一种功率优化器及智能光伏组件的制作方法

专利名称：一种功率优化器及智能光伏组件的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光伏发电技术领域，涉及一种光伏组件，尤其涉及一种功率优化器及智能光伏组件。
背景技术：
太阳照射地球每6个小时产生的能量就足以满足全球整整一年的能源需求，光伏发电的产量却不到世界能源产量的0.5%。凭借这笔免费的巨额绿色财富，将太阳能从新兴能源转变为主流能源面临着多方面的机遇和挑战。尽管来自太阳光照的能量巨大无比，但限于转换设备昂贵以及转换效率仍有待提高等原因，太阳能还无法得到有效的利用。目前传统能源价格持续攀升，这也给光伏发电的推广应用提供了机遇，而半导体技术的最新发展恰恰具有推动这种转变的能力。光伏电站是由光伏组件、接线盒、汇流箱、直流汇流柜、逆变器等主要功能模块组成，在光伏电站的投资中，光伏组件数量最大，占据总投资成本的50%以上。光伏电站的可靠运行和发电效率主要决定于光伏组件的输出效率。目前世界水平的光电转换效率在20% 以下，实验室最高效率达到35%。传统的太阳能电池组件一般是由若干个电池片通过串并联方式排列，引出端用防水接线盒并连接电缆与插头。光伏组件(俗称太阳能电池板)由太阳能电池板(整片的两种规格125* 125mm、156* 156mm)或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成。由于单片太阳能电池板的电流和电压都很小，所以将他们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管(防止电流回输)输出。两块电池板之间主要是靠连接电缆与相邻的电池板串联在一起的。电池板为了防止发生“热斑效应”都会在接线盒内安装旁路反偏二极管，该二极管的作用是当电池板被阴影遮挡时，该串电池板的电效应由“电源特性” 变为了“电阻特性”，这时二极管启动，将该“阴影电池串”从整个系统中隔离，起到了电气保护作用。如果没有安装该二极管，则受遮挡的电池板会快速发热，进而烧坏电池板、EVA^i 化互连带焊锡，最终造成整块电池板的不可恢复损坏。传统的智能光伏组件是将每个光伏电池板阵列并联后接入一个光伏防雷汇流箱，如图1所示，以保证太阳能电池板的整体发电功率稳定。目前全球绝大多数的电池组件都采用了这种旁路隔离保护技术，这种电池板旁路保护技术的优点是原理简单、制造方便、成本低；缺点是如果个别电池板发生“热斑效应”而二极管旁路隔离保护起作用，在该阵列串上的其他电池板会因为这块电池板而受“牵连”，使整个阵列串同其他串发生失配，大大降低光伏电站的发电效率。如何提高光伏阵列的整体发电效率，研究智能型光伏组件是目前业界刚刚兴起并迅速开始研究的课题。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种功率优化器，该功率优化器能够实时侦测被优化装置的输出电压，并追踪最大光伏发电功率值，使被优化装置以有效的最高功率工作；[0006]此外，本实用新型还提供一种智能光伏组件，该智能光伏组件充分利用了每块电池板优化后的发电功能，大大提高了光伏组件阵列的发电效率。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。一种功率优化器，与被优化装置相连，所述功率优化器包括用以调节电压的DC/DC 变换器、用以驱动DC/DC变换器的PWM驱动单元、用以控制PWM驱动单元的MPPT控制器、用以控制MPPT控制器的MCU、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元、用以供电的电源；所述DC/DC变换器与被优化装置的电压输出端相连；所述PWM驱动单元与所述 DC/DC变换器通信相连；所述MPPT控制器与所述PWM驱动单元通信相连；所述MCU与所述 MPPT控制器通信相连；所述采集单元与所述MCU通信相连；所述电源与MCU相连。作为本实用新型的一种优选方案，所述功率优化器还包括无线通信单元，所述无线通信单元与MCU通信相连。作为本实用新型的另一种优选方案，所述功率优化器还包括用以感应功率优化器温度的温度传感器，所述温度传感器与MCU通信相连。一种智能光伏组件，所述智能光伏组件包括若干个并联的光伏阵列串和一个DC/ AC转换器，所述若干个并联的光伏阵列串与所述DC/AC转换器串联；每个光伏阵列串均包括若干个串联的电池板，其中每个电池板均连接有一个功率优化器；所述功率优化器包括用以调节电压的DC/DC变换器、用以驱动DC/DC变换器的PWM驱动单元、用以控制PWM驱动单元的MPPT控制器、用以控制MPPT控制器的MCU、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元、用以供电的电源；所述DC/DC变换器与被优化装置的电压输出端相连；所述PWM驱动单元与所述DC/DC变换器通信相连；所述MPPT控制器与所述PWM驱动单元通信相连；所述MCU与所述MPPT控制器通信相连；所述采集单元与所述MCU通信相连；所述电源与MCU相连。作为本实用新型的一种优选方案，所述采集单元包括电流取样单元、电压取样单元和旁路通断开关单元，所述电流取样单元分别与电池板的输出端、DC/DC变换器的输出端、MCU的输入端相连，所述电压取样单元分别与电池板的输出端、DC/DC变换器的输出端、 MCU的输入端相连；所述旁路通断开关单元分别与电流取样单元、MCU通信相连。作为本实用新型的另一种优选方案，所述功率优化器还包括用以实现功率优化器与远程设备进行数据传输的无线通信单元，所述无线通信单元与MCU通信相连；所述无线通信单元为zigbee通信模块。作为本实用新型的再一种优选方案，所述功率优化器还包括用以感应功率优化器温度的温度传感器，所述温度传感器与MCU通信相连。本实用新型的有益效果在于本实用新型所述的功率优化器采用MPPT控制器实时侦测被优化装置的输出电压，并追踪最大光伏发电功率值，使被优化装置以有效的最高功率工作；功率优化器内增设了旁路通断开关单元，减小了功率损耗，提高了发电量。本实用新型的另一有益效果在于本实用新型所述的智能光伏组件实现了对各个电池板的智能化管理，该智能光伏组件充分利用了每块电池板优化后的发电功能，大大提高了光伏组件阵列的发电效率，使光伏阵列中尽管某些电池板出现失配问题，每块电池板仍然能输出最大的电力，极大降低了热斑问题的影响。
图1为传统的智能光伏组件的结构示意图。图2为本实用新型所述的功率优化器的结构示意图。图3为本实用新型所述的智能光伏组件中的结构示意图。主要组件符号说明0、光伏阵列串；1、功率优化器；2、电池板；11、DC/DC变换器；12、PWM驱动单元；13、MPPT控制器；14、MCU;15、采集单元；16、电源；17、温度传感器；18、无线通信单元； 3、DC/AC转换器。
具体实施方式
本实用新型所述的智能光伏组件是针对太阳能发电系统的应用技术，可有效提高太阳能发电系统的电能输出效率。即使并排的电池板部分区域被阴影遮蔽、出现碎片、或是电池板间兼容不良，本实用新型都可以充分发挥每一块太阳能光伏电池板的效率，令发电系统充分发挥最佳性能。目前市场上的太阳能发电装置会因为阴影遮蔽、电池板兼容不良或积藏污垢等多种问题而影响发电性能。例如，即使太阳能电池板上仅仅有一小部分被阴影遮蔽，系统所接收的太阳能也缩减一半。这个缺陷严重影响了太阳能发电装置的电能输出效率，甚至系统的设计及安装位置都受到了很大的限制。如果电池板被阴影遮蔽，太阳能发电系统甚至无法为屋内部分家电产品供电，用户也会由于无法享用到政府优惠政策而在高昂的使用成本前止步。本实用新型可挽回流失的高达50%以上的太阳能，进而将阴影等环境因素造成的经济影响降至最低；功率优化器可以确保太阳能发电系统的每一电池板都能各自独立操作，从而使系统可以输出最大的电能，可以兼容目前市场上各种结构的太阳能发电系统。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种功率优化器，其结构如图2所示，该功率优化器1包括用以调节电压的DC/DC变换器11、用以驱动DC/DC变换器的PWM驱动单元12、用以控制PWM驱动单元的MPPT控制器13、用以控制MPPT控制器的MCU 14、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元15、用以供电的电源16 ；所述DC/DC变换器11与被优化装置的电压输出端相连；所述PWM驱动单元12与所述DC/DC变换器11通信相连；所述MPPT控制器13与所述PWM驱动单元12通信相连；所述MCU 14与所述MPPT控制器13通信相连；所述采集单元15与所述MCU 14通信相连；所述电源16与MCU 14相连。所述功率优化器还包括无线通信单元18，所述无线通信单元18与MCU 14通信相连，用以实现功率优化器与远程设备的数据传输和指令控制。所述无线通信单元为zigbee 通信模块。所述功率优化器还包括用以感应功率优化器温度的温度传感器17，所述温度传感
5器17与MCU 14通信相连，进而实现对电池板的温度监控。所述无线通信单元还可以与远程报警设备或服务器通信相连，可以对电池板的工作状态进行实时远程监控，实现过压报警保护以及过温报警保护。本实施例所述的功率优化器采用MPPT控制器实时侦测被优化装置的输出电压，并追踪最高电压电流值，使被优化装置以有效的最高功率工作；功率优化器内增设了旁路通断开关单元，减小了功率损耗，提高了发电量。实施例二本实施例提供一种智能光伏组件，如图3所示，该智能光伏组件包括若干个并联的光伏阵列串0和一个DC/AC转换器3，所述若干个并联的光伏阵列串0与所述DC/AC转换器3相连；每个光伏阵列串0均包括若干个串联的电池板2，其中每个电池板2均连接有一个功率优化器1。所述功率优化器1包括最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT) (简称MPPT控制器)13、PWM驱动单元12、MCU 14、采集单元15、DC/DC变换器11 ；所述DC/ DC变换器11与电池板2通电相连，用以将电池板的输出电压进行调节后输出；所述PWM驱动单元12与DC/DC变换器11通信相连，用以驱动控制DC/DC变换器的电压调节；所述MPPT 控制器13与PWM驱动单元12通信相连，用以自动调节控制PWM驱动单元12的输出驱动信号；所述MCU 14与MPPT控制器13通信相连，用以向MPPT控制器13实时提供电池板的当前输出电压；所述采集单元15分别与电池板2、DC/DC变换器11、MCU 14通信相连，用以采样电池板的当前输出电压给MCU。所述采集单元15包括电流取样单元、电压取样单元和旁路通断开关单元；所述电流取样单元分别与电池板的输出端、DC/DC变换器的输出端、MCU的输入端相连；所述电压取样单元分别与电池板的输出端、DC/DC变换器的输出端、MCU的输入端相连；所述旁路通断开关单元分别与电流取样单元、MCU通信相连。旁路通断开关单元根据电流取样单元获取的采样电流大小控制电流在较低辐照度时从采集单元流过。本实用新型在原有的功率优化器基础上附加一个采集单元，根据采样电流的大小自动开关旁路，从而控制电流在较低辐照度时从旁路流过，减小功率损耗，在大规模的光伏发电系统中可以较大地提高发电量。本实用新型所述的智能光伏组件的工作原理为每个功率优化器均以最大功率点跟踪的方式自动控制调节与自身连接的电池板的输出电压和电流；当有电池板被部分或全部遮挡而无法正常发电时，功率优化器自动调节该被遮挡电池板的电压和电流，与此同时，该被遮挡的电池板所在的阵列串中的其他电池板的电压和电流也被功率优化器自动优化调节，从而保证整个阵列串的总输出电压不变。本实用新型所述的智能光伏组件实现了智能化电源管理，提高了太阳能系统中每一块或每一组光电板(即电池板)的发电量；它通过智能电源管理技术，使光伏阵列中尽管某些电池板出现失配问题，其它电池板仍然能输出最大的电力，避免了因功率不匹配造成功率失调；此外，本实用新型采用了内部旁路模式，减小了功率损耗，提高了发电量。本实用新型所述的智能光伏组件能够挽回高达50%的损失电量，明显优于其他太阳能系统。在应用中可以通过电流取样单元测量每个电池板的电流电压信号，通过MCU分析电流和电压，实时掌握每个电池板的工作状态，在出现发电功率出力不足的情况下，快速的具体分析到是哪一块电池板出现问题，加快故障处理；通过无线通信单元可以远程关闭电池板的电流输出；可以在进行检修或者出现极端故障的情况下，从电池板的输出上关闭整个光伏发电系统，避免出现电击伤人、加快光伏发电系统失火等极端情况的发生。本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求1.一种功率优化器，与被优化装置相连，其特征在于所述功率优化器包括用以调节电压的DC/DC变换器、用以驱动DC/DC变换器的PWM驱动单元、用以控制PWM驱动单元的 MPPT控制器、用以控制MPPT控制器的MCU、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元、用以供电的电源；所述DC/DC变换器与被优化装置的电压输出端相连；所述PWM 驱动单元与所述DC/DC变换器通信相连；所述MPPT控制器与所述PWM驱动单元通信相连；所述MCU与所述MPPT控制器通信相连；所述采集单元与所述MCU通信相连；所述电源与MCU 相连。
2.根据权利要求1所述的功率优化器，其特征在于所述功率优化器还包括无线通信单元，所述无线通信单元与MCU通信相连。
3.根据权利要求1所述的功率优化器，其特征在于所述功率优化器还包括用以感应功率优化器温度的温度传感器，所述温度传感器与MCU通信相连。
4.一种智能光伏组件，其特征在于所述智能光伏组件包括若干个并联的光伏阵列串和一个DC/AC转换器，所述若干个并联的光伏阵列串与所述DC/AC转换器串联；每个光伏阵列串均包括若干个串联的电池板，其中每个电池板均连接有一个功率优化器；所述功率优化器包括用以调节电压的DC/DC变换器、用以驱动DC/DC变换器的PWM驱动单元、用以控制 PWM驱动单元的MPPT控制器、用以控制MPPT控制器的MCU、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元、用以供电的电源；所述DC/DC变换器与被优化装置的电压输出端相连；所述PWM驱动单元与所述DC/DC变换器通信相连；所述MPPT控制器与所述PWM驱动单元通信相连；所述MCU与所述MPPT控制器通信相连；所述采集单元与所述MCU通信相连；所述电源与MCU相连。
5.根据权利要求4所述的智能光伏组件，其特征在于所述采集单元包括电流取样单元、电压取样单元和旁路通断开关单元，所述电流取样单元分别与电池板的输出端、DC/DC 变换器的输出端、MCU的输入端相连，所述电压取样单元分别与电池板的输出端、DC/DC变换器的输出端、MCU的输入端相连；所述旁路通断开关单元分别与电流取样单元、MCU通信相连。
6.根据权利要求4所述的智能光伏组件，其特征在于所述功率优化器还包括用以实现功率优化器与远程设备进行数据传输的无线通信单元，所述无线通信单元与MCU通信相连；所述无线通信单元为zigbee通信模块。
7.根据权利要求4所述的智能光伏组件，其特征在于所述功率优化器还包括用以感应功率优化器温度的温度传感器，所述温度传感器与MCU通信相连。
专利摘要本实用新型公开了一种功率优化器及智能光伏组件，该功率优化器包括用以调节电压的DC/DC变换器、用以驱动DC/DC变换器的PWM驱动单元、用以控制PWM驱动单元的MPPT控制器、用以控制MPPT控制器的MCU、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元、用以供电的电源；DC/DC变换器与被优化装置的电压输出端相连；PWM驱动单元与DC/DC变换器通信相连；MPPT控制器与PWM驱动单元通信相连；MCU与MPPT控制器通信相连；采集单元与MCU通信相连；电源与MCU相连。本实用新型的功率优化器能够实时侦测被优化光伏组件的输出电压和电流，并追踪最高功率输出值，使被优化的太阳能光伏组件装置以最高的发电效率工作。
文档编号H02N6/00GK202261101SQ201120375510
公开日2012年5月30日申请日期2011年9月30日优先权日2011年9月30日
发明者王俊峰申请人:上海大全赛奥法电气科技有限公司