太阳能输出控制方法、太阳能控制器及太阳能电源与流程

1.本技术涉及太阳能领域，具体而言，涉及一种太阳能输出控制方法、太阳能控制器及太阳能电源。


背景技术：

2.请参阅图1，图1为一种现有太阳能发电系统的结构框图。在太阳能发电系统中，光伏板可以采集太阳能并转换为电能，并将电能输出至负载进行使用或输出至蓄电池进行存储。
3.由于太阳能受温度、光照等环境因素影响，光伏板转换的电能存在不稳定的问题，导致输出至负载的电能无法满足负载的使用需求，因此，通常会在光伏板与负载之间使用太阳能控制器，控制光伏板输出至负载的电能，避免光伏板输出不稳定对负载造成不利影响。
4.目前，太阳能控制器通常根据电压大小或电流大小对光伏板输出的电能进行控制，然而，目前太阳能控制器所使用的控制方法所控制输出的电能不能满足负载需求，会出现动态响应较差、过压过流、阶跃和震荡等问题。例如，使用输出电压或输出电流控制电能的输出，可能导致输出的电能容易出现输出震荡、过压过流的问题；在使用输出电压控制切换至输出电流控制电能的输出的过程中，或使用输出电流控制切换至输出电压控制电能的输出的过程，容易出现过流过压以及阶跃与震荡，从而使得动态响应较差。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术旨在提供一种太阳能输出控制方法、太阳能控制器及太阳能电源，对光伏板输出至负载的电能进行控制，提高光伏板输出电能的稳定性，使输出的电能能够满足负载需求。
6.第一方面，本技术实施例提供一种太阳能输出控制方法，包括：获取光伏板的光伏发电电压；基于所述光伏发电电压与预设的串联输出环路，控制所述光伏板输出至负载的电能；所述串联输出环路包括串联的输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环；所述输出光伏电压环用于控制所述光伏板输出至所述负载的输出光伏电压；所述输出电压用于控制所述光伏板输出至所述负载的输出电压；所述输出电流环用于控制所述光伏板输出至所述负载的输出电流。
7.本技术实施例中，通过串联输出环路，可以对输出至负载的电能的输出光伏电压、输出电压、输出电流均进行控制，从而使得输出电能的光伏电压、输出电压、输出电流均可以满足负载需求，避免出现过流过压的情况，提高光伏板输出电能的稳定性，从而使得输出电能的动态响应能满足要求。
8.一实施例中，所述输出光伏电压环、所述输出电压环和所述输出电流环依次串联，所述基于所述光伏发电电压与预设的串联输出环路，控制所述光伏板输出至负载的电能，包括：将所述光伏发电电压输入所述输出光伏电压环，得到所述输出光伏电压；将所述输出
光伏电压输入所述输出电压环，得到所述输出电压；将所述输出电压输入所述输出电流环，得到所述输出电流；基于所述输出电流控制所述光伏板输出至所述负载的电能。
9.本技术实施例中，将输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环依次串联后，电能的输出电流与输出电压受光伏发电电压限制，因此，可以通过控制光伏发电电压对输出电流和输出电压进行控制，从而在对光伏板输出电能的输出光伏电压、输出电压、输出电流同时进行控制的情况下，简化对电能输出控制的过程。
10.一实施例中，获取光伏板的光伏发电电压之前，所述方法还包括：获取所述光伏板的初始输出电压；基于所述初始输出电压和预设模式关系确定目标工作模式，所述预设模式关系包括所述初始输出电压与工作模式之间关系，所述目标工作模式为获取所述光伏发电电压的模式。
11.本技术实施例中，初始输出电压可以表征光伏板采集的太阳能能量或光伏板的发电情况，基于光伏板的初始输出电压确定目标工作模式，可以控制光伏板在不同发电情况下按不同的工作模式进行输出，从而使得在不同情况下光伏板输出的电能可以满足用户的需求。此外，由于初始输出电压为持续获取的电压，则根据初始输出电压确定的目标工作模式为实时的工作模式，因此，根据初始输出电压实时切换工作模式，可以有效减少光伏板发电情况变化时不同工作模式之间继续切换的延时，减少不同工作模式切换过程中出现的过流过压等情况，从而提高输出电能的稳定性，减少阶跃和震荡。
12.一实施例中，所述工作模式包括第一工作模式，所述第一工作模式用于将所述光伏发电电压控制为所述光伏板最大功率点对应的电压，所述预设模式关系包括所述第一工作模式与所述初始输出电压之间的关系，所述基于所述初始输出电压和预设模式关系确定目标工作模式，包括：在确定所述初始输出电压小于预设阈值时，确定所述第一工作模式为所述目标工作模式。
13.本技术实施例中，第一工作模式用于将光伏发电电压控制为光伏板最大功率点对应的电压，在初始输出电压小于预设阈值时，表征当前光伏板的发电情况较差或转化的太阳能能量较少，此时使用第一工作模式，可以控制光伏板输出的电能为最大功率点对应的电压，从而使得在太阳能能量不足或光伏板发电情况较差的尽可能使得输出的电压能满足负载需求。
14.一实施例中，所述获取光伏板的光伏发电电压，包括：获取所述光伏板的初始输出电压和初始输出电流；基于初始输出电压、初始输出电流和mppt(maximum power point tracking，最大功率点跟踪)算法计算光伏板的最大功率点；基于所述最大功率点确定所述光伏发电电压。
15.本技术实施例中，计算光伏板的最大功率点，以此最大功率点确定出的光伏发电电压为当前光伏板的最大值光伏发电电压，使用该光伏发电电压控制光伏板输出的电能，可以在太阳能能量或光伏板发电不能满足负载需求时，使得光伏板能够最大程度地输出光能，从而实现对太阳能最大程度地利用，进而尽可能满足负载需求。
16.一实施例中，所述工作模式包括第二工作模式，所述第二工作模式用于控制所述输出光伏电压为所述预设阈值对应的电压；所述预设模式关系包括所述初始输出电压与所述第二工作模式之间的关系，所述基于所述初始输出电压和预设模式关系确定目标工作模式，包括：在所述初始输出电压大于等于预设阈值时，确定所述第二工作模式为所述目标工
作模式。
17.本技术实施例中，第二工作模式用于控制所述输出光伏电压为预设阈值对应的电压，当初始发电电压大于等于预设阈值时，表征此时转换的太阳能能量过多或光伏板的发电情况较好，能够满足负载需求，此时将输出光伏电压控制为预设阈值对应的电压，控制光伏板输出的电能不出现过流过压的情况，由此，可以使得光伏板输出电能在满足负载需求的情况下提高电能输出的安全性。
18.一实施例中，所述获取光伏板的光伏发电电压之前，所述方法还包括：接收配置指令，所述配置指令中包括对限制所述输出光伏电压、所述输出电压、所述输出电流中任意一者或多者的参数；基于所述配置指令对所述串联输出环路进行配置，得到配置后的串联输出环路；对应的，所述基于所述光伏发电电压与预设的串联输出环路，控制所述光伏板输出至负载的电能，包括：基于所述光伏发电电压与所述配置后的串联输出环路，控制所述光伏板输出至负载的电能。
19.本技术实施例中，基于配置指令可以实现对串联输出环路输出的输出光伏电压、输出电压和输出电流任意一者或多个进行限制，各环可以分开配置，无需过多的调整操作，从而可以简化对串联输出环路中限制各环输出结果的配置过程。同时，各环对输出结果的限制可以根据用户需求进行配置，从而使得控制输出的电能可以满足用户的实际需求。
20.一实施例中，所述获取光伏板的光伏发电电压之前，所述方法还包括：接收调试指令，所述调试指令包括调试对象及对所述调试对象对应的调试参数，所述调试对象为所述串联输出环路中所述输出光伏电压、所述输出电压环和所述输出电流环中的任意一者；基于所述调试指令对所述串联输出环路进行调试。
21.本技术实施例中，串联输出环路中的输出光伏电压、输出电压环和输出电流环任意一个可以单独进行调试，且调试时不影响串联输出环路中的其余两者，或将多个分开进行调试。由此，在对串联输出环路进行调试时，可以发送调试指令仅对调试对象进行调试，简化对串联输出环路调试过程。
22.第二方面，本技术实施例提供一种太阳能控制器，包括：采集器，用于采集光伏板输出电能的光伏发电电压；处理器，用于执行如第一方面任一项所述的太阳能输出控制方法。
23.第三方面，本技术实施例提供一种太阳能电源，包括：光伏板；如第二方面所述的太阳能控制器，所述太阳能控制器与所述光伏板电连接。
24.本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
25.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本技术较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1为一种现有太阳能发电系统的结构框图；
28.图2为本技术提供的一种太阳能输出控制方法的流程图；
29.图3为本技术实施例提供的一种串联输出环路的结构框图；
30.图4为本技术实施例提供的一种太阳能控制器的结构示意图；
31.图5为本技术实施例提供的一种太阳能电源的结构示意图。
32.图标：太阳能控制器200；采集器210；处理器220；太阳能电源300；光伏板310。
具体实施方式
33.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
34.请参阅图2，图2为本技术实施例提供的一种太阳能输出控制方法的流程图，太阳能输出控制方法包括：
35.s110，获取光伏板的光伏发电电压。
36.在太阳能发电系统中，光伏板用于将太阳光能转换为电能，即光伏板可以通过太阳光能产生电流并输出，光伏板的具体原理可以参考现有技术，在此不进行赘述。其中，光伏板输出的电能具有一定的电流值与电压值，本技术中分别记为初始输出电流和初始输出电压。
37.在本实施例中，可以使用初始输出电流和初始输出电压计算光伏板的发电功率，进而可以基于发电功率计算光伏发电电压。在一些实施例中，还可以直接采集光伏板的光伏发电电压，可以理解，光伏发电电压的获取过程有多种，具体实现过程可以参考现有技术，在此不进行赘述。
38.在光伏板将太阳能转化为电能输出至负载时，由于光伏板是持续转化太阳能，因此，在持续转化的过程中，太阳能能量采集情况以及光伏板对太阳能能量的转换效率受环境的影响，不同时间的环境可能不同，导致太阳能的采集与转化效率会发生变化，从而影响输出的电能。例如，在云遮挡时，光伏板对的太阳能采集较少，在温度较高时，光伏板将太阳能转化为电能的效率较低，因此，光伏板输出的电流也会发生变化。在转化后的电能超出设备负载上限时，如过流过压，可能会影响负载的正常使用，而电能转化较差时，可能无法满足负载的正常使用需求。例如，电能的电压不满足负载的额定电压，以及无法持续稳定的提供满足需求的电能等。
39.因此，针对不同时刻光伏板输出电能可能不同的情况，本技术实施例提供两种工作模式，分别记为第一工作模式和第二工作模式。第一工作模式用于将光伏发电电压控制为光伏板最大功率点对应的电压，第二工作模式用于控制输出光伏电压为预设阈值对应的电压。通过第一工作模式，可以在光伏板所处的环境较差，无法满足负载需求的情况下，使光伏板能够最大程度地输出电能。通过第二工作模式，可以限制光伏板输出的电能在预设阈值对应的电压，避免输出至负载的电能出现过流过压的情况。
40.其中，可以通过光伏板的初始输出电压从第一工作模式和第二工作模式中确定出目标工作模式。确定过程可以包括：获取光伏板的初始输出电压；基于初始输出电压和预设模式关系确定目标工作模式。
41.本实施例中，光伏板的初始输出电压可以在一定程度上表征光伏板当前的发电情况，因此，可以通过初始输出电压与工作模式之间的关系，确定目标工作模式。在一些其他的实施例，还可以通过初始输出电压与工作模式之间的关系确定目标工作模式，用户可以根据实际情况合理设置。
42.本实施例中，预设模式关系包括初始输出电压与工作模式之间关系。预设模式关系可以为预先设定的多个电压范围与每一电压范围对应的工作模式之间的关系，例如，预设模式关系可以包括：在确定初始输出电压在某一电压范围内时，确定工作模式为第一工作模式，在不重合的另一电压范围内时，确定工作模式为第二工作模式。
43.在一些实施例中，预设模式关系还可以包括预设阈值、初始输出电压与工作模式之间的关系，通过预设模式关系和初始输出电压确定目标工作模式包括：在确定初始输出电压小于预设阈值时，确定第一工作模式为目标工作模式；在初始输出电压大于等于预设阈值时，确定第二工作模式为所述目标工作模式。
44.本实施例中，预设阈值为一电压值，预设阈值的大小可以根据用户的需求合理设置，例如，用户可以根据负载设备的需求或其他条件进行设置，在此不进行赘述。
45.本实施例中，当初始输出电压小于预设阈值时，表征光伏板当前的发电情况无法满足用户的需求，此时，可以确定光伏板的最大功率点，并以该最大功率点对应的光伏发电电压作为控制输出电能的电压。
46.在第一工作模式中，获取光伏板的光伏发电电压，包括：获取光伏板的初始输出电压和初始输出电流；基于初始输出电压、初始输出电流和mppt法计算光伏板的最大功率点；基于最大功率点确定光伏发电电压。
47.mppt法包括登山法(又称“爬山法”)，登山法用于基于输出电压、输出电流计算最大功率点的方法，因此，在本实施例中，可以使用mppt法计算最大功率点，此时，可以将最大功率点对应的光伏发电电压，确定为控制光伏板输出电能的光伏发电电压。mppt法的具体实现原理以及最大功率点与光伏发电电压之间的关系可以参考现有技术，在此不进行赘述。
48.本实施例中，当初始输出电压大于等于预设阈值时，表征光伏板当前的发电情况较好，即光伏板采集的太阳能能量充足且光伏板对太阳能能量的转化效率较好，光伏板输出的电能可能会超过负载的需求，因此，可以基于预设阈值对应的电压值计算光伏发电电压，将计算得到光伏发电电压输入串联控制环路中，以控制输出的电能。
49.在上述过程中，对光伏板的初始输出电压和初始输出电流时持续获取的，因此，在确定目标工作模式时，可以根据实时的初始输出电压确定适于当前电能输出的目标工作模式。
50.例如，若在a时刻到c时刻的过程中，经历b时刻，若a时刻至b时刻的初始输出电压小于预设阈值，b时刻至c时刻的初始输出电压大于预设阈值，则在a时刻到b时刻时，将第一工作模式确定为目标工作模式，并根据第一工作模式进行工作，在b时刻至c时刻，将第二工作模式确定为目标工作模式，并根据第二工作模式进行工作。
51.可以理解，上述工作模式的切换过程中，是根据当前的初始输出电压确定，由此，工作模式之间的切换无较大延迟，在切换过程中不会出现阶跃与震荡，避免在延迟过程中出现电能输出过流、过压或电能不足等问题，提高电能输出的稳定性。
52.s120，基于光伏发电电压与预设的串联输出环路，控制光伏板输出至负载的电能。
53.本实施例中，负载可以为用电设备或存储电能的设备，如灯、电脑、蓄电池等。
54.请参阅图3，图3为本技术实施例提供的一种串联输出环路的结构框图。本实施例中，串联输出环路控制光伏板输出至负载的电能，其中，串联输出环路包括串联的输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环，这三个环可以称为控制环，分别用于控制电能的不同参数，具体地，输出光伏电压环用于控制光伏板输出至负载的输出光伏电压，使得控制输出电能的光伏电压大小为所需求的电压值；输出电压用于控制光伏板输出至负载的输出电压，使得控制输出电能的输出电压大小为所需求的电压值；输出电流环用于控制光伏板输出至负载的输出电流，使得控制输出电能的输出电流大小为所需求的电流值。
55.本实施例中，串联输出环路可以表现为算法、程序、指令集等软件形式，可以对输入值按预设的计算方式进行计算，得到输出结果。其中，串联输出环路可以运行在处理器上，串联输出环路也可以使用不同的运算器实现。
56.本实施例中，输出光伏电压环用于基于光伏发电电压计算输出光伏电压，将输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环串联之后，当前级的控制环的输出结果为下一级控制环的输入，从而使得对光伏板输出至负载的电能，其输出光伏电压、输出电压及输出电流之间存在相互限制的关系，通过限制输出电压可以实现控制输出电流，或实现通过限制输出电流控制输出电压，从而可以对输出的电能进行恒压限流控制。
57.一实施例中，输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环依次串联。
58.本实施例中，将输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环依次串联之后，可以将光伏发电电压输入输出光伏电压环，得到输出光伏电压；将输出光伏电压输入输出电压环，得到输出电压；将输出电压输入输出电流环，得到输出电流；基于输出电流控制光伏板输出至负载的电能。
59.其中，输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环可以分别包括一个运算器，输出光伏电压环中的运算器用于基于光伏发电电压计算输出光伏电压；输出电压环中的运算器用于基于输出光伏发电电压计算输出电压；输出电流环中的运算器用于基于输出电压计算输出电流。运算器的原理与实现方式可以参考现有技术，在此不进行赘述。
60.输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环可以分别设置不同的最大输出值，每一控制环的输出结果大于每一控制环对应的最大输出值时，控制电能以最大输出值进行输出，和/或将当前控制环的最大输出值作为下一控制环的输入以计算输出结果。示例性地，输出光伏电压环最大输出光伏电压为100v，而计算得到的输出光伏电压为110v时，将100v输出至输出电压环，输出电压环基于100v计算输出电压。
61.由此，用户可以通过控制串联输出环路的最大输出值，实现对光伏板输出值负载的电能进行控制。
62.其中，每一控制环路的最大输出值可以基于用户发送的配置指令进行配置。配置过程包括：接收配置指令，配置指令中包括对限制输出光伏电压、所述输出电压、输出电流中任意一者或多者的参数；基于配置指令对串联输出环路进行配置，得到配置后的串联输出环路。
63.本实施例中，配置指令可以是由与太阳能控制器通信连接的设备发出，或由用户在太阳能控制器上发出，配置指令的发出与获取可以有多种方式，在此不进行展开。
64.配置指令可以包括限制输出光伏电压、输出电压、输出电流中任意一者或多者的参数，即包括输出光伏电压、输出电压、输出电流中任意一者或多者的最大输出值。通过配置指令可以实现对最大输出值的修改，以使串联输出环路根据修改的最大输出值对光伏板输出至负载的电能进行控制。
65.一实施例中，对串联输出环路的调试过程可以包括：接收调试指令，调试指令包括调试对象及对调试对象对应的调试参数，调试对象为串联输出环路中输出光伏电压、输出电压环和输出电流环中的任意一者；基于调试指令对串联输出环路进行调试。
66.在对上述串联输出环路进行调试时，可以对每一控制环可以单独进行调试。具体地，用户可以选择任意一个控制环作为调试对象，并将调试参数输入该控制环中，得到调试参数对应的输出结果。由此，用户可以根据输出结果对该控制环进行调整。
67.例如，在对输出电压环进行调试时，可以将一个调试光伏电压输入该输出电压环中，得到输出电压，用户可以判断该输出电压是否与调试光伏电压对应的输出电压/输出电压范围是否匹配，从而确定是否对该输出电压环进行进一步地调整。
68.本技术实施例中，通过串联输出环路，可以对输出至负载的电能的输出光伏电压、输出电压、输出电流均进行控制，从而使得输出电能的光伏电压、输出电压、输出电流均可以满足负载需求，避免出现过流过压的情况，提高光伏板输出电能的稳定性，从而使得输出电能的动态响应能满足要求。
69.基于同一发明构思，本技术实施例提供一种太阳能控制器200，请参阅图4，图4为本技术实施例提供的一种太阳能控制器200的结构示意图，太阳能控制器200包括：采集器210和处理器220。
70.采集器210，用于与光伏板电连接，可以采集光伏板输出电能的初始输出电流和初始输出电压，在一些实施例中，采集器还可以采集光伏板输出电能的光伏发电电压。
71.处理器220，与采集器连接，处理器用于对光伏板输出至负载的电能进行控制。
72.一实施例中，处理器220可以用于：获取光伏板的光伏发电电压；基于光伏发电电压与预设的串联输出环路，控制光伏板输出至负载的电能；串联输出环路包括串联的输出光伏电压环、输出电压环和输出电流环；输出光伏电压环用于控制光伏板输出至负载的输出光伏电压；输出电压用于控制光伏板输出至负载的输出电压；输出电流环用于控制光伏板输出至负载的输出电流。
73.一实施例中，处理器220用于将光伏发电电压输入所述出光伏电压环，得到输出光伏电压；将输出光伏电压输入输出电压环，得到输出电压；将输出电压输入所述输出电流环，得到输出电流；基于输出电流控制光伏板输出至负载的电能。
74.一实施例中，处理器220用于基于初始输出电压和预设模式关系确定目标工作模式，预设模式关系包括初始输出电压与工作模式之间关系，目标工作模式为获取光伏发电电压的模式。
75.一实施例中，处理器220用于在确定初始输出电压小于预设阈值时，确定第一工作模式为目标工作模式，以及，在确定初始输出电压大于等于预设阈值时，确定第二工作模式为目标工作模式。
76.一实施例中，处理器220用于获取光伏板的初始输出电压和初始输出电流；基于初始输出电压、初始输出电流和mppt法计算光伏板的最大功率点；基于最大功率点确定所述
光伏发电电压。
77.一实施例中，处理器220用于基于配置指令对串联输出环路进行配置，得到配置后的串联输出环路。
78.一实施例中，处理器220用于接收调试指令，调试指令包括调试对象及对调试对象对应的调试参数，调试对象为串联输出环路中输出光伏电压、述输出电压环和输出电流环中的任意一者；基于调试指令对串联输出环路进行调试。
79.基于同一发明构思，本技术实施例还提供一种太阳能电源。
80.请参阅图5，图5为本技术实施例提供的一种太阳能电源的结构示意图。太阳能电源包括：光伏板310和太阳能控制器200。
81.光伏板310，用于采集太阳能并转换为电能。其中，光伏板310的具体结构与实现方式可以参考现有技术，在此不进行赘述。
82.太阳能控制器200，太阳能控制器可以执行上述太阳能控制方法，或可以为上述实施例中的太阳能控制器。
83.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。