一种可重构光伏电池系统的制作方法

本发明属于光伏电池系统领域，具体涉及一种可重构光伏电池系统。

背景技术：

1、随着环境污染和能源短缺问题的日益加重，绿色环保、可再生的光伏发电逐渐受到人们的关注。光伏电池有很多优点：光伏资源取之不尽，用之不竭且资源随处可得，可就近供电，避免电能损失。光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电能的转换，不存在机械磨损。光伏发电本身不使用燃料，不污染空气，不产生噪声，对环境友好。光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长。

2、然而，相比其他可再生能源，光伏发电容易受到外界环境的影响发生故障，如阴影、鸟粪等原因，光伏电池会出现输出电压降低，功率减小的情况，从而出现热斑现象。热斑现象是指当光伏组件中某一个电池被遮挡时，其短路电流小于其它组件的短路电流，就可能在某种情况下带上负电压，即其在电路中不再作为电源，而是作为负载消耗其他正常电池产生的功率，而且这些被消耗的功率会在故障组件上转换为热能，导致这一组件温度升高，当温度升高到一定程度就会烧毁组件表面的封装材料，甚至会烧坏单个光伏电池的物理结构。

3、国际上公认的避免热斑效应的方案都是为组件中的单体光伏电池并联上一个旁路二极管，一般来说，一个由36个单体光伏电池串联的商用光伏组件中，每18个单体光伏电池会并联上一个旁路二极管，当被遮挡局部带有负压而且其大小也达到二极管导通电压的时候，旁路二极管可以把被遮挡部分短路，使得只有很少的电流流过被遮挡部分电路，从而避免热斑效应带来的过热影响。

4、但是，并联二极管也存在缺点，首先大量的二极管带来了成本的增加，并且增加了功率的损耗。其次，对于低电压阵列，例如便携式光伏设备或者小型低电压阵列，并联二极管的偏置电压会对阵列的工作电压影响较大。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种可重构光伏电池系统。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、一种可重构光伏电池系统，包括：光伏电池组、buck/boost电路、缓冲吸收电路以及模式配置电路；

4、所述光伏电池组包括串联在一起的多个光伏电池，每个光伏电池均串联一个开关sr且并联一个开关sl；其中，断开任一光伏电池串联的开关sr并闭合该光伏电池并联的开关sl，该光伏电池从所述光伏电池组移出；

5、所述模式配置电路包括多个开关；所述光伏电池组、所述缓冲吸收电路以及所述buck/boost电路三者通过所述多个开关实现连接；

6、其中，通过配置各个所述开关sr、各个所述开关sl以及所述多个开关的导通与关断并配合所述buck/boost电路进行升压/降压/不工作，使得所述系统按照以下模式中的任意一种模式向负载输出电能：

7、光伏电池组直接输出的第一模式、光伏电池组直接输出且同时为缓冲吸收电路充电的第二模式、缓冲吸收电路升压输出的第三模式、光伏电池组和缓冲吸收电路直接串联输出的第四模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池串联输出的第五模式、缓冲吸收电路升压后和光伏电池组并联输出的第六模式，以及缓冲吸收电路和光伏电池组直接并联输出的第七模式。

8、在一个实施例中，所述缓冲吸收电路包括：缓冲电池和二极管d1；

9、所述模式配置电路，包括：开关s1、开关s2以及开关s3；

10、所述光伏电池组的正极连接开关s3的第一端和所述负载的正极；所述光伏电池组的负极连接开关s1的第一端、开关s2的第一端、开关s3的第二端以及所述二极管d1的负极；

11、所述缓冲电池的正极连接开关s1的第二端和所述buck/boost电路的第一端；所述缓冲电池的负极连接所述二极管d1的正极、所述buck/boost电路的参考地以及所述负载的负极；其中，所述buck/boost电路的第一端在所述buck/boost电路升压工作时为升压输入端，且在所述buck/boost电路的降压工作时为降压输出端；

12、所述buck/boost电路的第一端连接所述缓冲电池的正极和开关s1的第二端；所述buck/boost电路的第二端连接开关s2的第二端和开关s3的第二端；所述buck/boost电路的参考地连接所述缓冲电池的负极、所述二极管d1的正极以及所述负载的负极；其中，所述buck/boost电路的第二端在所述buck/boost电路升压工作时为升压输出端，且在所述buck/boost电路的降压工作时为降压输入端。

13、在一个实施例中，所述系统还包括：第一检测模块和控制模块；

14、所述第一检测模块，用于检测所述光伏电池组和所述缓冲电池的电性能指标；

15、所述控制模块，用于根据所述电性能指标控制所述系统按照所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式、所述第四模式、所述第五模式、所述第六模式或所述第七模式工作。

16、在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

17、当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关sr，并闭合所述故障光伏电池并联的开关sl；

18、当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且所述缓冲电池的电量充足时，控制所述系统按照所述第一模式向负载输出电能；

19、所述第一模式中，开关s1、开关s2、开关s3以及所有非故障光伏电池的开关sl均断开，所有非故障光伏电池的开关sr均闭合，所述buck/boost电路不工作。

20、在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

21、当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关sr，并闭合所述故障光伏电池并联的开关sl；

22、当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组能够以预定的正常功率输出、且所述缓冲电池的电量不足时，控制所述系统按照所述第二模式向负载输出电能；

23、所述第二模式中，开关s1、开关s2以及所有非故障光伏电池的开关sl均断开，所有非故障光伏电池的开关sr和开关s3均闭合，所述buck/boost电路降压工作。

24、在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

25、当根据所述电性能指标确定所有光伏电池均无法正常输出时，控制所述系统按照所述第三模式向负载输出电能；

26、所述第三模式中，所有sr开关、所有sl开关、开关s1以及开关s2均断开，开关s3闭合，所述buck/boost电路升压工作。

27、在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

28、当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关sr，并闭合所述故障光伏电池并联的开关sl；

29、当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值、且不低于预设的第二阈值时，控制所述系统按照所述第四模式向负载输出电能；其中，所述第一阈值高于所述第二阈值；

30、所述第四模式中，开关s2、开关s3以及所有非故障光伏电池的开关sl均断开，所有非故障光伏电池开关sr以及开关s1均闭合，所述buck/boost电路不工作。

31、在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

32、当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关sr，并闭合所述故障光伏电池并联的开关sl；

33、当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值时，控制所述系统按照所述第五模式向负载输出电能；

34、所述第五模式中，开关s1、开关s3以及所有非故障光伏电池的开关sl均断开，所有非故障光伏电池的开关sr以及开关s2均闭合，所述buck/boost电路升压工作。

35、在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

36、当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关sr，并闭合所述故障光伏电池并联的开关sl；

37、当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第二阈值且输出功率低于预设的第三阈值时，控制所述系统按照所述第六模式向负载输出电能；

38、所述第六模式中，开关s1、开关s2以及所有非故障光伏电池的开关sl均断开，所有非故障光伏电池的开关sr和开关s3均闭合，所述buck/boost电路升压工作。

39、在一个实施例中，所述控制模块，具体用于：

40、当根据所述电性能指标确定所述光伏电池组中有故障光伏电池时，断开所述故障光伏电池串联的开关sr，并闭合所述故障光伏电池并联的开关sl；

41、当根据所述电性能指标确定不包含故障光伏电池的光伏电池组的输出电压低于预设的第一阈值且不低于预设的第二阈值，且该光伏电池组的输出功率低于预设的第三阈值时，控制所述系统按照所述第七模式向负载输出电能；

42、所述第七模式中，开关s1、开关s2以及所有非故障光伏电池的开关sl均断开，所有非故障光伏电池的开关sr和开关s3均闭合，所述buck/boost电路不工作。

43、本发明提供的可重构光伏电池系统，通过断开任一光伏电池串联的开关sr并闭合该光伏电池并联的开关sl，即可将该光伏电池从光伏电池组移出，从而避免其作为负载消耗其他正常光伏电池产生的功率，有效避免了热斑效应，确保了系统的安全。其中，本发明将光伏电池从光伏电池组移出的旁路操作通过开关而不是二极管实现，不仅降低了系统的功率损耗，降低了资源浪费，且对系统的工作电压影响较小。此外，通过配置系统中开关的导通与关断并配合buck/boost电路进行升压/降压/不工作，使得系统可以按照不同的模式向负载输出电能，从而适配不同的场景，保证了系统的输出。

44、以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。