一種光伏電源優化器及其優化方法
【專利摘要】本發明公開一種光伏電源優化器以及利用所述電源優化器優化的方法，所述電源優化器包括用于升壓或降壓的DC/DC單元、用于確定光伏陣列最大功率工作點的MPPT控制單元、用于測量輸入端電流和電壓的輸入檢測單元、用于測量輸出端電流和電壓的輸出檢測單元、為光伏電壓優化器提供工作電源的開關電源。通過輸入檢測單元和輸出檢測單元測量的數據，以及MPPT控制單元的運算分析，控制DC/DC單元實現輸出功率最大化，避免了由于遮擋造成光伏系統整體輸出功率下降這一問題。
【專利說明】一種光伏電源優化器及其優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能利用【技術領域】，尤其是涉及應用在光伏發電領域的光伏電源優化器。
【背景技術】
[0002]如今，很多安裝太陽能光伏系統的用戶已經意識到部分或間歇性的遮蔽會影響到系統的發電量。現在也安裝和即將安裝的太陽能系統，普遍采用的是集中式MPPT系統，由于陰影或其它因素造成的電池板不匹配會導致太陽能電池板中功率損耗不均勻，其中10%的陰影就可能導致所獲能源50%的損耗。
[0003]一些商業和住宅設施未能充分發揮其能源輸出的潛力，由于電池板不匹配導致能源輸出不理想，致使一些其他項目被放棄。從本質上講，存在固有空間利用不足和能源提供不足的問題。
[0004]在輻射、溫度以及其它電池參數統一的情況下，除了轉換效率差異之外，分布式MPPT和集中式MPPT的性能之間沒有差異。光伏系統在實際應用環境中，陣列中的個別或部分組件由于受到遮擋、塵土、鳥類糞便、各種天氣變化、陣列朝向、組件不一致性等造成系統整體輸出功率下降這一問題，采用集中式MPPT技術時，可能會導致更多的不均勻損失。集中式最大功率點跟蹤系統(MPPT)功能的標準并網配置，其中一個組列的兩個電池板被遮蔽。集中式MPPT無法設置直流電壓，因此無法令兩個組列的輸出功率都達到最大。在高直流電壓點(Ml)，MPPT使未遮蔽組列的輸出功率達到最大。在低直流電壓點(M2)，MPPT將使遮蔽組列的輸出功率達到最大:旁路二極管繞過遮蔽電池板，此組列的未遮蔽電池板將提供全量電流。陣列的多個MPP可能導致集中最大功率點跟蹤(MPPT)配置的額外損失，因為最大功率點跟蹤器可能得到錯誤信息停止在局部最大點處，并穩定在具有V-P特征的次優點。不同的案例研究和現場測試證明，部分遮蔽對光伏系統的發電量具有嚴重的影響。通過使用分布式MPPT控制可以減輕遮蔽對系統的不利影響。
[0005]分布式MPPT (DMPPT)功能，單獨補償每塊光伏板的輸出；而集中式MPPT方案則是對整個光電板陣列應用一個“最佳配合”的補償功能。由于不受相鄰模塊性能的影響，即便有一個模塊失效，每塊太陽能電池板的輸出功率仍可最大化，因此DMPPT是提高太陽能發電系統能源生產率最有前景的技術。
[0006]為了防止由于塵土、鳥類糞便、各種天氣變化、陣列朝向、組件不一致性等造成系統整體輸出功率下降這一問題，需要采用分布式的MPPT技術降低遮擋對于能量輸出的影響。

【發明內容】

[0007]本發明的目的，就是克服現有技術的不足，提供一種具有補償光伏板的輸出，避免電池板受相鄰模塊性能的影響，能夠在光伏陣列中個別電池板出現失配問題時，每塊電池板仍然能輸出最大的電力，盡可能降低失配帶來的發電量損失的光伏電源優化器極其優化方法。
[0008]為了達到上述目的，采用如下技術方案:
[0009]一種光伏電源優化器，包括為光伏電壓優化器提供工作電源的開關電源；用于升壓或降壓的DC/DC單元，其兩端分別連接光伏電源優化器的輸入端和輸出端；用于確定光伏陣列最大功率工作點的MPPT控制單元，其連接并控制DC/DC單元；用于測量輸入端電流和電壓的輸入檢測單元，測量數據反饋至MPPT控制單元；用于測量輸出端電流和電壓的輸出檢測單元，測量數據反饋至MPPT控制單元。
[0010]進一步地，所述電源優化器還包括用于與計算機通訊的組件狀態監視單元，其一端連接MPPT控制單元,另一端與計算機通訊連接。
[0011]進一步地，所述電源優化器還包括用于提供組件狀態監視單元溫度信息的溫度檢測單元。
[0012]進一步地，所述組件狀態監視單元為RS485通訊組件狀態監視單元。
[0013]一種利用光伏電源優化器優化光伏電源的方法，包括以下步驟:
[0014]輸入檢測單元測量光伏電源優化器輸入端的電流和電壓；
[0015]輸出檢測單元測量光伏電源優化器輸出端的電流和電壓；
[0016]MPPT控制單元根據輸入檢測單元測量的電流值和電壓值和輸出檢測單元測量的電流值和電壓值進行比較運算；
[0017]MPPT控制單元控制DC/DC單元，調整與光伏電源優化器連接的電池組件的輸出電壓和輸出電流，使電池組件輸出最大功率；
[0018]輸入檢測單元測量光伏電源優化器輸入端的電流值和電壓值，輸出檢測單元測量光伏電源優化器輸出端的電流值和電壓值通過組件狀態監視單元與計算機通訊，上傳至計算機。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0020]本發明具有補償光伏板的輸出，避免電池板受相鄰模塊性能的影響優點。通過每個電源優化器輸入檢測單元和輸出檢測單元檢測的數據，以及MPPT控制單元的運算分析，控制DC/DC單元實現輸出功率最大化。即便有一個電池組件失效，每塊太陽能電池板的電池組件輸出功率仍可最大化，解決個別或部分電池組件由于受到遮擋、塵土、鳥類糞便、各種天氣變化、陣列朝向、組件不一致性等造成系統整體輸出功率下降這一問題，針對陣列中的電池組件進行分布式MPPT跟蹤，優化輸出，使光伏發電系統系統維護更加高效的特點。
[0021]另外，每個電池組與電源優化器相連。MPPT控制單元采用最大限度提高各電池組件輸出功率的最大功率點算法。整個陣列中所有電池組件具有相同的輸出電流，極大減少了熱斑問題和采用內部旁路模式。每個電源優化器調節其輸出電壓以符合整體的總線電壓。結果是整個光伏系統將呈現具有單一最大功率點的1-V曲線，簡化中央逆變器的操作，并盡可能降低失配帶來的發電量損失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發明所述電源優化器結構示意圖。
[0023]圖示:I一電源優化器；2—DC/DC單元；3—輸入檢測單元；4一MPPT控制單元；5—輸出檢測單元；6—開關電源；7—組件狀態監視單元；8—溫度檢測單元。【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖以及具體實施方法來詳細說明本發明，在本發明的示意性實施及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0025]一種光伏電源優化器1，包括DC/DC單元2、輸入檢測單元3、MPPT控制單元4、輸出檢測單元5、開關電源6。
[0026]所述DC/DC單元2用于提高或降低光伏電源優化器I輸出端的電壓，其連接電源優化器I的輸入端和輸出端。MPPT控制單元4用于確定光伏陣列最大功率工作點，其連接并控制DC/DC單元2。開關電源6為電源優化器I提供工作電源。用于測量電源優化器I的輸入端電流和電壓的輸入檢測單元3 —端連接電源優化器I的輸入端，另一端與用于實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點的MPPT控制單元4連接。用于測量電源優化器I的輸出端的電流和電壓的輸出檢測單元5與用于實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點的MPPT控制單元4連接。輸入檢測單元3和輸出檢測單元5在電源優化器I的輸入端和輸出端分別測量其電流和電壓，并把該值傳送至MPPT控制單元4。MPPT控制單元4采用最大限度提高各光伏電源優化器輸出功率的最大功率點算法，通過比較輸入檢測單元3測量的輸入端的電流值、電壓值和輸出檢測單元5測量的輸出端的電流值、電壓值，進而控制DC/DC單元2，調整光伏電源中的電池組件的輸出電壓和電流,令光伏系統的電池組件達到最大的功率。
[0027]本發明還包括溫度檢測單元8，其與組件狀態監視單元7連接，把檢測到的溫度信息發送至組件狀態監視單元7。由于溫度變化時，會對太陽能板的峰值電壓產生影響，這些影響不可忽略。因此需要監控溫度變化對太陽能板的影響，否則會嚴重影響太陽能的轉化率。
[0028]本發明還包括組件狀態監視單元7。其與MPPT控制單元4連接。組件狀態監視單元7將輸入檢測單元2、輸出檢測單元3、溫度檢測單元8檢測的數據以及MPPT控制單元4運算得到的有關數據通過組件狀態監視單元7上傳給計算機。通過計算機分析，可以得到光伏電源的實時工作情況。作為優選，組件狀態監視單元7為RS485通訊組件狀態監視單元。本發明通過RS485接口和RS485網絡實現與計算機的通訊連接。除了通過RS485通訊組件狀態監視單元與計算機通訊連接外，還可以采用WIF1、CDMA或其它方式的無線連接。
[0029]利用本實施例所述的光伏電源優化器實現光伏電源優化采用以下步驟:
[0030]輸入檢測單元3測量光伏電源優化器輸入端的電流和電壓；
[0031]輸出檢測單元5測量光伏電源優化器輸出端的電流和電壓；
[0032]MPPT控制單元4根據輸入檢測單元測量的電流值和電壓值和輸出檢測單元測量的電流值和電壓值進行比較運算；
[0033]MPPT控制單元4控制DC/DC單元2，調整與光伏電源優化器I連接的電池組件的輸出電壓和輸出電流，使電池組件輸出最大功率；
[0034]輸入檢測單元3測量光伏電源優化器輸入端的電流值和電壓值，輸出檢測單元5測量光伏電源優化器輸出端的電流值和電壓值通過組件狀態監視單元7與計算機通訊，數據上傳至計算機。
【權利要求】
1.一種光伏電源優化器，其特征在于包括: 為光伏電壓優化器提供工作電源的開關電源； 用于升壓或降壓的DC/DC單元，其兩端分別連接光伏電源優化器的輸入端和輸出端； 用于確定光伏陣列最大功率工作點的MPPT控制單元，其連接并控制DC/DC單元； 用于測量輸入端電流和電壓的輸入檢測單元，測量數據反饋至MPPT控制單元； 用于測量輸出端電流和電壓的輸出檢測單元，測量數據反饋至MPPT控制單元。
2.根據權利要求1所述的光伏電源優化器，特征在于:所述電源優化器還包括用于與計算機通訊的組件狀態監視單元，其一端連接MPPT控制單元，另一端與計算機通訊連接。
3.根據權利要求1所述的光伏電源優化器，特征在于:所述電源優化器還包括用于提供組件狀態監視單元溫度信息的溫度檢測單元。
4.根據權利要求2所述的光伏電源優化器，特征在于，所述組件狀態監視單元為RS485通訊組件狀態監視單元。
5.一種利用光伏電源優化器優化光伏電源的方法，其特征在于包括以下步驟: 輸入檢測單元測量光伏電源優化器輸入端的電流和電壓； 輸出檢測單元測量光伏電源優化器輸出端的電流和電壓； MPPT控制單元根據輸入檢測單元測量的電流值和電壓值和輸出檢測單元測量的電流值和電壓值進行比較運算； MPPT控制單元控制DC/DC單元，調整與光伏電源優化器連接的電池組件的輸出電壓和輸出電流，使電池組件輸出最大功率； 輸入檢測單元測量光伏電源優化器輸入端的電流值和電壓值，輸出檢測單元測量光伏電源優化器輸出端的電流值和電壓值通過組件狀態監視單元與計算機通訊，上傳至計算機。
【文檔編號】H02S40/30GK103516304SQ201210201633
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月18日 優先權日:2012年6月18日
【發明者】馮亮, 李劍輝 申請人:廣東旭粵新能源科技有限公司