一種集成智能光伏發(fā)電組件及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成智能光伏發(fā)電組件，同時提供一種光伏電池能量轉(zhuǎn)換的方法。集成智能光伏發(fā)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(lián)二極管，所述的光伏電池與反并聯(lián)二極管相連，反并聯(lián)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(lián)二極管、DC-DC變換器、DC-AC逆變器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，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(xiàn)提高光伏系統(tǒng)的利用效率、降低陰影遮擋的影響、線路設(shè)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(fā)電組件及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種集成智能光伏發(fā)電組件，同時提供一種光伏電池能量轉(zhuǎn)換的方法，適用于獨立光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在當今能源短缺的現(xiàn)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(yōu)點，大力發(fā)展光伏發(fā)電對于緩解能源的短缺、環(huán)境污染以及人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義和具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br> [0003]目前國內(nèi)外的光伏組件都采用集中式的方式應(yīng)用，發(fā)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(fā)電效率，還可能由于局部“熱斑”造成光伏發(fā)電系統(tǒng)不可靠。
[0004]現(xiàn)有解決方法有:
[0005](I)通過改變光伏組件的連接結(jié)構(gòu)，將集中式系統(tǒng)改為串式或多串式系統(tǒng)，甚至采用直流模塊化結(jié)構(gòu)；
[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(cè)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(gòu)成獨立的發(fā)電系統(tǒng)，從而提高光伏系統(tǒng)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(shè)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(fā)電裝置，包括PV源和逆變電路，所述光伏發(fā)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(guān)，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(guān)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(lián)聯(lián)接后與所述開關(guān)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(guān)的開閉。本實用新型的光伏發(fā)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(shù)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(tǒng)的利用效率低、陰影遮擋的影響大、線路設(shè)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(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高光伏系統(tǒng)的利用效率、降低陰影遮擋的影響、線路設(shè)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(fā)電組件，并提供了基于此裝置的光伏電池能量轉(zhuǎn)換的方法。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0014]一種集成智能光伏發(fā)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(lián)二極管，所述的光伏電池與反并聯(lián)二極管相連，反并聯(lián)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(yōu)選，所述的光伏電池具有多個串聯(lián)輸出接線端子，形成串聯(lián)電池組；反并聯(lián)二極管與串聯(lián)電池組的輸出線并聯(lián)。
[0016]作為優(yōu)選，所述的光伏電池、DC-DC變換器、DC-AC逆變器、控制器、反并聯(lián)二極管集成在一塊電路上，形成集成電路。
[0017]作為優(yōu)選，所述的集成電路置于光伏組件接線盒內(nèi)。
[0018]作為優(yōu)選，DC-AC逆變器輸出的電流經(jīng)組件輸出接線端子輸出。
[0019]—種光伏電池能量轉(zhuǎn)換的方法，基于上述中任一項所述的集成智能光伏發(fā)電組件，步驟如下:
[0020]I)光伏電池與反并聯(lián)二極管并聯(lián)，反并聯(lián)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(lián)二極管輸入的電壓進行變壓；
[0022]3 )經(jīng)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(jīng)輸出接線端子輸出。
[0025]作為優(yōu)選，DC-DC變換器、DC-AC逆變器通過控制器進行控制。
[0026]本發(fā)明的有益效果如下:
[0027]采用光伏電池組與反并聯(lián)二極管、DC-DC變換器、DC-AC逆變器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，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(xiàn)提高光伏系統(tǒng)的利用效率、降低陰影遮擋的影響、線路設(shè)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(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明的實施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明的控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖中:I是光伏電池，2是反并聯(lián)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(jié)合附圖及實施例對本發(fā)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(fā)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(lián)二極管2，所述的光伏電池I與反并聯(lián)二極管2相連，反并聯(lián)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(jīng)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(lián)輸出接線端子，形成串聯(lián)電池組；反并聯(lián)二極管2與串聯(lián)電池組的輸出線并聯(lián)。[0035]DC-DC變換器3的輸入與反并聯(lián)二極管2的輸出相連，DC-DC變換器3輸出為經(jīng)變換器變換后的電壓。DC-DC變換器3輸出的直流電壓經(jīng)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(chǎn)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(guān)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(lián)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(nèi)。
[0037]本發(fā)明還提供了一種光伏電池I能量轉(zhuǎn)換的方法，基于所述的集成智能光伏發(fā)電組件，步驟如下:
[0038]I)光伏電池I與反并聯(lián)二極管2并聯(lián)，反并聯(lián)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(lián)二極管2輸入的電壓進行變壓；
[0040]3 )經(jīng)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(jīng)輸出接線端子輸出。
[0043]在轉(zhuǎn)換過程中，DC-DC變換器3、DC-AC逆變器4的開關(guān)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(jié)構(gòu)和控制策略分析。
[0045]圖2是本發(fā)明提出一種集成智能光伏發(fā)電組件的主電路結(jié)構(gòu)框圖。若干串聯(lián)光伏電池I組串聯(lián)輸出，每一個都并聯(lián)有反并聯(lián)二極管2。光伏電池I輸出側(cè)與DC-DC變換器3的輸入側(cè)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(xù)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(jīng)DC-DC變換器3升壓后，得到穩(wěn)定的高直流電壓，然后經(jīng)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(wǎng)，完成從不規(guī)則的光伏直流電到電網(wǎng)或用戶需要的規(guī)定交流電。
[0046]圖3是本發(fā)明提出一種集成智能光伏發(fā)電組件的控制器5原理框圖，主要完成3個關(guān)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(xiàn)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(xiàn)控制；
[0048](2)為了使得輸出交流電波形得到較好的控制，本發(fā)明的實例中還要維持DC-AC逆變器4輸入側(cè)的直流電壓穩(wěn)定可調(diào)，實現(xiàn)的方式是通過采樣直流側(cè)電壓Vd。與系統(tǒng)設(shè)定的電壓值比較后的誤差值，通過調(diào)節(jié)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(wǎng)的電壓進行PLL鎖相環(huán)進行相位的提取，所得的相位信息與直流電壓調(diào)節(jié)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(jīng)電流調(diào)節(jié)器Gls調(diào)節(jié)后作為電壓控制的參考值與采樣的電網(wǎng)電壓Vs比較及調(diào)節(jié)器Gvs控制后就是所需要PWM控制信號量。
[0050]經(jīng)以光伏能量，直流側(cè)電壓和輸出電壓及電流的控制的三個環(huán)節(jié)的控制，就可以完成所需的控制任務(wù)。
[0051]上述實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定。只要是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，對上述實施例進行變化、變型等都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集成智能光伏發(fā)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(lián)二極管，所述的光伏電池與反并聯(lián)二極管相連，反并聯(lián)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(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成智能光伏發(fā)電組件，其特征在于，所述的光伏電池具有多個串聯(lián)輸出接線端子，形成串聯(lián)電池組；反并聯(lián)二極管與串聯(lián)電池組的輸出線并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成智能光伏發(fā)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(lián)二極管集成在一塊電路上，形成集成電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成智能光伏發(fā)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(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成智能光伏發(fā)電組件，其特征在于，DC-AC逆變器輸出的電流經(jīng)組件輸出接線端子輸出。
6.一種光伏電池能量轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1至5中任一項所述的集成智能光伏發(fā)電組件，步驟如下: 1)光伏電池與反并聯(lián)二極管并聯(lián)，反并聯(lián)二極管將電壓輸出至DC-DC變換器； 2)DC-DC變換器對反并聯(lián)二極管輸入的電壓進行變壓； 3)經(jīng)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(jīng)輸出接線端子輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光伏電池能量轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，DC-DC變換器、DC-AC逆變器的開關(guān)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(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)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(chuàng)科技股份有限公司