專利名稱：一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，屬于光電技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光伏電池的制造技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，在光伏能源自 治微系統(tǒng)中利用光電微能源給系統(tǒng)供電，最近幾年才得到研究與應(yīng)用。在光伏 能源自治微系統(tǒng)中，光伏電池的面積通常小于幾十平方厘米，輸出電壓較低(一 般為幾伏)，功率小于1瓦。因此，需要提高微系統(tǒng)的光伏電池輸出效率。
在發(fā)明專利申請(qǐng)"鋰離子電池-超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能光伏系統(tǒng)"(申請(qǐng)?zhí)枮?br> 200710178894)中，介紹了利用超級(jí)電容器和鋰離子電池進(jìn)行光伏能量存儲(chǔ)的
結(jié)構(gòu)。在"太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤方法及裝置"(專利申請(qǐng)?zhí)枮?br> CN200610098495.1)中，介紹了一種利用DC-DC變換器進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤的 方法。在文獻(xiàn)"超級(jí)電容器蓄電池混合儲(chǔ)能獨(dú)立光伏系統(tǒng)研究"(太陽(yáng)能學(xué)報(bào)， 第28巻第2期，ppl78-183)中提出了超級(jí)電容器與鉛酸蓄電池混合能量存儲(chǔ) 的方案。這些系統(tǒng)在大功率光伏電池發(fā)電系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景，但不適 用于小功率光伏電池系統(tǒng)。其主要原因在于控制系統(tǒng)復(fù)雜、控制電路自身功 耗較大以及BUCK變換電路轉(zhuǎn)換損耗大等，在小功率光電能源中使用時(shí)，將增 加系統(tǒng)的功耗，使系統(tǒng)的輸出功率降低。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為提高小功率光伏電池系統(tǒng)中光伏電池的輸出效率， 提出一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下 一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，包括
光伏電池l、超級(jí)電容器2、最佳電壓控制器3、能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)4、能量存儲(chǔ)器5和二極管6。
光伏電池1將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能；
二極管6起反向偏壓保護(hù)作用，防止光伏電池l被反向輸入。
將超級(jí)電容器2作為能量緩存器，暫存光伏電池1的輸出能量，在最佳電 壓控制器3的控制下，為能量存儲(chǔ)器5充電。這是因?yàn)槌?jí)電容器2具備長(zhǎng)壽 命、內(nèi)阻小、輸出功率密度大的特性，可避免由于光伏電池1輸出不穩(wěn)定對(duì)能 量存儲(chǔ)器5頻繁充放電造成的不良影響。
最佳電壓控制器4通過(guò)檢測(cè)超級(jí)電容器2的輸出電壓，經(jīng)過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生最佳 電壓控制信號(hào)，控制能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)的通斷，從而達(dá)到控制充放電過(guò)程的作用。 為了使光伏電池1工作在最佳電壓變化區(qū)，最佳電壓控制器2由具有遲滯特性 的控制器組成。
能量存儲(chǔ)器5用于存儲(chǔ)光伏電池1的輸出電能。
其中，光伏電池l可等效為一個(gè)理想電流源Iph和二極管D的并聯(lián)，Rs為其 等效內(nèi)阻。其輸出電壓經(jīng)二極管6 (Dl)給超級(jí)電容器2充電。最佳電壓控制 器3由升壓式DC-DC變換器，電阻R1、 R2、 R3，以及集成運(yùn)算放大器組成。
光伏電池1的輸出端與二極管Dl的正極相接，Dl的負(fù)極與超級(jí)電容器2 的正極相接。DC-DC變換器的輸入端與超級(jí)電容器2的正極相接，DC-DC變換 器的輸出端與集成運(yùn)算放大器的電源端相接。電阻R1的一端與集成運(yùn)算放大器 的反向端相接，另一端與超級(jí)電容器2的正極相接。電阻R2的一端與DC-DC 變換器的輸出端相接，另一端與集成運(yùn)算放大器的同向端相接。電阻R3的一端 與集成運(yùn)算放大器的輸出端相接，另一端與集成運(yùn)算放大器的同向端相接。集 成運(yùn)算放大器的輸出端與能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)5的控制端相接，能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)5的輸 出端與能量存儲(chǔ)器4的正極相接，能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)5的輸入端與超級(jí)電容器2的 正極相接。光伏電池l的負(fù)極同時(shí)與超級(jí)電容器2、能量存儲(chǔ)器5的負(fù)極相接。
有益效果
本實(shí)用新型提出的提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，基于最佳電壓控 制法，通過(guò)在光伏電池與能量存儲(chǔ)器之間配置超級(jí)電容器和最佳電壓控制器， 使光伏電池的輸出電壓處于最佳電壓變化區(qū)，從而有效的提高了光伏電池的輸 出效率。具有電路簡(jiǎn)單、自身功耗低，適合于在小功率微光伏系統(tǒng)中使用。


圖1為采用最佳電壓控制方法提高光伏電池輸出效率的電路原理圖； 其中，l-光伏電池、2-超級(jí)電容器、3-最佳電壓控制器、4-能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)、 5-能量存儲(chǔ)器、6-二極管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做一進(jìn)步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型的提高小功率光伏電池輸出效率的裝置包括
光伏電池l、超級(jí)電容器2、最佳電壓控制器3、能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)4、能量存 儲(chǔ)器5和二極管6。
其中，光伏電池1可等效為一個(gè)理想電流源Iph和二極管D的并聯(lián)，Rs為其 等效內(nèi)阻。其輸出電壓經(jīng)二極管6 (Dl)給超級(jí)電容器2充電。最佳電壓控制 器3由升壓式DC-DC變換器，電阻R1、 R2、 R3，以及集成運(yùn)算放大器組成。
光伏電池1的輸出端與二極管D1的正極相接，Dl的負(fù)極與超級(jí)電容器2 的正極相接。DC-DC變換器的輸入端與超級(jí)電容器2的正極相接，DC-DC變換 器的輸出端與集成運(yùn)算放大器的電源端相接。電阻R1的一端與集成運(yùn)算放大器 的反向端相接，另一端與超級(jí)電容器2的正極相接。電阻R2的一端與DC-DC 變換器的輸出端相接，另一端與集成運(yùn)算放大器的同向端相接。電阻R3的一端 與集成運(yùn)算放大器的輸出端相接，另一端與集成運(yùn)算放大器的同向端相接。集 成運(yùn)算放大器的輸出端與能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)5的控制端相接，能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)5的輸 出端與能量存儲(chǔ)器4的正極相接，能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)5的輸入端與超級(jí)電容器2的 正極相接。光伏電池l的負(fù)極同時(shí)與超級(jí)電容器2、能量存儲(chǔ)器5的負(fù)極相接。
實(shí)施例
假定某面積為150mmx67mm的光伏電池，處于平均太陽(yáng)輻照度E = 93mW/cn^的條件下，在一個(gè)最佳電壓控制周期中，光伏電池輸出能量存儲(chǔ)在2 個(gè)120F串聯(lián)超級(jí)電容器中。
當(dāng)超級(jí)電容器的電壓從4.3V升至5.3V時(shí)，光伏電池的輸出功率Wi如下
巧=丄C(7 _ J^2) = 30x (5.32 -4.32) 2
=288( /光伏電池平均輸出轉(zhuǎn)換效率Tlo=9.1%。
作為對(duì)比，若不采用最佳電壓控制，即，不將電壓控制在最佳電壓范圍中，
如圖5中b所示，而是將光伏電池的輸出直接存儲(chǔ)在一個(gè)70F的超級(jí)電容器中， 此時(shí)，電壓從0.46V至U62V，光伏電池1的輸出能量W2 = 79.38(J)。經(jīng)上式 計(jì)算后，光伏電池的輸出轉(zhuǎn)換效率"0=2.5%。
可見(jiàn)，采用最佳電壓控制后，光伏電池的輸出轉(zhuǎn)換率提高了近3倍。
權(quán)利要求1、一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，包括光伏電池(1)、能量存儲(chǔ)器(3)、超級(jí)電容器(2)、二極管(6)，其特征在于還包括最佳電壓控制器(3)和能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)(5)；其中，光伏電池(1)可等效為一個(gè)理想電流源Iph和二極管D的并聯(lián)，Rs為其等效內(nèi)阻，其輸出電壓經(jīng)二極管(6)給超級(jí)電容器(2)充電；最佳電壓控制器(3)由升壓式DC-DC變換器，電阻R1、R2、R3，以及集成運(yùn)算放大器組成；光伏電池(1)的輸出端與二極管(6)的正極相接，二極管(6)的負(fù)極與超級(jí)電容器(2)的正極相接，DC-DC變換器的輸入端與超級(jí)電容器(2)的正極相接，DC-DC變換器的輸出端與集成運(yùn)算放大器的電源端相接；電阻R1的一端與集成運(yùn)算放大器的反向端相接，另一端與超級(jí)電容器(2)的正極相接；電阻R2的一端與DC-DC變換器的輸出端相接，另一端與集成運(yùn)算放大器的同向端相接；電阻R3的一端與集成運(yùn)算放大器的輸出端相接，另一端與集成運(yùn)算放大器的同向端相接；集成運(yùn)算放大器的輸出端與能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)(5)的控制端相接，能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)(5)的輸出端與能量存儲(chǔ)器(4)的正極相接，能量存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)(5)的輸入端與超級(jí)電容器(2)的正極相接；光伏電池(1)的負(fù)極同時(shí)與超級(jí)電容器(2)、能量存儲(chǔ)器(5)的負(fù)極相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)在光伏電池與能量存儲(chǔ)器之間配置超級(jí)電容器和最佳電壓控制器，利用超級(jí)電容器內(nèi)阻小的特點(diǎn)，使得超級(jí)電容器端電壓Vc直接影響光伏電池的輸出電壓Vs；通過(guò)控制超級(jí)電容器的充放電過(guò)程來(lái)控制光伏電池的輸出電壓，使光伏電池工作在最大輸出功率區(qū)，從而有效的提高了光伏電池的輸出效率。具有電路簡(jiǎn)單、自身功耗低，適合于在小功率微光伏系統(tǒng)中使用。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201328012SQ20082013665
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者何永泰, 劉麗輝, 李艷秋, 磊 王 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)