一種集成智能光伏發電組件及其方法
【專利摘要】本發明涉及一種集成智能光伏發電組件，同時提供一種光伏電池能量轉換的方法。集成智能光伏發電組件，包括光伏電池、DC-DC變換器、DC-AC逆變器、控制器、反并聯二極管，所述的光伏電池與反并聯二極管相連，反并聯二極管還與DC-DC變換器、DC-AC逆變器依次相連；所述的控制器與DC-DC變換器、DC-AC逆變器相連，用于控制DC-DC變換器、DC-AC逆變器。采用光伏電池組與反并聯二極管、DC-DC變換器、DC-AC逆變器并聯的結構，除了更好地解決電池組錯誤接入方式造成損壞之外，還能實現提高光伏系統的利用效率、降低陰影遮擋的影響、線路設計簡單、安裝方便、有效避免直流拉弧的危害等有益效果。
【專利說明】一種集成智能光伏發電組件及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能光伏發電領域，更具體地說，涉及一種集成智能光伏發電組件，同時提供一種光伏電池能量轉換的方法，適用于獨立光伏并網發電系統。
【背景技術】
[0002]在當今能源短缺的現狀下，太陽能作為一種可再生的能源，具有清潔、分布廣泛且取之不盡等優點，大力發展光伏發電對于緩解能源的短缺、環境污染以及人類的可持續發展具有重要的意義和具有巨大的發展潛力。
[0003]目前國內外的光伏組件都采用集中式的方式應用，發電效率易受光伏組件的不匹配特性影響，特別是光伏陰影遮擋，不僅極大地制約發電效率，還可能由于局部“熱斑”造成光伏發電系統不可靠。
[0004]現有解決方法有:
[0005](I)通過改變光伏組件的連接結構，將集中式系統改為串式或多串式系統，甚至采用直流模塊化結構；
[0006](2)研究陰影遮擋下多峰值曲線的MPPT算法；
[0007](3)通過變換輸出側電力電子變換裝置，即改變輸出的電壓、電流形式來提高效率和降低光伏陰影遮擋的影響。
[0008]例如，把單個光伏組件作為獨立電源的形式通過DC-DC變換器并對其進行單獨MPPT控制，或則通過微型逆變器的形式來把光伏組件構成獨立的發電系統，從而提高光伏系統的利用效率降低陰影遮擋的影響。
[0009]而外加變換器(DC-DC變換器、微型逆變器)在提高光伏組件利用效率的同時也有其不足之處，如要添加連接線路、接地回路、外殼和支架，不但增加成本，線路設計較復雜，安裝時間更長，特別存在直流拉弧的危害。
[0010]中國實用新型專利ZL201020625501.6公開了一種光伏發電裝置，包括PV源和逆變電路，所述光伏發電裝置還包括防反接電路、電壓檢測裝置以及控制器；所述防反接電路包括二極管、電阻以及開關，所述二極管與所述電阻串接形成第一支路，所述第一支路與所述開關并接，所述防反接電路還包括電容，所述電容與所述逆變電路并聯聯接后與所述開關串接；所述電壓檢測裝置用于檢測所述電容兩極的電壓；所述控制器與所述電壓檢測裝置電連接，并用于控制所述開關的開閉。本實用新型的光伏發電裝置可解決PV源反接時可能造成的損壞的問題。
[0011]上述實用新型專利的技術方案僅提供解決PV源反接時可能造成的損壞的問題，對于其他不足，諸如:光伏系統的利用效率低、陰影遮擋的影響大、線路設計復雜、安裝費時、存在直流拉弧的危害等不足等問題都仍然存在。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種提高光伏系統的利用效率、降低陰影遮擋的影響、線路設計簡單、安裝方便、有效避免直流拉弧的一種集成智能光伏發電組件，并提供了基于此裝置的光伏電池能量轉換的方法。
[0013]本發明的技術方案如下:
[0014]一種集成智能光伏發電組件，包括光伏電池、DC-DC變換器、DC-AC逆變器、控制器、反并聯二極管，所述的光伏電池與反并聯二極管相連，反并聯二極管還與DC-DC變換器、DC-AC逆變器依次相連；所述的控制器與DC-DC變換器、DC-AC逆變器相連，用于控制DC-DC變換器、DC-AC逆變器。
[0015]作為優選，所述的光伏電池具有多個串聯輸出接線端子，形成串聯電池組；反并聯二極管與串聯電池組的輸出線并聯。
[0016]作為優選，所述的光伏電池、DC-DC變換器、DC-AC逆變器、控制器、反并聯二極管集成在一塊電路上，形成集成電路。
[0017]作為優選，所述的集成電路置于光伏組件接線盒內。
[0018]作為優選，DC-AC逆變器輸出的電流經組件輸出接線端子輸出。
[0019]—種光伏電池能量轉換的方法，基于上述中任一項所述的集成智能光伏發電組件，步驟如下:
[0020]I)光伏電池與反并聯二極管并聯，反并聯二極管將電壓輸出至DC-DC變換器；
[0021]2) DC-DC變換器對反并聯二極管輸入的電壓進行變壓；
[0022]3 )經DC-DC變換器變換后的電壓輸出至DC-AC逆變器；
[0023]4) DC-AC逆變器對DC-DC變換器輸入的電壓進行逆變，成為交流電流；
[0024]5) DC-AC逆變器輸出的交流電流經輸出接線端子輸出。
[0025]作為優選，DC-DC變換器、DC-AC逆變器通過控制器進行控制。
[0026]本發明的有益效果如下:
[0027]采用光伏電池組與反并聯二極管、DC-DC變換器、DC-AC逆變器并聯的結構，除了更好地解決電池組錯誤接入方式造成損壞之外，還能實現提高光伏系統的利用效率、降低陰影遮擋的影響、線路設計簡單、安裝方便、有效避免直流拉弧的危害等有益效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明的結構示意圖；
[0029]圖2是本發明的實施例的具體結構示意圖；
[0030]圖3是本發明的控制器的結構示意圖；
[0031]圖中:I是光伏電池，2是反并聯二極管，3是DC-DC變換器，4是DC-AC逆變器，5是控制器。
【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖及實施例對本發明進行進一步的詳細說明。
[0033]如圖1所不,一種集成智能光伏發電組件,包括光伏電池1、DC_DC變換器3、DC_AC逆變器4、控制器5、反并聯二極管2，所述的光伏電池I與反并聯二極管2相連，反并聯二極管2還與DC-DC變換器3、DC-AC逆變器4依次相連；所述的控制器5與DC-DC變換器3、DC-AC逆變器4相連，用于控制DC-DC變換器3、DC-AC逆變器4。DC-AC逆變器4輸出的電流經組件輸出接線端子輸出。
[0034]所述的光伏電池I具有多個串聯輸出接線端子，形成串聯電池組；反并聯二極管2與串聯電池組的輸出線并聯。[0035]DC-DC變換器3的輸入與反并聯二極管2的輸出相連，DC-DC變換器3輸出為經變換器變換后的電壓。DC-DC變換器3輸出的直流電壓經DC-AC逆變器4變換成為合乎用戶需求的電壓電流。其中控制器5產生對于DC-DC變換器3和DC-AC逆變器4的控制信號，用于控制DC-DC變換器3和DC-AC逆變器4的開關器件。
[0036]所述的光伏電池1、DC-DC變換器3和DC-AC逆變器4、控制器5、反并聯二極管2集成在一塊電路上，形成集成電路。所述的集成電路置于光伏組件接線盒內。
[0037]本發明還提供了一種光伏電池I能量轉換的方法，基于所述的集成智能光伏發電組件，步驟如下:
[0038]I)光伏電池I與反并聯二極管2并聯，反并聯二極管2將電壓輸出至DC-DC變換器3 ；
[0039]2) DC-DC變換器3對反并聯二極管2輸入的電壓進行變壓；
[0040]3 )經DC-DC變換器3變換后的電壓輸出至DC-AC逆變器4 ；
[0041]4) DC-AC逆變器4對DC-DC變換器3輸入的電壓進行逆變，成為交流電流；
[0042]5) DC-AC逆變器4輸出的交流電流經輸出接線端子輸出。
[0043]在轉換過程中，DC-DC變換器3、DC-AC逆變器4的開關通過控制器5進行控制。
[0044]實施例具體由圖2和圖3進行詳細的電路結構和控制策略分析。
[0045]圖2是本發明提出一種集成智能光伏發電組件的主電路結構框圖。若干串聯光伏電池I組串聯輸出，每一個都并聯有反并聯二極管2。光伏電池I輸出側與DC-DC變換器3的輸入側直接相連，本例中的DC-DC變換器3采用Boost升壓變換器，其中續流二極管使用同一個半橋模塊的伴生橋臂。C1是光伏電池I輸出儲能電容，Cd。是DC-DC升壓后的儲能電容。經DC-DC變換器3升壓后，得到穩定的高直流電壓，然后經DC-AC逆變器4逆變器輸出符合要求的交流電。Lfa/Cfa，LfbZCfb, Lfc;/Cf。是二階載波濾波器器，濾除高頻PWM載波，獲得所需要的交流波形，最后通過連接器接入電網，完成從不規則的光伏直流電到電網或用戶需要的規定交流電。
[0046]圖3是本發明提出一種集成智能光伏發電組件的控制器5原理框圖，主要完成3個關鍵控制:
[0047](I)檢測光伏輸出的直流電壓Vpv和IPV，通過最大功率跟蹤算法(MPPT)，實現光伏電池I的最大功率輸出，算法獲得的控制信號直接作用于DC-DC變換器3，實現控制；
[0048](2)為了使得輸出交流電波形得到較好的控制，本發明的實例中還要維持DC-AC逆變器4輸入側的直流電壓穩定可調，實現的方式是通過采樣直流側電壓Vd。與系統設定的電壓值比較后的誤差值，通過調節器Gd。來給出控制信號/:;
[0049](3)對于DC-AC逆變器4的控制是先對要輸入的電網的電壓進行PLL鎖相環進行相位的提取，所得的相位信息與直流電壓調節量進行相位乘積，獲得的量作為輸出給定的電流值^與輸出電流采樣值is，經電流調節器Gls調節后作為電壓控制的參考值與采樣的電網電壓Vs比較及調節器Gvs控制后就是所需要PWM控制信號量。
[0050]經以光伏能量，直流側電壓和輸出電壓及電流的控制的三個環節的控制，就可以完成所需的控制任務。
[0051]上述實施例僅是用來說明本發明，而并非用作對本發明的限定。只要是依據本發明的技術實質，對上述實施例進行變化、變型等都將落在本發明的權利要求的范圍內。
【權利要求】
1.一種集成智能光伏發電組件，包括光伏電池、DC-DC變換器、DC-AC逆變器、控制器，其特征在于，還包括反并聯二極管，所述的光伏電池與反并聯二極管相連，反并聯二極管還與DC-DC變換器、DC-AC逆變器依次相連；所述的控制器與DC-DC變換器、DC-AC逆變器相連，用于控制DC-DC變換器、DC-AC逆變器的開關。
2.根據權利要求1所述的集成智能光伏發電組件，其特征在于，所述的光伏電池具有多個串聯輸出接線端子，形成串聯電池組；反并聯二極管與串聯電池組的輸出線并聯。
3.根據權利要求1所述的集成智能光伏發電組件，其特征在于，所述的光伏電池、DC-DC變換器、DC-AC逆變器、控制器、反并聯二極管集成在一塊電路上，形成集成電路。
4.根據權利要求3所述的集成智能光伏發電組件，其特征在于，所述的集成電路置于光伏組件接線盒內。
5.根據權利要求1所述的集成智能光伏發電組件，其特征在于，DC-AC逆變器輸出的電流經組件輸出接線端子輸出。
6.一種光伏電池能量轉換的方法，其特征在于，基于權利要求1至5中任一項所述的集成智能光伏發電組件，步驟如下: 1)光伏電池與反并聯二極管并聯，反并聯二極管將電壓輸出至DC-DC變換器； 2)DC-DC變換器對反并聯二極管輸入的電壓進行變壓； 3)經DC-DC變換器變換后的電壓輸出至DC-AC逆變器； 4)DC-AC逆變器對DC-DC變換器輸入的電壓進行逆變，成為交流電流； 5)DC-AC逆變器輸出的交流電流經輸出接線端子輸出。
7.根據權利要求6所述的光伏電池能量轉換的方法，其特征在于，DC-DC變換器、DC-AC逆變器的開關通過控制器進行控制。
【文檔編號】H02J3/38GK103683312SQ201210323829
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月4日 優先權日:2012年9月4日
【發明者】童立青, 孫耀杰, 林燕丹, 陳文良, 陳木輝, 陳達騰 申請人:文創科技股份有限公司