帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型為帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列，包括N個(gè)光伏電池組件，光伏電池組件串并聯(lián)構(gòu)成陣列，每個(gè)光伏電池組件的輸出端和一個(gè)功率優(yōu)化器并聯(lián)，m個(gè)光伏電池組件所并聯(lián)的m個(gè)功率優(yōu)化器的正負(fù)端依序相連串接，構(gòu)成一個(gè)光伏電池組件串。N/m個(gè)光伏電池組件串的串接的功率優(yōu)化器首尾端并聯(lián)相接組成帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列。其中功率優(yōu)化器由信號(hào)采集模塊、MPPT模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊以及DC/DC電路模塊組成。本實(shí)用新型每個(gè)光伏電池組件都接有一個(gè)功率優(yōu)化器，獨(dú)立進(jìn)行最大功率追蹤，減少集中式MPPT太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中部分陰影遮擋造成的功率損失，大幅提高光伏陣列發(fā)電效率，適用于面積受限且易受遮擋的城市光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的 光伏發(fā)電陣列。 帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的光伏發(fā)電陣列組成形式主要是集中式架構(gòu)，多個(gè)光伏電池組件串并聯(lián)后與 太陽(yáng)能逆變器連接。太陽(yáng)能逆變器中包含有最大功率追蹤模塊，簡(jiǎn)稱為MPPT (英文全稱為 Maximum Power Point Tracking)模塊。MPPT模塊能夠?qū)崟r(shí)偵測(cè)光伏發(fā)電陣列的電流和電 壓值，并追蹤光伏發(fā)電陣列的最大輸出功率，使陣列以最大功率輸出對(duì)蓄電池充電。其主要 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但當(dāng)陣列中的某些光伏電池組件在陰影遮擋時(shí)，會(huì)使未受遮擋 的光伏電池組件受它們的影響，造成光伏發(fā)電陣列電流和電壓適配問(wèn)題，導(dǎo)致光伏發(fā)電陣 列的整體發(fā)電效率大幅降低。特別是安裝于城市建筑屋頂?shù)墓夥l(fā)電陣列，面積有限且易 受遮擋，且每個(gè)光伏電池組件所處環(huán)境的溫度以及受光照程度或多或少有所差異，采用集 中式的MPPT模塊對(duì)光伏發(fā)電陣列整體進(jìn)行功率追蹤，達(dá)不到最佳的效果。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電 陣列，其包括多個(gè)光伏電池組件，每個(gè)光伏電池組件并聯(lián)一個(gè)功率優(yōu)化器，對(duì)光伏發(fā)電陣列 的每個(gè)光伏電池組件分別進(jìn)行最大功率追蹤，從而避免光伏發(fā)電陣列在部分被陰影遮擋時(shí) 造成的功率損失，提高整個(gè)光伏發(fā)電陣列的輸出功率。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列， 包括N個(gè)光伏電池組件，光伏電池組件串并聯(lián)構(gòu)成陣列，每個(gè)光伏電池組件的輸出端和一 個(gè)功率優(yōu)化器并聯(lián)，m個(gè)光伏電池組件所并聯(lián)的m個(gè)功率優(yōu)化器的正負(fù)端依序相連串接，構(gòu) 成一個(gè)光伏電池組件串，m為N的因數(shù)，且1 <m<N。N/m個(gè)光伏電池組件串的串接的功 率優(yōu)化器首尾端并聯(lián)相接組成帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列。
[0005] 其中功率優(yōu)化器由信號(hào)采集模塊、MPPT模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊以及DC/DC電路模塊 組成。所述DC/DC電路模塊與光伏電池組件的輸出端并聯(lián)，DC/DC電路模塊的正負(fù)輸出端 為該功率優(yōu)化器的正負(fù)輸出端。所述信號(hào)采集模塊與DC/DC電路模塊連接，對(duì)光伏電池組 件的輸出電壓、電流信號(hào)分別進(jìn)行采樣與處理，信號(hào)采集模塊的輸出接入MPPT模塊的輸入 端。MPPT模塊根據(jù)光伏電池組件的輸出電壓、電流信號(hào)產(chǎn)生最大功率追蹤的PWM波驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，MPPT模塊的輸出接入驅(qū)動(dòng)電路模塊輸入端，驅(qū)動(dòng)電路模塊的輸出端連接DC/DC電路模 塊的控制端。
[0006] 上述方案中，N的取值根據(jù)實(shí)際所需發(fā)電功率或者光伏發(fā)電陣列的安裝面積決定， 較佳方案N為4?1000的整數(shù)。
[0007] 上述方案中，DC/DC電路模塊由BOOST電路、分壓電阻及測(cè)試電阻組成，其中兩個(gè) 分壓電阻串聯(lián)后與BOOST電路的輸入端并聯(lián)，用于測(cè)試光伏電池組件的輸出電壓。測(cè)試電 阻串聯(lián)在BOOST電路的輸入端正極，用于測(cè)試光伏電池組件的輸出電流。
[0008] 上述方案中，信號(hào)采集模塊由2路信號(hào)采樣電路和2路A/D轉(zhuǎn)換電路組成，對(duì)電池 組件的輸出電壓、電流信號(hào)分別進(jìn)行采樣與A/D轉(zhuǎn)換。每路信號(hào)采樣電路包括差分輸入電 路、運(yùn)算放大器、線性隔離電路和二階有源低通濾波電路，差分輸入電路的輸入端與DC/DC 電路模塊連接，差分輸入電路、運(yùn)算放大器、線性隔離電路和二階有源低通濾波電路依次連 接，二階有源低通濾波電路的輸出端送入對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端與 MPPT模塊的輸入端相連接。
[0009] 上述方案中，MPPT模塊由MPPT電路組成。
[0010] 上述方案中，驅(qū)動(dòng)電路模塊由電氣隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路組成，電氣隔離電路的輸 入端與MPPT模塊的輸出端相連，電氣隔離電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電 路的輸出端與DC/DC模塊的控制端相連。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列的優(yōu)點(diǎn)為， 每個(gè)光伏電池組件都接有一個(gè)功率優(yōu)化器，對(duì)每個(gè)光伏電池組件獨(dú)立進(jìn)行最大功率追蹤， 使陣列中未受陰影遮擋的電池組件不受被遮擋電池組件的影響，仍然能以最大功率輸出。 大大減少了傳統(tǒng)集中式MPPT太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中由于陰影遮擋造成的功率損失。本實(shí) 用新型在光伏發(fā)電陣列面積固定的情況下，大幅提高光伏陣列發(fā)電效率，適用于面積受限 且易受遮擋的城市光伏發(fā)電系統(tǒng)：如屋頂太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2是圖1中一個(gè)功率優(yōu)化器的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列實(shí)施例，如圖1所示，由48個(gè)光伏電池組 件和48個(gè)功率優(yōu)化器組成，圖中PV表示光伏電池組件；每塊光伏電池組件的輸出端和一個(gè) 功率優(yōu)化器并聯(lián)，6個(gè)光伏電池組件所并聯(lián)的6個(gè)功率優(yōu)化器正負(fù)端相連串接、構(gòu)成一個(gè)光 伏電池組件串，8個(gè)光伏電池組件串的串接的功率優(yōu)化器首尾端并聯(lián)相接組成帶有太陽(yáng)能 功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列。
[0015] 如圖2所示，是本實(shí)施例一個(gè)功率優(yōu)化器模塊整體框圖，其中功率優(yōu)化器由信號(hào) 采集模塊、MPPT模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊以及DC/DC電路模塊組成。
[0016] 所述DC/DC電路模塊由BOOST電路以及相應(yīng)的分壓電阻和測(cè)試電阻組成。本例兩 個(gè)阻值10K?200K的分壓電阻串聯(lián)后與BOOST電路的輸入端并聯(lián)，用于測(cè)試BOOST輸入端 電壓值。取值〇?1歐的測(cè)試電阻串聯(lián)在BOOST電路的輸入端正極，用于測(cè)量BOOST電路 輸入端的電流值。
[0017] 本例信號(hào)采集模塊由2路信號(hào)采樣電路和2路A/D轉(zhuǎn)換電路組成，對(duì)電池的輸出 電壓、電流信號(hào)分別進(jìn)行采樣與A/D轉(zhuǎn)換。本例每路信號(hào)采樣電路模塊包括差分輸入電路、 運(yùn)算放大器、線性隔離電路和二階有源低通濾波電路，本例差分輸入電路由LM358及相應(yīng) 的電阻電容構(gòu)成，運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M358運(yùn)算放大器，線性隔離電路為HCNR200線性光耦，二 階有源低通濾波電路由LM358和相應(yīng)的電阻電容構(gòu)成。兩路信號(hào)采樣電路模塊，分別采集 光伏電池組件的電流和電壓信號(hào)，并把其分別送入2路A/D轉(zhuǎn)換電路中。每路差分輸入電 路的輸入端與DC/DC模塊輸入端的測(cè)試電阻并聯(lián)，差分輸入電路、運(yùn)算放大器、線性隔離電 路和二階有源低通濾波電路依次連接，二階有源低通濾波電路的輸出端送入對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn) 換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端與MPPT模塊的輸入端相連接。為了有效的抑制共模噪聲， 提高采樣精度，本例通過(guò)LM358單電源運(yùn)放構(gòu)成的差分輸入電路采集電壓。為了能夠?qū)⒈?陣列中的功率放大部分和控制部分進(jìn)行電氣隔離，本例在信號(hào)采樣電路中選用惠普公司的 HCNR200線性光耦。采用二階有源低通濾波電路對(duì)信號(hào)采樣電路將要輸入A/D轉(zhuǎn)換電路的 模擬信號(hào)進(jìn)行濾波處理。由于最大功率點(diǎn)跟蹤是通過(guò)不同占空比的PWM波驅(qū)動(dòng)DC/DC電路 模塊Boost電路中的MOS管以較高的頻率不斷地導(dǎo)通/關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，DC/DC電路 模塊存在較大的震蕩，導(dǎo)致信號(hào)夾雜著大量的高頻噪聲，必須在信號(hào)采樣電路中加入濾波 電路進(jìn)行信號(hào)濾波。
[0018] 本例信號(hào)采集模塊中的A/D轉(zhuǎn)換電路由AD1674JNZ模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及其相應(yīng)的外圍 電路構(gòu)成。每個(gè)信號(hào)采集電路對(duì)應(yīng)一路A/D轉(zhuǎn)換電路，可對(duì)光伏電池組件的電壓和電流信 號(hào)分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入接上述信號(hào)采樣電路的二階有源低通濾波電路 的輸出，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出送入MPPT模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果 送給A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬量發(fā)生變化，則不能保證精確度。AD1674JNZ模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)包含 了采樣保持電路，能在數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間保持輸出電壓不變。在本實(shí)施例中，兩塊 AD1674JNZ模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片能同時(shí)對(duì)某一時(shí)刻的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0019] 所述MPPT模塊由MPPT電路組成。
[0020] 本例驅(qū)動(dòng)電路模塊由電氣隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路組成，電氣隔離電路由高速光耦 6N137芯片及其相應(yīng)的外圍硬件電路構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路由兩只對(duì)稱的功率開(kāi)關(guān)管SS8050、 S8550及其外圍電路構(gòu)成。電氣隔離電路的輸入端與MPPT模塊輸出端相連，電氣隔離電路 的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與DC/DC模塊的控制端相連接。驅(qū) 動(dòng)電路輸出占空比可變的PWM波送入所連接的DC/DC電路模塊的功率開(kāi)關(guān)管，通過(guò)占空比 可調(diào)的PWM波驅(qū)動(dòng)DC/DC電路的功率開(kāi)關(guān)管，達(dá)到阻抗匹配的目的，從而實(shí)現(xiàn)最大功率追 蹤。由于MPPT模塊輸出的PWM波的最大幅值只有3. 6V左右，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管，因 此加入一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。由于MPPT模塊進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷頻 率較高（20KHz)，因此本例驅(qū)動(dòng)電路采用推挽電路結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，電氣隔離電路包括 SS8050、S8550兩個(gè)M0S管、6N137高速光耦，用于功率部分與控制部分的隔離。
[0021] 上述實(shí)施例，僅為對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的 具體個(gè)例，本實(shí)用新型并非限定于此。凡在本實(shí)用新型的公開(kāi)的范圍之內(nèi)所做的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列，包括N個(gè)光伏電池組件，光伏電池組件串 并聯(lián)構(gòu)成陣列，其特征在于： 每個(gè)所述光伏電池組件的輸出端和一個(gè)功率優(yōu)化器并聯(lián)，m個(gè)光伏電池組件所并聯(lián)的 m個(gè)功率優(yōu)化器的正負(fù)端依序相連串接、構(gòu)成一個(gè)光伏電池組件串，m為N的因數(shù)，且1 < m < N ;m個(gè)光伏電池組件串的串接的功率優(yōu)化器首尾端并聯(lián)相接組成帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化 器的光伏發(fā)電陣列； 所述功率優(yōu)化器由信號(hào)采集模塊、MPPT模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊以及DC/DC電路模塊組成； 所述DC/DC電路模塊與光伏電池組件的輸出端并聯(lián)，DC/DC電路模塊的正負(fù)輸出端為該功 率優(yōu)化器的正負(fù)輸出端；所述信號(hào)采集模塊與DC/DC電路模塊連接，信號(hào)采集模塊的輸出 接入MPPT模塊的輸入端，MPPT模塊的輸出接入驅(qū)動(dòng)電路模塊輸入端，驅(qū)動(dòng)電路模塊的輸出 端連接DC/DC電路模塊的控制端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列，其特征在于： 所述N的取值為4?1000的整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列，其特征在于： 所述DC/DC電路模塊由BOOST電路、分壓電阻及測(cè)試電阻組成，其中兩個(gè)分壓電阻串聯(lián) 后與BOOST電路的輸入端并聯(lián)，測(cè)試電阻串聯(lián)在BOOST電路的輸入端正極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列，其特征在于： 所述信號(hào)采集模塊由2路信號(hào)采樣電路和2路A/D轉(zhuǎn)換電路組成，每路信號(hào)采樣電路 包括差分輸入電路、運(yùn)算放大器、線性隔離電路和二階有源低通濾波電路，差分輸入電路的 輸入端與DC/DC電路模塊連接，差分輸入電路、運(yùn)算放大器、線性隔離電路和二階有源低通 濾波電路依次連接，二階有源低通濾波電路的輸出端送入對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路;A/D轉(zhuǎn)換電 路的輸出端與MPPT模塊的輸入端相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有太陽(yáng)能功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電陣列，其特征在于： 所述驅(qū)動(dòng)電路模塊由電氣隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路組成，電氣隔離電路的輸入端與MPPT 模塊的輸出端相連，電氣隔離電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端 與DC/DC模塊的控制端相連。
【文檔編號(hào)】H02S40/32GK203883764SQ201420219519
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】劉邦, 羅曉曙, 姚鑫, 廖志賢, 黎章霞, 陳亞歡 申請(qǐng)人:廣西師范大學(xué)