專利名稱：太陽能電池光伏變陣調(diào)整輸出控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能技術(shù)領(lǐng)域，確切地說是一種太陽能電池光伏變陣調(diào)整輸出控制方法。
背景技術(shù)：
能源是人類賴于生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類對能源的需求越來越大，尤其在日本爆發(fā)核危機以后，清潔能源更被人類所青睞，利用太陽能發(fā)電已成為當今世界各國密切關(guān)注的問題，光伏電池的開發(fā)利用使太陽能的發(fā)展進入了一個新的 階段。然而在實際的生產(chǎn)和生活中，由于受轉(zhuǎn)換率低等技術(shù)上原因所產(chǎn)生的高成本問題的困擾，阻礙了光伏電池的發(fā)展。對于一般常用的晶體硅光伏電池組件，輸出功率一般與光照強度成線性關(guān)系，光照強度越大組件輸出功率也越大，反之亦然。溫度對光伏電池輸出電壓也有著較大影響，當太陽光照強度、溫度發(fā)生較大的變化時，光伏組件的伏安特性曲線將發(fā)生較大的變化，這種變化對光伏系統(tǒng)的控制會產(chǎn)生不利的影響，這樣將會有以下幾個問題出現(xiàn)
I.由于伏安特性曲線發(fā)生較大的變化，光伏組件的最大輸出功率點將發(fā)生較大的變化，那么給最大功率點跟蹤帶來了較大的難度，很難實現(xiàn)穩(wěn)定及精確的跟蹤。2.當太陽光照強度降低到一定程度的時候，光伏陣列輸出功率就會很低，甚至光伏系統(tǒng)將會停止工作。3.若光照強度變化較快，也會使整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本專利的是將原有的固定式太陽能電池陣列，改變成由單位太陽能電池構(gòu)成的可變式陣列動態(tài)可變式陣列，這種可變式陣列稱為太陽能大系統(tǒng)陣列。大系統(tǒng)陣列由若干個太陽能陣列子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)是由若干個單位太陽能電池連接而成。在太陽能大系統(tǒng)陣列和控制器之間，設(shè)計一個變陣控制器。當光照強度較好時，各子系統(tǒng)獨立工作。當光照強度降低到一定程度或溫度發(fā)生較大變化時，變陣控制器將根據(jù)目前負載的容量和系統(tǒng)所需求的開路電壓和閉路電流的要求，利用變陣算法給出重組方案，其再根據(jù)此重組信號對各子系統(tǒng)進行系統(tǒng)重組，改變了大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點在于當光伏陣列輸出(功率、電流、電壓)發(fā)生改變時，本發(fā)明中所設(shè)計的“變陣控制器”將根據(jù)當前光伏電池的能量輸出和目前負載需求，利用變陣算法給出光伏陣列各個子系統(tǒng)之間的重組關(guān)系矩陣，同時利用變陣控制器完成各個子系統(tǒng)的重組，重組的大系統(tǒng)輸出電流和電壓保持在一定范圍內(nèi)，這樣既延長了發(fā)電系統(tǒng)的工作時間，又保證了最大功率點跟蹤的精度與穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明為動態(tài)可變式光伏陣列發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是變陣算法流程圖。其中，I為單位太陽能電池，2為太陽能陣列子系統(tǒng)，3為太陽能大系統(tǒng)陣列，4為變陣控制器，5為控制器，6為蓄電池(或負載)。
具體實施例方式 本發(fā)明是由太陽能大系統(tǒng)陣列3、變陣控制器4、控制器5、蓄電池(或負載)6依次連接而成，其特征在于將原有的固定式太陽能電池陣列，改變成由單位太陽能電池I構(gòu)成的可變式陣列重組連接模塊，這種可變式陣列稱為太陽能大系統(tǒng)陣列，它是由若干個太陽能陣列子系統(tǒng)2組成，每個子系統(tǒng)是由若干個單位太陽能電池I連接而成。大系統(tǒng)陣列由多個可以獨立發(fā)電的可變式子系統(tǒng)陣列組成，每個子系統(tǒng)都是由相同的太陽能電池單元連接構(gòu)成的。在正常的光照強度和溫度下太陽能電池陣列的各個子系統(tǒng)獨立工作，光照強度較弱時或溫度發(fā)生較大變化時，變陣控制器對各個子系統(tǒng)按循序進行重組，使重組后的大系統(tǒng)中部分子系統(tǒng)繼續(xù)工作。具體地說，當光照強度、溫度變化時，各子系統(tǒng)輸出電壓、電流將發(fā)生變化。此時，根據(jù)各子系統(tǒng)當前電壓、電流的輸出情況及負載所需功率，變陣控制器利用變陣算法給出太陽能電池陣列的各個子系統(tǒng)的重組連接矩陣(即重組方案)，根同時變陣控制器根據(jù)此重組鏈接矩陣來完成各個子系統(tǒng)的重組，重組后的大系統(tǒng)輸出功率就會滿足負載所需功率。太陽能大系統(tǒng)陣列3由多個可以獨立發(fā)電的可變式子系統(tǒng)陣列組成，每個子系統(tǒng)是由若干個單位太陽能電池連接而成。I.見附圖I動態(tài)可變式光伏陣列發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。2.見附圖2變陣算法流程圖。3.以下為光伏子系統(tǒng)連接方式的數(shù)學符號表達及變陣算法
數(shù)學符號
子系統(tǒng)連接矩陣2，在矩陣j中元素用分別為1，0，-I)代表第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池的連接關(guān)系。用表示第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池串聯(lián)關(guān)系；用-I”第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池并聯(lián)關(guān)系；用“％=0”第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池無連接關(guān)系；子系
統(tǒng)連接矩陣=0表示單元太陽能電池自身無連接關(guān)系。算法及重組步驟
I、初值設(shè)定M分別為單位太陽能電池開路電壓變化參數(shù)和閉路電流變化參數(shù)，均為適當定值。2、實時檢測單位太陽能電池的開路電壓1/_和4，實時檢測目前負載所需電壓 和所需電流強度。3、若當前單位太陽能電池開路電壓變化和閉路電流變化Alat,滿足
，進行步驟4)，否則返回2)。、根據(jù)負載所需電壓■^和所需電流強違//以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤原理，確定目前太陽能陣列應(yīng)達到的開路電壓CL'和閉路電流4'。
權(quán)利要求
1.太陽能電池光伏變陣調(diào)整輸出控制方法，由太陽能大系統(tǒng)陣列、變陣控制器、控制器、蓄電池或負載依次連接而成，其特征在于將原有的固定式太陽能電池陣列，改變成由單位太陽能電池(I)構(gòu)成的可變式陣列重組連接模塊，這種可變式陣列稱為太陽能大系統(tǒng)陣列，由若干個太陽能陣列子系統(tǒng)(2)組成，每個子系統(tǒng)是由若干個單位太陽能電池連接而成，在太陽能大系統(tǒng)陣列(3)和控制器(5)之間連接一個變陣控制器(4)，在正常的光照強度和溫度下太陽大系統(tǒng)陣列的各個子系統(tǒng)獨立工作，當光照強度發(fā)生較大變化時，各個子系統(tǒng)的輸出將發(fā)生較大變化，甚至會使子系統(tǒng)輸出功率不能滿足負載所需，這時根據(jù)各子系統(tǒng)當前電壓、電流的輸出情況及負載所需功率，變陣控制器利用變陣算法分析出重組方案，并實現(xiàn)對太陽能各子系統(tǒng)的重組，重組后的大系統(tǒng)陣列(3)輸出將會滿足負載所需功率，使得整個光伏系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池光伏變陣調(diào)整輸出控制方法，其特征在于太陽能大系統(tǒng)陣列(3)由多個可以獨立發(fā)電的可變式子系統(tǒng)陣列組成，每個子系統(tǒng)是由若干個單位太陽能電池連接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池光伏變陣調(diào)整輸出控制方法，其特征在于變陣算法如下用矩陣j中元素(分別為1，0，-1)代表第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池的連接關(guān)系 用《f=l表示第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池串聯(lián)關(guān)系；用“％=-I”第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池并聯(lián)關(guān)系；用“％ = 0”第i個單元太陽能電池與第j個單元太陽能電池無連接關(guān)系；子系統(tǒng)連接矩陣=O表示單元太陽能電池自身無連接關(guān)系； 算法及重組步驟.1、初值設(shè)定Af/、M分別為單位太陽能電池開路電壓變化參數(shù)和閉路電流變化參數(shù)、，均為適當定值；.2、實時檢測單位太陽能電池的開路電壓!/ 和/ ，實時檢測目前負載所需電壓％和所需電流強度谷;. 3、若當前單位太陽能電池開路電壓變化^ /_和閉路電流變化Δ/ ，滿足ΔΙ/_>ΔΙ/或Δ/ >Μ ,進行步驟4)，否則返回2);.4、根據(jù)負載所需電壓 //和所需電流強度i/，以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤原理，確定目前太陽能陣列應(yīng)達到的開路電壓I·和閉路電流< ；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池光伏變陣調(diào)整輸出控制方法。它能延長了發(fā)電系統(tǒng)的工作時間，又保證最大功率點跟蹤的精度與穩(wěn)定性。它由太陽能大系統(tǒng)陣列、變陣控制器、控制器、蓄電池或負載依次連接而成，將原有的固定式太陽能電池陣列，改變成由單位太陽能電池構(gòu)成的可變式陣列重組連接模塊，在可變式陣列和控制器之間連接一個變陣控制器，當光照強度發(fā)生較大變化時，根據(jù)各子系統(tǒng)當前電壓、電流的輸出情況及負載所需功率，變陣控制器利用變陣算法分析出重組方案，并實現(xiàn)對太陽能各子系統(tǒng)的重組，重組后的大系統(tǒng)陣列輸出將會滿足負載所需功率，使得整個光伏系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定工作。
文檔編號H02N6/00GK102624284SQ20111011383
公開日2012年8月1日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者劉子平, 常林杰, 王福忠, 辛健, 郭一珂 申請人:沈陽建筑大學