专利名称：用于太阳能电池板的高效能量转换装置，阵列及应用方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池领域，特别是一种用于太阳能电池板的高效能量转换装 置，阵列及其应用方法。
背景技术：
目前，太阳能电池板阵列是多个太阳能电池板直接通过串联和并联的方法组合而 成的。而太阳能电池板这种直接的组合会因为些微的遮蔽而损失大量的能量。此外，这种 直接的组合方式还要求，安装太阳能电池板时，方向及斜度角度必须一致，才能够避免因输 电失衡而损失能量。我们清楚知道，现实的环境中，树荫、建筑物、树叶、积雪、供电电缆、甚至是雀鸟 排泄物等阴影，都会经常引起光伏阵列整体失配，以致光伏阵列整体的发电效率下降。事实 上，只要有10%的太阳能电池板数组面积被遮蔽，便会损失多至50%的能量。实验中，遮蔽串联太阳能光伏阵列中的一块，太阳能光伏阵列就会严重失配，就会 导致光伏阵列的输出能力迅速下降甚至遮蔽的那片成为负载，在大功率的系统中该光伏电 池会发热甚至损坏。另一方面，在太阳能光伏阵列中，如果各个电池板间的性能存在差异，那么光伏阵 列的整体发电效率就会受到影响，整体发电效率只可以按其中性能最差的电池板来计算。 而太阳能电池板间的性能存在差一定异是正常现象，这样我们如何才能让光伏阵列中每一 块电池板都能工作在最佳状态呢？这个问题一直都没有很好的解决。
发明内容
本发明的第一个发明目的在于提供一种用于太阳能电池板的高效能量转换装置， 以解决现有技术中，个别太阳能电池失效，导致整个电池阵列总输出能量下降的技术问题。本发明的第一个发明目的采用如下技术方案实现 一种用于太阳能电池阵列的高效能量转换装置，所述装置包括
输入电压电流采样电路，DC-DC变换电路，输出电压电流采样电路，开关控制电路和中 央处理电路；
太阳能电池板输出端与DC-DC变换电路的输入端连接，DC-DC变换电路的输出端作为 所述装置的输出端输出电流，输入电压电流采样电路与太阳能电池板输出端连接，对输入 电压电流进行采样，输出电压电流采样电路与DC-DC变换电路输出端连接，对输出电压电 流进行采样，开关控制电路与DC-DC变换电路的第一场效应管控制端连接，另一端与中央 处理电路连接，中央处理电路以输入电压电流采样电路和输出电压电流采样电路作为反 馈，通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压。作为一种优选方案，其特征在于，所述装置还包括与开关控制电路并联的旁路驱 动电路，所述旁路驱动电路一端与DC-DC变换电路的第一场效应管控制端连接，另一端与 中央处理电路连接。
作为一种优选方案，所述开关控制电路为应用了软开关技术的PWM控制电路，PWM 控制电路一端与DC-DC变换电路的第一场效应管控制端连接，另一端与中央处理电路连接。作为进一步的优选方案，所述装置还包括与开关控制电路并联的旁路驱动电路， 所述旁路驱动电路一端与DC-DC变换电路的第一场效应管控制端连接，另一端与中央处理 电路连接。作为一种优选方案，所述DC-DC变换电路包括电感、电容、第一场效应管和二极 管，太阳能电池板输出端通过第一场效应管后与二极管的负极及电感一端连接，电感另一 端与电容连接，电容另一端与二极管的正极接地。作为进一步的优选方案，所述DC-DC变换电路还包括与二极管并联的第二场效应管。作为更进一步的优选方案，所述DC-DC变换电路还包括同步整流控制电路，所述 同步整流控制电路与第二场效应管的控制端连接。本发明的第二个发明目的，在于提供一种太阳能电池板阵列，采用本发明第一个 发明目的所提供的能量转换装置。为了实现本发明的第二个发明目的，采用的技术方案如下
一种太阳能电池板阵列，所述太阳能电池板阵列包括多个太阳能电池板单元串联组 成的太阳能电池组，一个或多个太阳能电池组并联后与逆变器连接，所述太阳能电池板单 元包括太阳能电池板以及与太阳能电池板的输出端连接的能量转换装置，所述能量转换装 置为本发明第一个发明目的所述的能量转换装置。本发明的第三个发明目的在于提供一种用于太阳能电池板阵列的能量转换方法， 采用本发明第一个发明目的所提供的能量转换装置。为了实现本发明的第三个发明目的，采用的技术方案如下 一种用于太阳能电池板阵列的能量转换方法，所述方法包括
(91)检测太阳能电池板的输出电压，直到达到预定阈值后执行步骤(92)； (92 )中央处理电路控制旁路驱动电路开启，开关控制电路关闭。作为一种优选方案，所述步骤(92)后执行如下步骤
(101)检查太阳能电池板的输出电流，直到达到预定阈值后执行步骤(102)；
(102)中央处理电路控制旁路驱动电路关闭，开关控制电路开启；
(103 )中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压降低一个电压 单位；
(104)输入电流电压采样电路对输入电流In和输入电压Un进行采样，η为采样次数， 并反馈到中央处理电路，中央处理电路计算功率？^凡*;，重复执行步骤(103) (104)直 到Pn <=Ρη+1，则中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压增加一个 电压单位，DC-DC变换电路输出电流电压；
(105)输入电流电压采样电路监控输入电流，如果输入电流增加，则执行步骤(106)，如 果输入电流减少，则执行步骤(108)，否则继续监控输入电流；
(106)中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压增加一个电压 单位；(107)输入电流电压采样电路对输入电流In和输入电压Un进行采样，η为采样次数， 并反馈到中央处理电路，中央处理电路计算功率？^凡*;，重复执行步骤(106) (107)直 到Pn <=Ρη+1，则中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压减少一个 电压单位，DC-DC变换电路输出电流电压，执行步骤(105)；
(108 )中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压减少一个电压 单位；
(109)输入电流电压采样电路对输入电流In和输入电压Un进行采样，η为采样次数， 并反馈到中央处理电路，中央处理电路计算功率？^凡*;，重复执行步骤(108) (109)直 到Pn <=Ρη+1，则中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压增加一个 电压单位，DC-DC变换电路输出电流电压，执行步骤(105)。本发明是一种能解决太阳能光伏阵列中个别光伏单元因失配而造成整个系统发 电量大大降低不能正常工作的问题，能够在现实安装条件下挽回多至50%因失配而损失 的能量，将太阳能发电系统的发电量提升到最高水平的能量平衡装置。
图1为本发明的结构示意图2为本发明用于太阳能电池阵列的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细的说明。如图1所示，本实施例为一种用于太阳能电池阵列的高效能量转换装置，所述装 置包括
输入电压电流采样电路，DC-DC变换电路，输出电压电流采样电路，软开关PWM控制电 路，旁路驱动电路，D/A转换电路和中央处理电路；
太阳能电池板输出端与DC-DC变换电路的输入端连接，DC-DC变换电路的输出端作为 所述装置的输出端输出电流，输入电压电流采样电路与太阳能电池板输出端连接，对输入 电压电流进行采样，输出电压电流采样电路与DC-DC变换电路输出端连接，对输出电压电 流进行采样，软开关PWM控制电路一端与DC-DC变换电路的场效应管1控制端连接，另一端 通过D/A转换电路与中央处理电路连接，旁路驱动电路与PWM软开关控制电路并联，旁路驱 动电路一端与DC-DC变换电路的场效应管1控制端连接，另一端通过与中央处理电路连接。中央处理电路以输入电压电流采样电路和输出电压电流采样电路作为反馈，通过 软开关PWM控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压，也可以通过旁路驱动电路对DC-DC 变换电路进行旁路处理，直接输入太阳能电池板的输出电流电压。DC-DC变换电路包括电感、电容、场效应管1、场效应管2、整流二极管和同步整流 控制电路，太阳能电池板输出端与场效应管1的漏极连接，场效应管1的源极与二极管的 负极及电感一端连接，电感另一端与电容连接，电容另一端与二极管的正极接地，场效应管 2与二极管并联，同步整流控制电路与场效应管的控制端连接，控制场效应管2的导通与断 开。如图2所示，本实施例的高效能量转换装置设置在太阳能电池阵列中，太阳能电池板以及与太阳能电池板的输出端连接的能量转换装置组成太阳能电池板单元，多个太阳 能电池板单元串联组成的太阳能电池组，太阳能电池组通过反向保护二极管输出，单一个 太阳能电池组或者是多个太阳能电池组并联后组成的阵列与逆变器连接。当光伏电池板上接收到的光极弱，电池板的输出电压很低时，能量转换装置执行 以下步骤
开关控制电路关闭，旁路驱动电路关闭，电池板的能量不输出，阵列中其它电池板的电 流(能量)通过DC-DC变换器的整流二极管输出。当电池板上的光强有所增加，电池板的输出电压达到一定值，且不明确系统是否 有接负载，直接进入DC-DC变换状态会导致系统不稳定，能量转换装置执行以下步骤
中央处理电路控制旁路驱动电路开启，开关控制电路关闭。当旁路电流上升至一定值，证明系统已经接上负载，装置进入DC-DC降压状态，能 量转换装置执行以下步骤
(1) D/A转换电路输出最高电压(用数字量表示是255)，使得DC-DC变换器启动时输入 电压最高，即电池板的开路电压。(2)中央处理电路控制软开关PWM控制电路开启，旁路驱动电路关闭。(3) DC-DC变换电路工作，输入电压控制在开路电压附近。)
因为输入电压控制在开路电压附近，所以DC-DC变换电路的输出能量接近零。DC-DC变换器启动后，寻找光伏电池板的最大功率点(MPP)，能量转换装置执行以 下步骤
(1)D/A转换电路输出模拟电压降低一个单位(即数字量减小1，这时数字量用η表示) (2 )在软开关PWM控制电路控制下DC-DC变换电路的输入电压降低一个单位 (3 )通过输入电流电压采样电路对变换电路输入电压Un、电流In采样(η为当前数字量)
(4)中央处理电路计算Pn=Un*In，并记录数据；
(5)等待输出电压和电流稳定
**以上(I) — (5)不断循环，直到Pn <=Pn+1，才执行以下内容
(6)D/A转换电路输出模拟电压增加一个单位，以使电池板工作中上一个功率点，即 MPP 点。MPP寻找完毕，照射光强发生变化时，能量转换装置就要进行功率点调整，功率点 调整步骤如下
动作过程(两种情况)
情况1，DC-DC变换电路输入电流有所增加，动作如下
(1)D/A转换电路输出模拟电压升高一个单位(即数字量增加1，这时数字量用η表示)
(2)在软开关PWM控制电路控制下DC-DC变换电路的输入电压升高一个单位
(3 )通过输入电流电压采样电路对变换电流输入电压Un、电流In采样(η为当前数字量)
(4)中央处理电路计算Pn=Un*In，并记录数据
**以上(1)-- (4)不断循环，直到=Pn (=Plri，才执行以下内容
(5)D/A转换电路输出模拟电压降低一个单位，以使电池板工作在上一个功率点，即 MPP 点。情况2，DC-DC变换器输入电流有所减小，动作如下(1)D/A转换电路输出模拟电压降低一个单位(即数字量减小1，这时数字量用η表示)
(2)在软开关PWM控制电路控制下DC-DC变换电路的输入电压降低一个单位
(3 )通过输入电流电压采样电路对变换器输入电压Un、电流In采样(n为当前数字量)
(4)中央处理电路计算Pn=Un*In，并记录数据
**以上(1)-- (4)不断循环，直到=Pn <=Pn+1，才执行以下内容:
(5)D/A转换电路输出模拟电压增加一个单位，以使电池板工作中上一个功率点，即 MPP 点。
权利要求
一种用于太阳能电池阵列的高效能量转换装置，其特征在于，所述装置包括输入电压电流采样电路，DC DC变换电路，输出电压电流采样电路，开关控制电路和中央处理电路；太阳能电池板输出端与DC DC变换电路的输入端连接，DC DC变换电路的输出端作为所述装置的输出端输出电流，输入电压电流采样电路与太阳能电池板输出端连接，对输入电压电流进行采样，输出电压电流采样电路与DC DC变换电路输出端连接，对输出电压电流进行采样，开关控制电路与DC DC变换电路的第一场效应管控制端连接，另一端与中央处理电路连接，中央处理电路以输入电压电流采样电路和输出电压电流采样电路作为反馈，通过开关控制电路控制DC DC变换电路的输入电压。
2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述装置还包括与开关控制电 路并联的旁路驱动电路，所述旁路驱动电路一端与DC-DC变换电路的第一场效应管控制端 连接，另一端与中央处理电路连接。
3.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述开关控制电路为应用了软 开关技术的PWM控制电路，PWM控制电路一端与DC-DC变换电路的第一场效应管控制端连 接，另一端与中央处理电路连接。
4.根据权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，所述装置还包括与开关控制电 路并联的旁路驱动电路，所述旁路驱动电路一端与DC-DC变换电路的第一场效应管控制端 连接，另一端与中央处理电路连接。
5.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述DC-DC变换电路包括电感、 电容、第一场效应管和二极管，太阳能电池板输出端通过第一场效应管后与二极管的负极 及电感一端连接，电感另一端与电容连接，电容另一端与二极管的正极接地。
6.根据权利要求5所述的能量转换装置，其特征在于，所述DC-DC变换电路还包括与二 极管并联的第二场效应管。
7.根据权利要求6所述的能量转换装置，其特征在于，所述DC-DC变换电路还包括同步 整流控制电路，所述同步整流控制电路与第二场效应管的控制端连接。
8.一种太阳能电池板阵列，所述太阳能电池板阵列包括多个太阳能电池板单元串联 组成的太阳能电池组，一个或多个太阳能电池组并联后与逆变器连接，其特征在于所述太阳能电池板单元包括太阳能电池板以及与太阳能电池板的输出端连接的能量 转换装置，所述能量转换装置连接为权利要求1 7所述任一能量转换装置。
9.一种用于太阳能电池板阵列的能量转换方法，所述方法采用权利要求1 7所述任 一能量转换装置实现，所述方法包括(91)检测太阳能电池板的输出电压，直到达到预定阈值后执行步骤(92);(92 )中央处理电路控制旁路驱动电路开启，开关控制电路关闭。
10.根据权利要求9所述的高效能量转换方法，其特征在于，所述步骤(92)后执行以下 步骤(101)检查太阳能电池板的输出电流，直到达到预定阈值后执行步骤(102)；(102)中央处理电路控制旁路驱动电路关闭，开关控制电路开启；(103 )中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压降低一个电压 单位；(104)输入电流电压采样电路对输入电流In和输入电压Un进行采样，η为采样次数， 并反馈到中央处理电路，中央处理电路计算功率？^凡*;，重复执行步骤(103) (104)直 到Pn <=Ρη+1，则中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压增加一个 电压单位，DC-DC变换电路输出电流电压；(105)输入电流电压采样电路监控输入电流，如果输入电流增加，则执行步骤(106)，如 果输入电流减少，则执行步骤(108)，否则继续监控输入电流；(106)中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压增加一个电压 单位；(107)输入电流电压采样电路对输入电流In和输入电压Un进行采样，η为采样次数， 并反馈到中央处理电路，中央处理电路计算功率？^凡*;，重复执行步骤(106) (107)直 到Pn <=Ρη+1，则中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压减少一个 电压单位，DC-DC变换电路输出电流电压，执行步骤(105)；(108 )中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压减少一个电压 单位；(109)输入电流电压采样电路对输入电流In和输入电压Un进行采样，η为采样次数， 并反馈到中央处理电路，中央处理电路计算功率？^凡*;，重复执行步骤(108) (109)直 到Pn <=Ρη+1，则中央处理电路通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压增加一个 电压单位，DC-DC变换电路输出电流电压，执行步骤(105)。
全文摘要
本发明涉及太阳能电池领域，特别是一种用于太阳能电池板的高效能量转换装置，阵列及其应用方法，所述装置包括输入电压电流采样电路，DC-DC变换电路，输出电压电流采样电路，开关控制电路和中央处理电路；中央处理电路以输入电压电流采样电路和输出电压电流采样电路作为反馈，通过开关控制电路控制DC-DC变换电路的输入电压。本发明是一种能解决太阳能光伏阵列中个别光伏单元因失配而造成整个系统发电量大大降低不能正常工作的问题，能够在现实安装条件下挽回多至50%因失配而损失的能量，将太阳能发电系统的发电量提升到最高水平的能量平衡装置。
文档编号H02M3/158GK101902051SQ20101022727
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者谢永亮 申请人:谢永亮