具有最大功率点跟踪功能的光伏直流电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种光伏直流电源。该电源包括光伏组件、功率调节器、直流输出和直流输入(可选)。其中功率调节器包括直流变压电路、单片机、温度传感器、电压检测和开关电路。单片机控制开关电路工作，通过调整开关电路占空比的方式调整光伏组件的输出电压，直至检测到的光伏组件输出电压与单片机根据组件温度计算出的最大功率点电压相符。
【专利说明】具有最大功率点跟踪功能的光伏直流电源
【技术领域】
[0001]本实用新型为一种具有光伏最大功率点跟踪功能的直流电源，属于光伏发电和直流电源【技术领域】。
【背景技术】
[0002]使用直流电的家电和电子产品如液晶显不器，手机，平板电脑，数码相机，USB风扇等设备需要直流电源供电。光伏电池是利用光生伏打效应将光能转换为电能的器件。光伏电池的输出为直流电。因为光伏发电具有无污染，资源丰富的特点，所以光伏电池适合作为户外的直流电源。
[0003]根据光伏电池的光电转换材料的不同，光伏电池可以分为晶体硅电池(包括单晶硅电池，多晶硅电池和异质结电池)，非晶硅/微晶硅电池，碲化镉电池，黄铜矿(例如铜铟镓硒)电池，有机电池，染料敏化电池，量子点电池，πι-v族电池，叠层电池等类型。除叠层电池外，单个光伏电池输出的最大电压受光伏电池中吸光材料的能隙的限制，通常在I伏以下，所以光伏直流电源中通常含有多个串联的光伏电池。
[0004]光伏电池容易受到外部气候因素，例如氧气、水蒸汽、紫外线、外力、雷电等的影响而老化以至于失效；因此串联的光伏电池需要用耐候材料封装后才能长期使用。将串联的光伏电池封装所形成的光伏电池板，被称为光伏组件。
[0005]在光照不变的情况下，光伏组件的输出随着外部负载的阻抗变化而变，如图1所示。组件的输出功率，是输出电流和输出电压的乘积，当外部负载的阻抗达到某个特定值时，组件输出功率达到最大值，此时对应的输出电流和电压，分别被称为最大功率点电流和最大功率点电压。若外部负载的阻抗大于或小于该特定值，组件的输出功率将减小。
[0006]很多直流电子设备，如智能手机，其充电电路会自动检测充电电流并限制充电电流的大小。若充电电路检测到电源的输出电流达不到电子设备的额定充电电流，充电电路会调整其自身阻抗，使其与充电电流相匹配。此时充电电路的阻抗变化反过来影响到光伏组件的工作状态，使其远离最大功率点，从而输出更小的功率。当组件输出功率降到充电电路允许的输入功率时，光伏电源进入稳定工作状态。此时充电电流被电子设备的充电电路所限制，即使光照增强，充电电流也不会增加。
【发明内容】
[0007]本实用新型提供一种光伏直流电源如图2所示。该电源包括光伏组件、功率调节器、直流输出，以及可选的直流输入。其中功率调节器包括直流变压电路、单片机、温度传感器、电压检测电路和开关电路。
[0008]本实用新型中的功率调节器的工作原理如下:直流变压电路将光伏组件的输出电压转换为相对稳定的输出值，温度传感器检测光伏组件的温度，电压检测电路检测光伏组件的输出电压，开关电路的占空比可以通过单片机调节，调节开关电路的占空比可以改变光伏组件的输出端阻抗，进而调整光伏组件的输出电压，单片机根据预设的程序和温度传感器检测到的组件温度计算光伏组件的最大功率点电压并与组件输出电压做比较。
[0009]若光伏组件的输出电压与最大功率点电压之差小于等于单片机程序的预设值，单片机将判定光伏组件输出电压与其最大功率点电压相符，否则将判定为不符。
[0010]若检测到的组件输出电压与最大功率点电压不符，单片机将调整开关电路的占空t匕，从而改变光伏组件的输出端阻抗，进而调整光伏组件的输出电压；然后单片机再次将此输出电压与最大功率点电压比较，若仍不相符，则继续调整开关电路的占空比；如此反复直至组件输出电压与最大功率点电压相符。
[0011]遇到负载充电电路自动调整充电电流的情况，功率调节器中的开关电路同时起到对负载反复断电重启的作用，可防止负载的充电电路将充电电流锁定在较低的数值。
[0012]开关电路的位置，可以位于直流变压电路的输出端，如图2所示；也可以位于直流变压电路的输入端，如图3所示。
[0013]单片机的电源，可以来自于光伏直流电源自身，或是外部电源如电池。
[0014]本实用新型中的光伏组件使用的光伏电池为单晶硅电池、多晶硅电池、异质结电池、非晶硅电池、微晶硅电池、碲化镉电池、铜铟镓硒电池、铜铟硒电池、有机太阳能电池、染料敏化电池、量子点电池、II1-V族电池或叠层电池。
[0015]本实用新型中的直流变压电路，的输出电压不高于25伏特，直流变压电路可以是以下三种电路的任一种:升压转换电路、降压转换电路和升降压转换电路。
[0016]本实用新型中的直流输出端和输入端的额定电压不高于25伏特。端口为车载充电器接口、手机充电器接口、笔记本电脑接口、苹果公司的Lightning Dock接口、，USB1.0、USB1.UUSB2.0、USB3.0、USB3.1 或 USB PD 接口。
[0017]
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为光伏组件的输出功率-电压曲线随温度的变化示意图。在相同温度下，组件有唯一的最大功率点。随着温度的升高，组件的最大输出功率和最大功率点电压均减小。
[0019]图2为本实用新型的原理图。
[0020]图3为本实用新型的另一种形式的原理图。
[0021]图4为本实用新型中的直流变压电路和开关电路的一个具体实施例。
[0022]图5为本实用新型中的单片机电路的一个具体实施例。
[0023]图6为本实用新型中的温度传感器电路的一个具体实施例。
[0024]图7为本实用新型中的电压检测电路的一个具体实施例。
[0025]
【具体实施方式】
[0026]本实用新型的一个【具体实施方式】可采用ATMEGA16单片机、TPS63060直流变压芯片、以及700Pt温度传感器制成。开关电路与直流变压电路如图4所示，直流变压电路的核心是TPS63060直流变压芯片，直流变压电路的输入为光伏组件输出，开关电路的输入为直流变压电路输出和电压为5伏的外接直流输入)，单片机电路，温度传感器电路和电压检测电路分别如图5、图6、图7所示。温度传感器电路的输出信号TempratureOutDO作为单片机35号管脚的输入，由此单片机可以根据温度传感器测得的温度计算出光伏组件的最大功率点电压。电压检测电路测的的电压信号Voltage Out作为单片机33号管脚的输入，单片机将此电压与前面计算出的最大功率点电压进行比较，若二者不相符，则单片机通过44号管脚发出电压控制信号Vcontrol给开关电路，通过调整开关电路来改变光伏组件的输出电ο ντΥ
【权利要求】
1.一种光伏直流电源，含有光伏组件、功率调节器和直流输出端口，其特征是:功率调节器含有直流变压电路、单片机、温度传感器、电压检测电路和开关电路。
2.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:电压检测电路用来检测光伏组件的输出电压。
3.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:温度传感器用来检测光伏组件的工作温度。
4.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:单片机根据温度传感器的检测结果计算光伏组件的最大功率点电压，并调整开关电路，直至光伏组件的输出电压与光伏组件的最大功率点电压相符。
5.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:开关电路在直流变压电路的输出端或输入端。
6.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:单片机的电源是光伏直流电源自身或外部电源。
7.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:光伏组件使用单晶硅电池、多晶硅电池、异质结电池、非晶娃电池、微晶娃电池、締化镉电池、铜铟镓硒电池、铜铟硒电池、有机太阳能电池、染料敏化电池、量子点电池、II1-V族电池或叠层电池。
8.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:直流变压电路的输出电压不高于25伏特，直流变压电路是升压转换、降压转换或升降压转换电路。
9.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:直流输入端和输出端的额定电压不高于25伏特。
10.根据权利要求1所述的光伏直流电源，其特征是:直流输出端为车载充电器接口，手机充电器接口、笔记本电脑接口、苹果公司的Lightning Dock接口、USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0、USB3.1 或 USB PD 接口。
【文档编号】G05F1/67GK204068815SQ201420325984
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】贾晓雨, 郑直 申请人:郑直