专利名称：提高太阳能电池板发电效率的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能光伏发电技术领域，涉及一种提高太阳能电池板发电效率的方法及装置。
背景技术：
太阳能作为一种清洁的、没有任何污染的能源，以及太阳能发电做为动力供应主要来源之一的可能性，已日益引起人们关注。相关专家预测，到本世纪后期，太阳能发电将在世界电能结构中占据80 %的位置。然而，由于技术问题，迄今商业化的光伏发电装置/太阳能电池的价格太高、光电转换效率过底。在城市电力系统中，高昂的一次性投资成本无疑更为光伏发电装置/太阳能电池产品推广增加了难度，大规模开发和利用光伏太阳能发电，提高太阳能电池板的光电转换效率和降低生产成本成为核心所在。因此，提高效率，降低成本，扩大规模成为现今开发、生产光伏发电装置/太阳能电池板的主题。太阳能电池在光照强度及输出电压V确定后即能确定可输出最大电流值I。在 “ J-V特性”中，电力IV值最大的点称为最大功率点(MPP)。光照强度会随着太阳高度及天气的变化而改变，因此MPP也会相应移动。对其移动轨迹进行追踪，在MPP点输出电流的技术就是MPPT技术，MPPT为功率调节器的重要功能之一，也是提高太阳能电池板发电效率的手段之一。通常MPPT采用的是通过将输出电压V略微增减，获知此时电流1(或电力IV) 的增减幅度，从而追踪不断移动的MPP。采用已有的MPPT技术，每次选择一个峰值后，继续追踪其峰值，原来的MPP向其他峰值转移时就很难调整。中国专利公开说明书200410028400. χ公开了一种电力调节器10，其具有最大电力跟踪控制部分12，用以设定功率变换器11的直流工作电压，该功率变换器11将发电机 2的输出电流转换为交流电，以使对应于发电机输出电平的功率点跟踪上最大功率点。该电力调节器还包括近似函数存储器25，用以存储与最大功率点相关的近似函数；跟踪控制部分34，用以依据近似函数使当前的功率点到达最大功率点的附近；爬山法跟踪控制部分 35，用以在当前的功率点到达最大功率点的附近时，通过使用爬山法使当前的功率点到达最大功率点。中国专利公开说明书200620041423. 9公开了一种太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特点是包括顺序连接的太阳能电池、调节电路、蓄电池，以及一控制电路；控制电路包括电压采样单元和电流采样单元、计算单元、比较单元、以及微扰单元；蓄电池的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元连接；电压采样单元和电流采样单元的输出端与计算单元的输入端连接；计算单元、比较单元以及微扰单元顺序连接；微扰单元的输出端与调节单元的输入端连接。通过对充电的电压电流参数进行采样、计算和比较得到当时环境下的太阳能电池最大功率点，再通过调节驱动脉冲信号的宽度来改变充电负载，使得充电负载与太阳能电池的即时参数相匹配，从而使太阳能电池始终能够工作在最大的充电功率
中国专利公开说明书200510086294. 5公开了一种独立光伏发电系统用的最大功率点跟踪方法，所述的应用该最大功率点跟踪技术的独立光伏发电系统包括(1)太阳能电池；(2)蓄电池；(3)BUCK电路。其中太阳能电池输出特性具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响，蓄电池则具有一定的负载特性。该公开说明书所述的最大功率点跟踪方法即MPPT，通过调节作为电能变换环节的BUCK电路驱动占空比，达到调整光伏阵列输出端负载特性的目的，从而实现MPPT控制。这种控制算法最大的优点，是在光照强度发生快速变化时，光伏阵列输出电压能以平稳的方式跟踪其变化，而且稳态的振荡也较小。中国专利公开说明书200910062931. 3公开了一种提高光伏组件输出功率的方法，将光伏组件中串联的光伏电池元平均分组，保证相邻两光伏电池元组的输出电压比值等于它们的最大功率点电压比值。针对光伏电池元平均分为两组的情况，本发明提供了校正电路，包括P沟道MOSFET管、N沟道MOSFET管、电感和两个电容，其中P沟道MOSFET管的漏极与N沟通MOSFET管的漏极串接为MOSFET桥臂，两个电容串接成电容桥臂，MOSFET桥臂与电容桥臂并联，两MOSFET管的相接点与两电容的相接点通过电感连接。该技术应用于光伏组件的最大功率点跟踪方法中，可避免常规跟踪方法陷入局部极值点。然而，太阳能电池板在没有阴影遮蔽时，其IV-V特性曲线是一条只有一个峰值的单一曲线，此时采用这些方法或是可行。但是，当部分太阳能电池板被遮蔽后，整个太阳能电池板系统的I-V特性曲线既显示为一条复杂的曲线，所显示的IV-V特性曲线就有多个峰值。并且，随着太阳及遮蔽阴影的移动，以及太阳能电池板上浮尘、积雪等光照障碍物的增减，乃至太阳能电池及其环境温度的变化，太阳能电池板系统的I-V特性曲线的形状都会发生变化，有时MPP所在的峰值会快速向其他峰值转移。因此，这些公开的方法和其它现有方法并不能很好地进行太阳能电池板的最大功率点追踪，也不能最大限度地提高太阳能发电系统的发电能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高太阳能电池板发电效率的方法及装置，以克服现有技术方法及装置的不足。本发明的显著优点是本发明通过检测电容器充电时的电压及电流的变化，得知其I-V特性来实现最大功率点追踪的技术，由于电容器具有反应灵敏，内阻较低级工作稳定等优点，所以在太阳能电池板发电电路中应用其来实施太阳能电池板发电系统的最大功率点追踪，可以大幅度提高最大功率点追踪速度，且使整个太阳能电池板发电装置较现有技术中的太阳能电池板发电装置简单化，从而降低太阳能电池板的发电成本及发电系统制造成本；使太阳能电池板部分被遮蔽等情况下也可最大限度地发挥作用，且方法及装置简单可靠。本发明的另一显著优点是本发明所涉及的方法及装置能快速、最佳地进行太阳能电池板的最大功率点追踪，大幅度提高太阳能电池板在局部阴影遮蔽条件下的光电转化效率、提高太阳能发电系统的发电能力。本发明所涉及的提高太阳能电池板发电效率的方法，是在太阳能电池板与直流/ 直流转换器电路间串入至少一个电容器，检测电容器充电时电压及电流值，当电容器的电压与电流增加时，由微处理器以一个最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻值，若电容器的电压或其与电流的乘积为正，则调节直流/直流转换器的有源电阻特性继续向相同方向变化；反之，使其朝相反方向变化；重复以该最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻的调节步骤，反复微扰来趋近太阳能电池板发电的最大功率
点ο本发明所涉及的微处理器与直流/直流转换器电路间接有驱动和保护模块。本发明所涉及的由微处理器以一个最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻值的方法步骤包括1)设定控制有源电阻的初始值，检测该值引致的电容器的电压或其与电流的乘积初始值；2)以所设定的有源电阻初始值为其旧值，电容器的电压或其与电流的乘积之初测值为电容器的电压或其与电流的乘积之旧值；3)使有源电阻调节工作继续，新产生的有源电阻为一个新值，对应产生的电容器的电压或其与电流的乘积为相应的电容器的电压新值或其与电流的乘积新值；4)比较电容器的电压或其与电流的乘积之新值与旧值的差值；若差值为正，则调节直流/直流转换器的有源电阻特性继续向相同方向变化；反之，使其朝相反方向变化；若差值为零，则保持直流/直流转换器的有源电阻不变；5)重复步骤2)至4)，以最佳化地进行太阳能电池板的最大功率点追踪。实施最大功率点追踪过程中，在设定有源电阻的初始值后，过程中任一单位时间内都可能产生一个瞬时有源电阻变化量。本发明所涉及的、实施提高太阳能电池板发电效率的方法的装置包括太阳能电池板，至少一个电容器，直流/直流转换器和至少一个用于导通或截止电容器与直流/直流转换器间电路的半导体开关。所涉及的微处理器包括CPU，输入输出端口，存储器，比较器，噪音滤除器，电容器电压检测器，电容器电流检测器或PWM输出控制器。本发明所涉及的电容器可以是任何材质制成的电容器，只要是高容量的，最好是超高容量的，即可应用于本发明中，其中包括聚合物电容器。本发明所涉及的半导体开关作用为导通或截止电容器与直流/直流转换器之间电路，可以是任一类型的电子开关、电力电子开关、控制开关和半导体开关。负载包括蓄电池和/或相关用电设备。从直流/直流转换器输出的电流还可以通过并网逆变器直接进入电网或通过并网逆变器及变压器后进入电网。
图1是本发明所涉及的提高太阳能电池板发电效率装置的示意图。图2是本发明所涉及的提高太阳能电池板发电效率并网装置的示意图。图3是本发明所涉及的提高太阳能电池板发电效率方法步骤示意图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
进一步说明本发明，但本发明并不限于在实施方式说明范
5围内。如图1和图2所示，本发明实施例中装置包括太阳能电池板(1)，半导体开关
(2)，直流/直流转换器(3)，电容器(4)，微处理器(5)，驱动和保护模块(6)，并网逆变器 ⑵。如图3所示，本发明实施例中方法步骤包括设定控制有源电阻的初始值(11)，检测电容器电压(12)，继续运行并检测电容器新电压(13)，比较新电压与(旧)电压(14)，新电压大于等于(旧)电压(15)，调节有源电阻特性向相同方向变化(16)，调节有源电阻特性向相反方向变化(17)。实施方式1本发明实施例1(参照图1和图2)如图1所示的本发明涉及的提高太阳能电池板发电效率装置包括太阳能电池板(1)，半导体开关(2)，直流/直流转换器(3)，电容器(4)， 微处理器(5)，驱动和保护模块(6)。如图2所示的本发明涉及的提高太阳能电池板发电效率装置包括太阳能电池板 (1)，半导体开关(2)，直流/直流转换器(3)，电容器(4)，微处理器(5)，驱动和保护模块 (6)，并网逆变器(7)。太阳光(未图示)从太阳能电池板⑴的表面射入，产生电能，由微处理器(5)指令半导体开关(2)导通或截止电容器(4)与直流/直流转换器(3)之间电路，并根据电压或其与电流检测值计算比较，调节直流/直流转换器(3)的有源电阻特性，以最佳化地进行太阳能电池板的最大功率点追踪，将太阳能电池板(1)产生的电能向如图1所示的负载输电或通过如图2所示的并网逆变器(7)向电网输电。实施方式2本发明实施例2(参照图3)在本发明涉及的装置(如图1或图2所示)中，启动系统，设定控制有源电阻的初始值(11)，检测该值引致的电容器的电压(12)，继续运行并检测电容器新电压(13)，比较新电压与(旧)电压差值(14)，若新电压大于等于(旧)电压(15)，则调节有源电阻特性向相同方向变化(16)，并重复进入步骤(12)至(16)，否则，调节有源电阻特性向相反方向变化(17)，并重复进入步骤(12)至(17)，以最佳化地进行太阳能电池板(1)的最大功率点追踪。
权利要求
1.提高太阳能电池板发电效率的方法，其特征在于在太阳能电池板与直流/直流转换器电路间串入至少一个电容器，检测电容器充电时电压及电流值，当电容器的电压与电流增加时，由微处理器以一个最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻值， 若电容器的电压或其与电流的乘积为正，则调节直流/直流转换器的有源电阻特性继续向相同方向变化；反之，使其朝相反方向变化；重复以该最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻的调节步骤，反复微扰来趋近太阳能电池板发电的最大功率点。
2.根据权利要求1所述的提高太阳能电池板发电效率的方法，其特征在于所述的微处理器与直流/直流转换器电路间接有驱动和保护模块。
3.根据权利要求1所述的提高太阳能电池板发电效率的方法，其特征在于所述的由微处理器以一个最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻值的方法步骤包括1)设定控制有源电阻的初始值，检测该值引致的电容器的电压或其与电流的乘积初始值；2)以所设定的有源电阻初始值为其旧值，电容器的电压或其与电流的乘积之初测值为电容器的电压或其与电流的乘积之旧值；3)使有源电阻调节工作继续，新产生的有源电阻为一个新值，对应产生的电容器的电压或其与电流的乘积为相应的电容器的电压新值或其与电流的乘积新值；4)比较电容器的电压或其与电流的乘积之新值与旧值的差值；若差值为正，则调节直流/直流转换器的有源电阻特性继续向相同方向变化；反之，使其朝相反方向变化；若差值为零，则保持直流/直流转换器的有源电阻不变；5)重复步骤2)至4)，以最佳化地进行太阳能电池板的最大功率点追踪。
4.实施如权利要求1所述方法的装置，其特征在于该装置包括太阳能电池板，至少一个电容器，直流/直流转换器和至少一个用于导通或截止电容器与直流/直流转换器间电路的半导体开关。
5.根据权利要求1所述的提高太阳能电池板发电效率的方法，其特征在于所述的微处理器包括CPU，输入输出端口，存储器，比较器，噪音滤除器，电容器电压检测器，电容器电流检测器或PWM输出控制器。
全文摘要
本发明涉及提高太阳能电池板发电效率的装置及其提高发电效率的方法，该装置包括太阳能电池板，至少一个电容器，直流/直流转换器和至少一个用于导通或截止电容器与直流/直流转换器间电路的半导体开关；该方法在太阳能电池板与直流/直流转换器电路间串入至少一个电容器，检测电容器充电时电压及电流值，当电容器的电压与电流增加时，由微处理器以一个最大功率点追踪电路调节直流/直流转换器的有源电阻值，反复微扰来趋近太阳能电池板发电的最大功率点。
文档编号H02N6/00GK102201758SQ20101012994
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者刘文韬, 刘津平, 高霞 申请人:刘津平, 江西杰彼新能源有限公司