一种智能光伏发电阵列系统的制作方法

本发明涉及一种智能光伏发电阵列，具体而言，涉及到一种应用于无最大功率点跟踪系统的家用小型独立式光伏发电系统的光伏发电阵列。

背景技术：

目前，随着光伏技术的不断成熟，小型家用独立式光伏发电系统开始逐渐走入人们的日常生活，尤其是在有独立院落的在广大农村地区已经得到了一定程度的应用且具有广阔的发展前景。在实际使用的过程中，当蓄电池电压较低时，即使光伏阵列具有较高得开路电压，但连接至控制器后受蓄电池电压的影响，输出电压较低，一部分功率被控制器所消耗。因此，若将光伏阵列的开路电压适当降低，尽量增加光伏阵列的输出电流，则可以提升充电效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型的智能光伏发电阵列的设计，其通过在传统光伏阵列的基础上引入单片机检测控制技术并进行相应的连接电路的设计，使其达到通过自动转换内部电路连接方式，匹配当前蓄电池电压，增大输出电流提升充电效率的优点，操作简单。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

一种智能光伏发电阵列，光伏阵列内部的单体电池单元按顺序依次标号为第1、2、3…n号，其中n为大于1的自然数偶数,其特征在于：标号为奇数n-1的单体电池单元的正极设置一双向开关，与其相邻的标号为偶数n的单体电池单元的负极同样设置有一双向开关；标号为奇数n-1的单体电池单元的负极连接有一根导线，导线的另一端为所述设置在标号为偶数n的单体电池单元负极上的双向开关的一个连接触点；标号为偶数n的单体电池单元的正极连接有一根导线，导线的另一端为所述设置在标号为奇数n-1的单体电池单元正极上的双向开关的一个连接触点；所述标号为n-1、n的两个单体电池单元之间设置一导线，该导线的两端分别分别为所述两个双向开关各自的另一个连接触点；光伏阵列的正电极上设置有一总开关；光伏发电阵列具有一个用以采集光伏阵列正负极间总电压和控制双向开关的中央控制系统，其输入端口分别连接至光伏阵列正负极和蓄电池电极，输出端口分别连接至所述各个双向控制开关。

进一步地，本发明可利用以下技术方案实现：

所述中央控制系统为pc控制系统或单片机。

所述电池单体单元即可为单体电池片，也可为若干单体电池片的特定连接结构。

所述开关为继电器。

本方案的优点在于：可以通过中央控制系统可以对光伏阵列当前的电压/电流值进行采集处理，并通过输出端口进行双向开关的控制，完成光伏阵列电池单体间连接方式的转换，提高充电效率。

附图说明

图1为本发明光伏系统的结构示意图。

其中1-8为单体电池片单元1-单体电池片单元8。

具体实施方式

以下将参照附图1更详细地描述本发明，以下说明中，省略了对本领域内技术人员公知结构和技术的描述。

实施例1：如图1中所示，本光光伏发电阵列由8个单体电池片单元构成，每一单体电池片单元开路电压为6v,若图1中所有开关均置于a或b触点，则总开路电压48v，可用于24v标准的蓄电池充电。现需要给12v的蓄电池充电，则可将将蓄电池开路电压设为24v,则利用单片机按键模块输入24v的电压数据，此时单片机执行程序：

步骤1、将总开关s0断开；

步骤2、采集光伏发电阵列两端开路电压并将其18v比较；

若当前开路电压大于18v，则对单体电池片单元7与单体电池片单元8之间的开关进行步骤3，完成单体电池片单元7与单体电池片单元8之间的串并联转换。步骤3内容见下一段：

步骤3、通过控制部分将开关s1、s2由原先的a、b触点分别切换至c、d触点；

重复步骤2；

若当前开路电压依然大于18v，则对单体电池片单元5与单体电池片单元6之间的开关进行步骤3，完成单体电池片单元5与单体电池片单元6之间的串并联转换；

以此类推，直至开路电压为18v或者完成单体电池片单元1与单体电池片单元2之间的串并联转换；

闭合总开关s0。

经上述过程后，光伏发电阵列的开路电压由48v变为24v，最大功率点在18v左右，可给12v的蓄电池充电。

实施例2：如图1所示，本光伏发电阵列由8个单体电池片单元构成，现将其连接至控制器为标准电压为24v蓄电池充电。若蓄电池一开始电压较低，为提高充电效率，减小控制器功率损耗，单片机每隔一设定时间执行程序：

步骤1、断开开关s0

步骤2、分别采集光伏发电阵列两端开路电压及蓄电池电压并计算两者比值；

若光伏发电阵列两端电压及蓄电池电压比值大于1.5，则对单体电池片单元7和8进行步骤3操作：

步骤3、通过控制部分将双向开关置于c或d触点，测量光伏发电阵列两端电压并计算其与蓄电池电压比值是否大于1.5；

若仍大于1.5，则对单体电池片单元5和6进行重复步骤3操作，以此类推；

直至当伏发电阵列两端电压并计算其与蓄电池电压比值小于1.5时，电池板阵列不再自我调整；

闭合开关s0，充电开始进行。

因在本实施例中，随着充电过程的进行，蓄电池电压逐渐升高，电池板开路电压跟随升高，才能使充电继续进行并保证充电效率。因此，在充电过程中，电池板每隔一固定时间，执行如下程序步骤:

步骤1、断开开关s0

步骤2、分别采集光伏发电阵列两端开路电压及蓄电池电压并计算两者比值；

若光伏发电阵列两端电压及蓄电池电压比值小于1.3，则对单体电池片单元1和2进行步骤4操作：

步骤4、通过控制部分将双向开关置于a或b触点，测量光伏发电阵列两端电压并计算其与蓄电池电压比值是否小于1.3；

若仍小于1.3，则对单体电池片单元3和4进行重复步骤4操作，以此类推，直至电压比例不小于1.3；

闭合开关s0，充电继续进行。

经过上述过程的原理性描述，在本实施例中，本智能光伏发电阵列系统为24v蓄电池充电的工作过程如下：

充电初始，蓄电池电压较低而光伏发电阵列开路电压较高，因此，光伏发电阵列内部首先将单体电池片单元7和8进行串联转并联操作，若单体电池片单元7和8之间双向开关本就置于c或d触点，则保持原状态不变；然后继续测量开路电压计算比值是否为1.5，若光伏发电阵列开路电压仍过高，则将单体电池片单元5和6进行串联转并联操作，以此类推直到开路电压与当前蓄电池电压的比值相匹配。避免了充电初始状态，因蓄电池电压过低导致光伏发电阵列输出电压无法升高，光伏发电阵列的功率过多地被控制器“吃掉”的情况。同时更为重要的是，光伏发电阵列的输出电流随着内部单体电池片单元串联转并联的连接变化而增加，能够提高充电效率，尤其当单体电池片单元7和8、5和6、3和4已处于并联状态时，电池单体电池片单元1和2由串联转并联的操作可以观察输出电流明显变大，因此，蓄电池的初始充电更快。上述结构在当前农村地区的无最大输出功率跟踪点系统的独立式分布发电系统具有较好的应用前景，无需增加过多部件且无明显的成本上升。

也可进一步地，在单体电池单元2和单体电池单元3之间、单体电池单元6和单体电池单元7之间分别设置一个与单体电池单元1和单体电池单元2之间所述双向开关及连接导线相同的结构，用以给满充电压更低的蓄电池或充电初始状态下的蓄电池充电。例如在本例中，若蓄电池初始状态电压过低，则可以在电池单体电池片单元7和8、5和6、3和4、1和2均为并联的基础上，进一步对单体电池单元2和单体电池单元3之间、单体电池单元6和单体电池单元7之间的双向开关进行串联转并联的操作，使整个光伏阵列处于单体电池单元1-4为彼此并联结构，单体电池单元5-8为彼此并联结构，两个并联单体电池单元组再进行串联的结构，进一步增大充电电流。即上述单体电池单元1和单体电池单元2之间所述双向开关及连接导线相同的结构可根据实际需要设置在任意两个单体电池单元之间。

随着充电的进行，蓄电池电压逐渐升高，光伏发电阵列内部电池单体电池片单元从1和2开始逐渐并转串，以提高电压。在本实施例中，蓄电池满充电压24v时，光伏发电阵列内部单体电池片单元1和2、3和4为串联，5和6、7和8为并联状态。

对于程序的编写，可以采用但不限于将单体电池片单元间使用继电器作为双向开关，若开路电压过高，则单片机通过输出端口依次对7和8之间的继电器输出“1”，依次使7和8之间的继电器触点接通c或d点，完成串联转并联的操作；若电压仍过高，则对5和6之间的继电器重复同样的步骤，依次类推直到电压匹配蓄电池初始电压；随着充电的进行若开路电压需要升高，则单片机通过输出端口依次对1和2、3和4、5和6、7和8之间的继电器输出“0”。本实施例中，单体电池片单元数量不多，也可采用更简单的二进制控制代码操作。例如：1和2、3和4为串联，5和6、7和8之间为并联，则此时程序中的控制代码为“0011”，若测得开路电压过高，则控制代码为“0011”向左移动一位，右边填“1”，变为“0111”，或测得开路电压过低，则控制代码为“0011”向右移动一位，左边填“0”，变为“0001”即可。在实际使用中，若单体电池片单元数量较多，也可用将单片机输出端口连接至一输出控制模块，将输出控制模块的输出端口连接至各个继电器。上述内容均为本领域技术人员公知技术，在此不再赘述。

需要指出的是，本申请的实施例中，所述电池单体单元并不仅仅为单体电池片，也可为若干单体电池片的特定连接结构，例如单体电池片的并联、串联或混联结构。例如由普通的22cm×22cm的多晶硅片的连接构成；所述电池单体单元电压、蓄电池的电压值均为方便讲述设定，实际使用中以光伏发电阵列的规模及蓄电池型号为准；所述的每执行一次程序之间的时间间隔也可自行设定；所述电压比值1.3、1.5等也可在实际使用中根据充电效果自行在程序中调整。

最后，若采用单片机最后应将其固定置于光伏电池片阵列背面且与背面保持一定距离或其它阴凉处避免温度过高。

上面具体描述了本发明技术方案的应用实例，它仅作为例子给出，不视为本发明的应用限制。凡操作条件的等同替换，均落在本发明的保护范围之内。