一种间断功率负载独立光伏系统及其性能预测方法
【专利摘要】本发明的间断功率负载独立光伏系统，包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器以及交流间断负载，所述控制器还连接有风速传感器、温湿度传感器以及太阳能总辐射表。本发明的性能预测方法包括：a).计算电池板温度；b).计算饱和电流；c).求取光生电流；d).求取二极管特性因子；e).求出电池板的输出电流；f).求取蓄电池占空比；g).求取蓄电池电阻；h).求开路电压；i).求取端电压；j).求功率损失；k).求取输出功率；l).求输入功率；m).求逆变器的电流；n).建立负载模型；o).性能预测。本发明的光伏系统及其性能预测方法，不用购买电路实物即可对所要构建的光伏系统做客可靠、客观的评价，直至相互匹配，避免了资源浪费，具有显著的有益效果，便于应用推广。
【专利说明】一种间断功率负载独立光伏系统及其性能预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种间断功率负载独立光伏系统及其性能预测方法，更具体的说，尤 其涉及一种的间断功率负载独立光伏系统及其性能预测方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能独立光伏系统利用太阳能作为系统的动力源，清洁无污染，减少使用电能， 有助于解决由于不可再生能源枯竭所导致的日益严重的能源危机。再加上中国有许多偏远 地区和游牧民族至没有供电网络，他们无法使用市电作为电力来源，这些都将为太阳能独 立光伏系统的开发提供了潜在的市场。
[0003] 太阳能交流间断负载(如太阳能光伏冰箱系统）包括太阳能电池组件、控制电路、 蓄电池、逆变电路、负载等。在日照情况下，太阳能电池组件接收太阳光的辐射能，并将其 转化为直流电能作为系统的电能来源。控制电路则用来控制整个系统的工作状态，并对蓄 电池起到过充电保护、过放电保护的作用。蓄电池能够储存系统运行时多余的电能，供交流 负载在夜晚和阴雨天气情况下使用，实现能量的移峰填谷。直流电经逆变电路逆变后即驱 动负载工作，使交流负载(如制冷系统）工作。
[0004] 但是目前对基于间断负载的独立光伏系统的性能研究还较少，这给基于间断负载 的独立光伏系统的性能预测带来了很大不便，不利于独立光伏系统中各部件的优化匹配。 如果采用实际电路组装完毕后再进行测试，无疑会增加测试成本。
【发明内容】
[0005] 本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种间断功率负载独立光伏系统及 其性能预测方法。
[0006] 本发明的间断功率负载独立光伏系统，包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆 变器以及交流间断负载，其特别之处在于：所述太阳能电池组件的输出端经微控制器与蓄 电池和逆变器的输入端相连接，蓄电池的输出端经微控制器与逆变器的输入端相连接，逆 变器的输出端与交流间断负载的输入端相连接；所述控制器还连接有风速传感器、温湿度 传感器以及太阳能总辐射表，控制器通过测量的风速、温度和太阳辐照度，在根据太阳能电 池组件、蓄电池、逆变器和间断交流负载的规格参数，来评价整个光伏系统的稳定性。
[0007] 本发明的间断功率负载独立光伏系统，述控制器还通过数据采集器连接有进行数 据分析的上位机。
[0008] 本发明的间断功率负载独立光伏系统的性能预测方法，其特别之处在于，通过以 下步骤来实现：a).计算电池板温度，设控制器通过传感器测量的风速、温度和太阳辐照度 分别为
【权利要求】
1. 一种间断功率负载独立光伏系统，包括太阳能电池组件（1)、控制器（2)、蓄电池 (3)、逆变器（4)以及交流间断负载（5)，其特征在于：所述太阳能电池组件的输出端经微 控制器与蓄电池和逆变器的输入端相连接，蓄电池的输出端经微控制器与逆变器的输入端 相连接，逆变器的输出端与交流间断负载的输入端相连接；所述控制器还连接有风速传感 器、温湿度传感器以及太阳能总辐射表，控制器通过测量的风速、温度和太阳辐照度，在根 据太阳能电池组件、蓄电池、逆变器和间断交流负载的规格参数，来评价整个光伏系统的稳 定性。
2. 根据权利要求1所述的间断功率负载独立光伏系统，其特征在于：所述控制器（2)还 通过数据采集器连接有进行数据分析的上位机（7 )。
3. -种基于权利要求1所述的间断功率负载独立光伏系统的性能预测方法，其特征在 于，通过以下步骤来实现： a) .计算电池板温度，设控制器通过传感器测量的风速、温度和太阳辐照度分别为 fH、G，通过公式（1)计算出太阳能电池板的温度A :
其中，P、？、r为相关系数； b) .计算饱和电流，太阳能电池板的饱和电流4是一个始终流过电池背面的很小的电 流，其可通过与温度有关的指数函数表公式（2)求出：
其中，为带隙能，硅电池取1. 16eV ; S为太阳能电池板的材料参数，其由电池板的 规格及其I-V曲线来获得4是波尔兹曼常数，为1. 38 X 10 23J/K ; c) .求取光生电流，根据公式（3)求取太阳能电池板的光生电流心：
(3) 其中，巧、乓、马为常数系数，巧为参考太阳辐照度，G为太阳辐照度，7；为参考温度； d) .求取二极管特件闵子，根据公式（4)求取太阳能电池板中二极管特性因子2 :
其中，开路电压匕、最大功率点电流"、最大功率点电压&均由太阳能电池板的规 格表所提供；Ac =心； e) .求取电池板的输出电流，根据公式（5)计算电池板的输出电流& :
(5) 式中，F为光伏电池输出电压,单位为V ;ilf为电池板的并联数目，JV为电池板的串联 数目；式为光伏电池的串联电阻，为电池板并联电阻，单位为Q 是电子常数，为1. 6 X 10_19C j是波尔兹曼常数，为1.38 X 10 23J/K; f) .求取蓄电池占空比，根据公式（6)求取蓄电池占空比SDCf :
(6) 其中，30(^为初始占空比，g为一定时间内交换的电荷总量；JfJ为蓄电池能力，其由 蓄电池的规格参数确定；2通过公式（7)进行计算：
(7) 其中=蓄电池电流，4的正负由电池的充放电状态决定； g) .求取蓄电池电阻，根据公式（8)求取出蓄电池的内部电阻A :
(8) 其中，的蓄电池的电极电阻，Atewl--为蓄电池的电解质电阻，其分别通过公式 (9)和公式（10)求取：
(9) (10) 其中，66和4都是经验常数； h) .求开路电压，通过公式（11)求取蓄电池的开路电压焉，：
(11) 其中，Fi?为充电剩余电压，&为经验系数，SDC为蓄电池的占空比； i) .求取蓄电池的端电压，通过公式（12)求取蓄电池的端电压乙：
(12) 其中，足c为蓄电池开路电压，4为蓄电池电流，4充电为正，4放电为负，4为蓄电 池内部电阻； j) .求逆变器的功率损失，逆变器的功率损失巧^是由开关电路和电压变换引起的，其 通过公式（13)求取：
(13) 其中€为逆变器中开关电路的功率损失，G为定铁芯损失，6可变铜损失；可变铜损 失4分别通过公式（14)求取： S = 424-。 (14) 其中，为逆变器中变压器铜电阻，由变压器的参数获取； k) .求取输出功率，通过公式（15)求出逆变器的输出功率巧 ~ h ^load (15) 其中，?为间断交流负载的电阻； l) .求输入功率，通过公式（16)求出逆变器的输入功率巧：
都是常数，可以通过测量两组4、巧 值来求取；逆变器的输出公路巧即是间断交流负载需要的总功率巧，巧=巧； m) .求逆变器的电流，通过公式（17)求取逆变器的电流心： lj - PjiVj (17) 其中，G为逆变器的输入电压，G等于蓄电池的端电压^ 等于间断交流负载的工 作电流4 ; n) .建立负载模型，建立如公式（18)所示的间断交流负载的模型： 』
(18) 其中，.分别是间断交流负载停止状态、工作状态下的功率，G为 控制系数，负载工作时Q =〇, C2 =1 ;负载停止时=1，C2 =〇 ; 〇).性能预测，对于给定的太阳能电池板的参数、电池板的数目、电池板的串并联形式、 逆变器的参数、蓄电池的参数、间断交流负载的参数以及通过传感器检测的风速、温度和太 阳辐照度，评价所建立的独立光伏系统的性能。
4. 基于权利要求3所述的间断功率负载独立光伏系统的性能预测方法，其特征在于： 步骤a)中所述的相关参数P =0. 0155、4 =0. 036、r =0. 021，步骤c)中所述的参考太阳辐照 度6 =1000w/m2,参考温度I； =298k，所述的常数系数巧=4. 18X10-3 m2/V、马=-3.73X10_4m2/w、i| =-2. 44X 1(T3 k-1 ;步骤 e)中 I = F =1,尽=0? 56 Q，及3* =221. 89 Q。
5. 基于权利要求3或4所述的间断功率负载独立光伏系统的性能预测方法，其特征 在于，在充电模式下：步骤g)中所述的经验常数^ =0.062 =0.046 Q、f, =95. 64 Q、r4 =52. 67Q，步骤h)所述的经验系数Ij =0.81，充电剩余电压W? =13. 25V;在放电模式下A =0. 055 Q , rs =-0. 1 Q , r, =4. 27Q,r4 =-100. 73 Q , =0. 72, Fi? =12. 66V〇
【文档编号】H02S50/00GK104283490SQ201410520995
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】张纪同, 安百盈, 李玉恒, 公勋, 孙昌健 申请人:山东新帅克能源科技有限公司