一种高采收率光伏充电方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能充电技术领域，特别是一种高采收率光伏充电方法及装置。
【背景技术】
[0002]太阳能作为一种储量巨大、清洁无污染的新型能源，被认为是化石能源的完美替代品，产业应用前景光明。近年来，在各国政府的大力扶持下，光伏发电产业发展迅猛，太阳能充电技术也得到了一定的发展。
[0003]太阳能和风能、潮汐能等新兴能源一样，都面临发电功率不稳定的问题。随着环境变化，发电功率的变化幅度很大。在光伏发电系统中，光伏电池的发电能力与太阳辐照强度密切相关。夜晚、阴雨天时光伏电池发电能力微弱，即使在晴天，只是在13:00?15:00时间内发电能力较为稳定，其他时间段是极不稳定的。针对这种不稳定能源的能量收集，现有技术的能量采收率较为低下。
[0004]光伏发电时，光伏电池每个时刻能够输出的最大功率P_都不相同，最大功率P_对应的电压及电流，称为最大功率点。光伏电池的最大功率是与太阳辐照强度有关的变化量，而且光伏电池的最大功率必须在特定的电压、电流下才能够输出。光伏充电系统的充电电压与最大功率电压不同时，光伏电池的最大功率不能得到充分利用。
[0005]光伏发电一般都以蓄电池作为负载，充电时每个时刻蓄电池能够吸收的最大功率Pl也不相同，最大充电功率对应的充电电压、电流称为最佳工作点，是与蓄电池荷电状态、内阻大小有关的变化量。
[0006]假设充电控制电路功率损失为Pia (P与充电电流有关，为变化量)，那么在充电过程中存在以下三种可能:
[0007]P_>PL+P 损(I)
[0008]Pmx<PL+P 损(2)
[0009]Pnax = PL+P 损(3)
[0010]在式(I)中，光伏电池的最大功率点功率大于蓄电池最佳工作点以及充电电路损失功率之和，则光伏电池有一部分能量不能被蓄电池吸收，造成电能浪费。
[0011]在式(2)中，光伏电池的最大功率点功率小于蓄电池最佳工作点以及充电电路损失功率之和，则蓄电池不能工作于最佳工作点处，光伏电池的输出电压被蓄电池端电压拉低，光伏电池不能工作于最大功率点处，造成电能浪费。
[0012]在式(3)中，光伏电池的最大功率点功率等于蓄电池最佳工作点功率与充电电路损耗功率之和，在此基础上，最大功率点电压与最佳工作点电压相等时，光伏电池的发电量才能被充分利用。
[0013]在光伏发电系统运行过程中，光伏电池的最大输出功率？_是时刻变化的，只有特定的电压、电流输出，才能得。作为负载，蓄电池的端电压、内阻也是变化量，蓄电池荷电量不同，最佳工作点也不相同。因此在固定的充电电路下，公式(3)的功率匹配是很难实现的。这里的功率匹配不仅仅指光伏电池输出的最大功率与蓄电池最佳功率大小相等，还指对应的电压、电流也都相同。
[0014]光伏发电系统的特点是能量输出极不稳定，负载(蓄电池)的最佳工作点随时变化。因此最大功率点与最佳工作点的实时、稳定匹配是较为困难的。因此，光伏电池最大功率点和蓄电池最佳工作点不能时刻功率匹配，造成了光伏充电控制器能量采收率低下的现状。
【发明内容】
[0015]本发明的目的在于提供一种高采收率光伏充电方法及装置，解决光伏电池最大功率点与蓄电池最佳工作点智能匹配问题，使得可以最大效率的实现太阳能蓄电池充电，提高太阳能使用的效率和可靠性。
[0016]为解决上述问题，本发明提供了一种高采收率光伏充电方法及装置，此发明的功率自匹配控制算法采用模糊控制方法，通过建立模糊控制规则，进行光伏电池和蓄电池的电压、电流和内阻参数寻优，确定当前光伏电池和蓄电池的最佳参数，也避免了常规线性模型不能满足太阳能蓄电池充电多入多出时变模型的需求，同时通过制定模糊控制规则表，实现不同情况下光伏电池的输出和蓄电池充电参数最佳匹配。此发明装置主要包括:自动可控变压器、DC/DC电路、MPPT参数检测电路、蓄电池参数检测电路、STM32单片机控制系统、光伏电池阵列、蓄电池组、低功耗LCD显示器。所述的DC/DC电路是一个直流升压模块，调整光伏电池阵列的输出并使其输出能够被自动可调变压器采集；所述的MPPT参数检测电路用以检测实时检测光伏电池阵列的输出电压、电流及其内阻参数，并将参数传送给STM32单片机控制系统；所述的蓄电池参数检测电路实时的检测蓄电池组的电压、电流及其内阻参数，并将参数传送给STM32单片机控制系统；所述的自动可控变压器，能通过STM32单片机控制系统的控制信号来调整输出电压、电流，供蓄电池组充电；所述的STM32单片机控制系统采集到光伏电池阵列及蓄电池组电压、电流及其内阻等参数信息，通过建立的模糊控制规则，程序自动启动参数寻优，迅速地计算光伏电池阵列的最大功率点及蓄电池组的最佳工作点，调节DC/DC电路保证光伏电池阵列的最大功率输出，同时发送反馈控制信号给DC/DC电路与蓄电池组之间串入的自动可控变压器，使自动可控变压器根据反馈控制信号调整输出，满足蓄电池组当前最佳工作点的充电要求，同时STM32单片机控制系统发出命令使低功耗LCD显示器实时显示当前的功率匹配情况及充电效率；从而实现太阳能电池最大功率点和蓄电池最佳功率点的实时匹配，并且硬件电路采用低功耗的COMS电气元件，损耗低，达到提高太阳能使用的效率和可靠性的目的。
[0017]本发明的有益效果是，本发明的高采收率光伏充电方法及装置能实时监测光伏电池和蓄电池工作状况，判断各自的最大功率点和最佳工作点。本系统能时刻保证光伏电池的最大功率输出和证蓄电池时刻工作于最佳工作点，对能量过剩或者不足部分，由STM32单片机控制系统进行调节，最终达到功率自匹配充电，提高能量采收率的功能。本发明通过制定不同的功率规格，还可用于风力发电、潮汐能发电、温差发电等各种不稳定能源的发电领域，保证发电功率与蓄电池最佳工作点的时刻匹配，提高能量采收率。此发明对于解决不稳定能源的高效采收问题，提升新能源发电的技术含量，提高新能源发电效率，降低发电成本，推动产业的发展都具有积极的意义。而且本高采收率光伏充电方法及装置的开发过程主要涉及算法设计及电路的设计及调试，投产过程所需资金门槛低，产品附加值高，潜在用户众多，具有光明的市场前景。
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]图1是本发明的一种高采收率光伏充电方法及装置的原理框图。
[0020]图中:自动可控变压器5、DC/DC电路4、MPPT参数检测电路2、蓄电池参数检测电路7、STM32单片机控制系统1、光伏电池阵列3、蓄电池组6、低功耗IXD显示器8。
【具体实施方式】
[0021]现在结合附图对本发明作进一步阐述。附图为简化的原理框图，仅以示意方式说明本发明的基本原理，如附图1图所示，此发明的功率自匹配控制算法采用模糊控制方法，通过建立模糊控制规则，进行光伏电池和蓄电池的电压、电流和内阻参数寻优，确定当前光伏电池和蓄电池的最佳参数，同时通过制定模糊控制规则表，实现不同情况下光伏电池的输出和蓄电池充电参数最佳匹配。此发明装置主要包括:自动可控变压器5、DC/DC电路4、MPPT参数检测电路2、蓄电池参数检测电路7、STM32单片机控制系统1、光伏电池阵列3、蓄电池组6、低功耗IXD显示器8。所述的DC/DC电路4是一个直流升压模块，调整光伏电池阵列3的输出并使其输出能够被自动可控变压器5采集；所述的MPPT参数检测电路2用以检测实时检测光伏电池阵列3的输出电压、电流及其内阻参数，并将参数传送给STM32单片机控制系统I ;所述的蓄电池参数检测电路7实时的检测蓄电池组6的电压、电流及其内阻参数，并将参数传送给STM32单片机控制系统I ;所述的自动可控变压器5，能通过STM32单片机控制系统I的控制信号来调整输出电压、电流，供蓄电池组6充电；所述的STM32单片机控制系统I采集到光伏电池阵列3及蓄电池组6电压、电流及其内阻等参数信息，通过建立的模糊控制规则，程序自动启动参数寻优，迅速地计算光伏电池阵列3的最大功率点及蓄电池组6的最佳工作点，调节DC/DC电路4保证光伏电池阵列3的最大功率输出，同时发送反馈控制信号给DC/DC电路4与蓄电池组3之间串入的自动可控变压器5，使自动可控变压器5根据反馈控制信号调整输出，满足蓄电池组3当前最佳工作点的充电要求，同时STM32单片机控制系统I发出命令使低功耗IXD显示器8实时显示当前的功率匹配情况及充电效率。
【主权项】
1.一种高采收率光伏充电方法及装置，此发明装置主要包括:可控变压器5、DC/DC电路4、MPPT参数检测电路2、蓄电池参数检测电路7、STM32单片机控制系统1、光伏电池阵列.3、蓄电池组7、低功耗IXD显示器8，其特征在于:所述的STM32单片机控制系统I采集到光伏电池阵列3及蓄电池组6电压、电流及其内阻等参数信息，通过建立的模糊控制规则，程序自动启动参数寻优，迅速地计算光伏电池阵列3的最大功率点及蓄电池组6的最佳工作点，调节DC/DC电路4保证光伏电池阵列3的最大功率输出，同时发送反馈控制信号给DC/DC电路4与蓄电池组7之间串入的自动可控变压器5，使自动可控变压器5根据反馈控制信号调整输出，满足蓄电池组3当前最佳工作点的充电要求，同时STM32单片机控制系统I发出命令使低功耗IXD显示器8实时显示当前的功率匹配情况及充电效率。
【专利摘要】本发明涉及一种高采收率光伏充电方法及装置，此发明的功率自匹配控制方法采用模糊控制算法，建立模糊控制规则，进行参数寻优，实现不同情况下光伏电池的输出和蓄电池充电参数最佳匹配。此发明装置主要包括：可控变压器5、DC/DC电路4、MPPT参数检测电路2、蓄电池参数检测电路7、STM32单片机控制系统1、光伏电池阵列3、蓄电池组7、低功耗LCD显示器8。本发明实现光伏电池最大功率点和蓄电池最佳功率点的实时匹配，提高能量采收率，并且硬件电路采用低功耗的COMS电气元件，损耗低，对于解决不稳定能源的高效采收问题，提升新能源发电技术含量，提高新能源发电效率，推动产业发展具有积极意义。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN105226737
【申请号】CN201410276766
【发明人】贺新升, 戴作财, 高春甫, 邓绍泰, 季海峰, 张广, 任韶卿
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年6月13日