組件輸出電壓與其最大功率點電壓相符，否則將判定為不符。
[0010]若檢測到的組件輸出電壓與最大功率點電壓不符，單片機將調(diào)整開關電路的占空t匕，從而改變光伏組件的輸出端阻抗，進而調(diào)整光伏組件的輸出電壓；然后單片機再次將此輸出電壓與最大功率點電壓比較，若仍不相符，則繼續(xù)調(diào)整開關電路的占空比；如此反復直至組件輸出電壓與最大功率點電壓相符。
[0011]遇到負載充電電路自動調(diào)整充電電流的情況，功率調(diào)節(jié)器中的開關電路同時起到對負載反復斷電重啟的作用，可防止負載的充電電路將充電電流鎖定在較低的數(shù)值。
[0012]開關電路的位置，可以位于直流變壓電路的輸出端，如圖2所示；也可以位于直流變壓電路的輸入端，如圖3所示。
[0013]單片機的電源，可以來自于光伏直流電源自身，或是外部電源如電池。
[0014]本實用新型中的光伏組件使用的光伏電池為單晶硅電池、多晶硅電池、異質(zhì)結電池、非晶硅電池、微晶硅電池、碲化鎘電池、銅銦鎵硒電池、銅銦硒電池、有機太陽能電池、染料敏化電池、量子點電池、II1-V族電池或疊層電池。
[0015]本實用新型中的直流變壓電路，的輸出電壓不高于25伏特，直流變壓電路可以是以下三種電路的任一種:升壓轉(zhuǎn)換電路、降壓轉(zhuǎn)換電路和升降壓轉(zhuǎn)換電路。
[0016]本實用新型中的直流輸出端和輸入端的額定電壓不高于25伏特。端口為車載充電器接口、手機充電器接口、筆記本電腦接口、蘋果公司的Lightning Dock接口、，USB1.0、USB1.UUSB2.0、USB3.0、USB3.1 或 USB PD 接口。
[0017]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為光伏組件的輸出功率-電壓曲線隨溫度的變化示意圖。在相同溫度下，組件有唯一的最大功率點。隨著溫度的升高，組件的最大輸出功率和最大功率點電壓均減小。
[0019]圖2為本實用新型的原理圖。
[0020]圖3為本實用新型的另一種形式的原理圖。
[0021]圖4為本實用新型中的直流變壓電路和開關電路的一個具體實施例。
[0022]圖5為本實用新型中的單片機電路的一個具體實施例。
[0023]圖6為本實用新型中的溫度傳感器電路的一個具體實施例。
[0024]圖7為本實用新型中的電壓檢測電路的一個具體實施例。
[0025]

【具體實施方式】
[0026]本實用新型的一個【具體實施方式】可采用ATMEGA16單片機、TPS63060直流變壓芯片、以及700Pt溫度傳感器制成。開關電路與直流變壓電路如圖4所示，直流變壓電路的核心是TPS63060直流變壓芯片，直流變壓電路的輸入為光伏組件輸出，開關電路的輸入為直流變壓電路輸出和電壓為5伏的外接直流輸入)，單片機電路，溫度傳感器電路和電壓檢測電路分別如圖5、圖6、圖7所示。溫度傳感器電路的輸出信號TempratureOutDO作為單片機35號管腳的輸入，由此單片機可以根據(jù)溫度傳感器測得的溫度計算出光伏組件的最大功率點電壓。電壓檢測電路測的的電壓信號Voltage Out作為單片機33號管腳的輸入，單片機將此電壓與前面計算出的最大功率點電壓進行比較，若二者不相符，則單片機通過44號管腳發(fā)出電壓控制信號Vcontrol給開關電路，通過調(diào)整開關電路來改變光伏組件的輸出電ο ντΥ
【權利要求】
1.一種光伏直流電源，含有光伏組件、功率調(diào)節(jié)器和直流輸出端口，其特征是:功率調(diào)節(jié)器含有直流變壓電路、單片機、溫度傳感器、電壓檢測電路和開關電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:電壓檢測電路用來檢測光伏組件的輸出電壓。
3.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:溫度傳感器用來檢測光伏組件的工作溫度。
4.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:單片機根據(jù)溫度傳感器的檢測結果計算光伏組件的最大功率點電壓，并調(diào)整開關電路，直至光伏組件的輸出電壓與光伏組件的最大功率點電壓相符。
5.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:開關電路在直流變壓電路的輸出端或輸入端。
6.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:單片機的電源是光伏直流電源自身或外部電源。
7.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:光伏組件使用單晶硅電池、多晶硅電池、異質(zhì)結電池、非晶娃電池、微晶娃電池、締化鎘電池、銅銦鎵硒電池、銅銦硒電池、有機太陽能電池、染料敏化電池、量子點電池、II1-V族電池或疊層電池。
8.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:直流變壓電路的輸出電壓不高于25伏特，直流變壓電路是升壓轉(zhuǎn)換、降壓轉(zhuǎn)換或升降壓轉(zhuǎn)換電路。
9.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:直流輸入端和輸出端的額定電壓不高于25伏特。
10.根據(jù)權利要求1所述的光伏直流電源，其特征是:直流輸出端為車載充電器接口，手機充電器接口、筆記本電腦接口、蘋果公司的Lightning Dock接口、USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0、USB3.1 或 USB PD 接口。
【文檔編號】G05F1/67GK204068815SQ201420325984
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權日:2014年6月17日
【發(fā)明者】賈曉雨, 鄭直 申請人:鄭直