專利名稱：光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置及發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能光伏電池對蓄電池進行充電，蓄電池再通過逆變向電器提供電力。在由太陽能光伏對蓄電池充電過程中，為了避免蓄電池的過充、過放現(xiàn)象，必須利用控制器對太陽能光伏充電過程進行控制。現(xiàn)有的控制器在工作過程中，會截止太陽能光伏發(fā)電超過蓄電池額定充電電壓的部分。當太陽能光伏發(fā)電電壓低于蓄電池的充電電壓時，控制器也不會對蓄電池進行充電， 同時還會截止掉蓄電池最低放電電壓的部分。通常，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計是根據(jù)用戶的用電功率需要，結(jié)合太陽能光伏電池組件自身設計的標稱電壓、電流，依照光伏電站安裝地點的年平均太陽能量的輻照強度，進而實現(xiàn)最佳設計功率組合的標準光伏發(fā)電站。這些光伏發(fā)電站的總發(fā)電功率是以安裝地點的年平均日照強度、時間來設計的。以華北地區(qū)為例，設計適合光伏發(fā)電的年平均每天日照時間僅為3. 3個小時。太陽能光伏電池在一定的光譜范圍中都會產(chǎn)生光生伏達效應 (即為光伏發(fā)電效應)，但是發(fā)電效率會隨著光照輻射度的變化產(chǎn)生較大的差別。在春秋兩個季節(jié)，晴朗的天氣條件下基本在8:30-17:30之間都有一定的日照輻射強度，但由于早晨和下午的光照輻射強度較弱，光伏電池的光生伏達作用降低，產(chǎn)生的電壓、電流滿足不了太陽能光伏發(fā)電升壓逆變并網(wǎng)使用或者離網(wǎng)給儲能電池充電的需要。現(xiàn)有技術(shù)中，為了避免這些無效電能對逆變器、蓄電池及公共電網(wǎng)造成的危害，對于達不到光伏發(fā)電要求的全額足功率的光照輻射強度的發(fā)電電能，將被蓄電池的充放電控制器截止。由此，造成了全天幾乎一半時間的較弱日照輻射能量白白損失，降低了光伏發(fā)電的效率，導致很大的能源浪費。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置及發(fā)電系統(tǒng)，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，提高光伏發(fā)電的效率，避免能源浪費。本實用新型實施例提供一種光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，所述控制裝置用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池板和蓄電池組；所述蓄電池組包括若干個子蓄電池組；所述控制裝置包括若干個控制支路；所述控制支路與子蓄電池組一一對應；所述若干個子蓄電池組串聯(lián)，最后一級子蓄電池組的正極接所述太陽能電池板的正極，各級子蓄電池組的負極均通過一控制支路與太陽能電池板的負極相連；[0010]所述控制裝置，用于根據(jù)檢測得到的所述蓄電池組的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路，使得對應的子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。優(yōu)選地，所述控制裝置包括一電壓檢測單元、一處理單元和若干個控制支路；所述電壓檢測單元，用于檢測得到所述蓄電池組當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，發(fā)送至所述處理單元；所述處理單元，用于根據(jù)接收到的所述蓄電池組的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路；所述控制支路，用于控制一子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。優(yōu)選地，所述控制裝置還包括區(qū)間劃分單元，用于預先對所述太陽能電池板的電壓值進行區(qū)間劃分；所述處理單元，用于根據(jù)接收到的所述太陽能電池板的當前電壓所處的區(qū)間和所述蓄電池組的當前總蓄電電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路。優(yōu)選地，所述控制裝置還包括過充控制單元，用于當所述蓄電池組的當前總蓄電電壓大于額定電壓最高值時， 關(guān)斷所有的控制支路，使所有子蓄電池組均退出充電狀態(tài)。優(yōu)選地，所述控制裝置還包括過放控制單元，用于當所述太陽能電池板的當前電壓低于最低電壓值時，關(guān)斷所有的控制支路，使所有子蓄電池組均退出充電狀態(tài)。優(yōu)選地，所述控制支路包括第一電阻的一端接處理單元的輸出端，另一端接第一 NPN晶體管的基極；所述第一 NPN晶體管的發(fā)射極接地，集電極經(jīng)第二電阻接第二 PNP晶體管的基極；所述第二 PNP晶體管的發(fā)射極接工作電源，集電極經(jīng)第四電阻接第三NPN晶體管的基極；第三電阻接在所述第二 PNP晶體管的基極和發(fā)射極之間；所述第三NPN晶體管的發(fā)射極接地，集電極接第四NPN晶體管的基極和第五PNP 晶體管的基極；第五電阻接在所述第三NPN晶體管的基極和發(fā)射極之間；所述第四NPN晶體管的集電極接最后一級子蓄電池組的正極和第一穩(wěn)壓二極管的陽極；所述第一穩(wěn)壓二極管的陰極接太陽能電池板的正極；第六電阻接在所述第四NPN晶體管的基極和集電極之間；所述第四NPN晶體管的發(fā)射極和第五PNP晶體管的發(fā)射極短接，兩者的公共端經(jīng)第七電阻接第六PMOS晶體管的柵極和第二穩(wěn)壓二極管的陽極；所述第六PMOS晶體管的源極接第三發(fā)光二極管的陰極，所述第三發(fā)光二極管的陽極接與所述控制支路對應的子蓄電池組的負極；所述第五PNP晶體管的集電極、第六PMOS晶體管的漏極和第二穩(wěn)壓二極管的陰極短接后接所述太陽能電池板的負極。[0035]優(yōu)選地，所述處理單元采用ADUC845單片機。優(yōu)選地，所述電壓檢測單元包括蓄電池電壓檢測子單元，用于檢測得到所述蓄電池組當前總蓄電電壓，發(fā)送至所述處理單元；所述蓄電池電壓檢測子單元包括第三十電阻的一端作為所述蓄電池電壓檢測子單元的輸入端，接所述蓄電池組的正極；所述第三十電阻的另一端作為所述蓄電池電壓檢測子單元的輸出端，接所述處理單元的一輸入端；第三十一電阻和第一電容分別并聯(lián)接在所述蓄電池電壓檢測單元的輸入端和地之間；第七穩(wěn)壓二極管的陰極接所述蓄電池電壓檢測單元的輸入端，陽極接地。優(yōu)選地，所述電壓檢測單元包括所述電池板電壓檢測子單元，用于檢測得到所述太陽能電池板的當前電壓，發(fā)送至所述處理單元；所述電池板電壓檢測子單元包括第三十二電阻的一端接所述太陽能電池板的正極，所述第三十二電阻的另一端接第三十四電阻的一端；所述第三十四電阻的另一端接所述太陽能電池板的負極；所述第三十二電阻和第三十四電阻的公共端接第三十三電阻的一端，所述第三十三電阻的另一端作為所述電池板電壓檢測子單元的輸出端，接所述處理單元的一輸入端；第三十五電阻和第二電容分別并聯(lián)接在所述電池板電壓檢測子單元的輸入端和地之間。本實用新型實施例還提供一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池板、蓄電池組；所述蓄電池組包括若干個子蓄電池組；所述系統(tǒng)還包括所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置；所述控制裝置用于控制所述太陽能電池板對蓄電池組的充電。根據(jù)本實用新型提供的具體實施例，本實用新型公開了以下技術(shù)效果本實用新型實施例所述控制裝置，設置有對應于多個日光照射時段的控制支路， 各控制支路分別用于控制一子蓄電池組的充電與否。在不同日光照射時段，根據(jù)檢測得到的所述蓄電池組的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，通過各控制支路，對不同的子蓄電池組充電。本實用新型實施例，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，實現(xiàn)光伏電池的發(fā)電量隨著環(huán)境光照的變化呈階梯控制，最終將盡可能多的光照輻射能量轉(zhuǎn)化為電能。

圖1為本實用新型實施例的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實用新型實施例的控制支路的一種具體實施方式
結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實用新型實施例的蓄電池電壓檢測子單元結(jié)構(gòu)圖；[0056]圖4為本實用新型實施例的電池板電壓檢測子單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置、及光伏發(fā)電系統(tǒng)，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，提高光伏發(fā)電的效率，避免能源浪費。對于一天的不同時段，由于日照條件的不同，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力是隨之變化的，具體說明如下。當陽光的照度為18000勒克斯時，相當于華北地區(qū)春秋季節(jié)的上午10:00至下午 15:00期間，光伏發(fā)電站設計功率10KW，此時的日照條件在光伏發(fā)電的正常范圍內(nèi)，達到太陽能光伏電池發(fā)電的單組輸出觀伏的設計電壓，輸出功率為設計功率的93%，達到光電轉(zhuǎn)換正常足額給儲能蓄電池充電或通過逆變器輸入公共電網(wǎng)的要求。當陽光的照度為12000勒克斯時，相當于華北地區(qū)春秋季節(jié)的上午09: 00和下午 17:00左右，此時環(huán)境照度的輻射條件低于標準的日照條件，太陽能光伏電池發(fā)電的單組輸出發(fā)電電壓為18伏，輸出功率從為設計功率的60%，低于太陽能光伏電池的額定電壓，此時可以采用升壓控制系統(tǒng)，雖然有較大的功率損失，但是還是能夠達到給儲能蓄電池充電或通過逆變器輸入公共電網(wǎng)的最低要求的。當陽光的照度為5000勒克斯時，相當于華北地區(qū)春秋季節(jié)的上午08:00之前和下午18:00以后，環(huán)境照度輻射條件大大低于太陽能光伏電池發(fā)電的最低日照輻射條件的要求，但是光伏發(fā)電系統(tǒng)空載輸出電壓6伏，輸出功率僅為設計功率的20%，低于太陽能光伏發(fā)電電站的升壓并網(wǎng)或離網(wǎng)充電的最低使用要求。由于自身的發(fā)電功率整體過低，單獨利用升壓系統(tǒng)升壓不能夠維持系統(tǒng)發(fā)電的功率需要。在這種情況下，太陽能光伏電池所發(fā)出的能量總功率，無論是從電壓還是電流來看，都比較低或者不穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的控制狀態(tài)下， 控制器會認為該狀態(tài)為無效電壓，會將這部分電壓截止，不能給儲能蓄電池充電或通過逆變器輸入電網(wǎng)，造成這部分能源的浪費。本實用新型實施例所述裝置，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，在控制器內(nèi)設置有多個日光照射時段控制和充電電路，實現(xiàn)光伏電池的發(fā)電量隨著環(huán)境光照的變化呈階梯控制，最終將盡可能多的光照輻射能量轉(zhuǎn)化為電能。參照圖1，為本實用新型實施例的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，所述系統(tǒng)包括太陽能電池板1、光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置2、蓄電池組3。所述蓄電池組3包括若干個子蓄電池組；各子蓄電池組的額定電壓相同。所述控制裝置2包括若干個控制支路；所述控制支路與子蓄電池組一一對應。所述若干個子蓄電池組串聯(lián)，最后一級子蓄電池組的正極接所述太陽能電池板1 的正極，各級子蓄電池組的負極均通過一控制支路與太陽能電池板1的負極相連。所述控制裝置2，用于根據(jù)檢測得到的所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板1的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路，使得對應的子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。本實用新型實施例所述控制裝置2，設置有對應于多個日光照射時段的控制支路， 各控制支路分別用于控制一子蓄電池組的充電與否。在不同日光照射時段，根據(jù)檢測得到的所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板1的當前電壓，通過各控制支路， 對不同的子蓄電池組充電。本實用新型實施例，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，實現(xiàn)光伏電池的發(fā)電量隨著環(huán)境光照的變化呈階梯控制，最終將盡可能多的光照輻射能量轉(zhuǎn)化為電能。需要說明的是，所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓為所有子蓄電池組的總的蓄電電壓。如圖1所示，所述控制裝置2可以包括一電壓檢測單元21、一處理單元22和若干個控制支路。所述控制支路的數(shù)目與子蓄電池組的數(shù)目相同；一控制支路與一子蓄電池組一一對應，用于控制一子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。所述電壓檢測單元21，用于檢測得到所述蓄電池組3當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板1的當前電壓，發(fā)送至所述處理單元22。所述處理單元22，用于根據(jù)接收到的所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板1的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路，使得對應的子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。需要說明的是，本實用新型實施例中，所述控制裝置2還可以包括區(qū)間劃分單元，用于預先對所述太陽能電池板1的電壓值進行區(qū)間劃分.此時，對應的，所述處理單元22，可以根據(jù)接收到的所述太陽能電池板1的當前電壓所處的區(qū)間，結(jié)合所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路，為對應級數(shù)的子蓄電池組充電。具體的，可以根據(jù)該蓄電池組3包括的子蓄電池組的數(shù)目對所述太陽能電池板1 的電壓值進行區(qū)間劃分。例如，假設，所述蓄電池組3包括三個子蓄電池組，則可以將所述太陽能電池板1的電壓值劃分為三個區(qū)間。當然，在實際應用中，需要按照實際情況對所述太陽能電池板1的電壓值的區(qū)間進行劃分。假設，所述太陽能電池板1的電壓值最高值為^V，最低值為3. 2V，則可以設定其三個區(qū)間分別為大于14V ；小于14V且大于9. 6V ；小于9. 6V且大于3. 2V。以包括三個子蓄電池組為例進行說明。對應的，所述太陽能電池板1的電壓值被劃分為三個區(qū)間當檢測得到的太陽能電池板1的當前電壓處于第一區(qū)間(例如大于14V)時，可以認為此時陽光的照度輻射很強，可以同時為所有的子蓄電池組充電。此時，所述處理單元22 開通第一級子蓄電池組對應的控制支路，通過該控制支路使得第一級子蓄電池組的負極與太陽能電池板1的負極連通，由于最后一級子蓄電池組的正極與太陽能電池板1的正極相連，通過所有子蓄電池組構(gòu)成的串聯(lián)支路，使得所述太陽能電池板1為所有的子蓄電池組充電。當檢測得到的太陽能電池板的當前電壓處于第二區(qū)間(小于14V且大于9.6V)時，可以認為此時陽關(guān)的照度輻射低于標準條件，只能為部分子蓄電池組充電。此時，所述處理單元22開通第二級子蓄電池組對應的控制支路，通過該控制支路使得第二級子蓄電池組的負極與太陽能電池板1的負極連通，由于最后一級子蓄電池組的正極與太陽能電池板1的正極相連，通過第二級以后各子蓄電池組構(gòu)成的串聯(lián)支路，使得所述太陽能電池板1 為第二級以后的所有子蓄電池組充電。當檢測得到的太陽能電池板的當前電壓處于第三區(qū)間(小于9. 6V且大于3. 2V) 時，可以認為此時陽關(guān)的照度輻射較低，只能為一個子蓄電池組充電。此時，所述處理單元 22開通第三級子蓄電池組對應的控制支路，通過該控制支路使得第三級子蓄電池組的負極與太陽能電池板1的負極連通，由于最后一級子蓄電池組的正極與太陽能電池板1的正極相連，使得所述太陽能電池板1為第三級子蓄電池組充電。需要特別說明的是，當所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓大于其額定電壓最高值時，說明該蓄電池組當前處于充滿狀態(tài)，不需要進行充電，此時，需要使所有的子蓄電池組均退出充電狀態(tài)，即為對所述蓄電池組3的過充保護。對應的，本實用新型實施例所述控制裝置2，還可以包括過充控制單元，用于當所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓大于額定電壓最高值時，關(guān)斷所有的控制支路，使所有子蓄電池組均退出充電狀態(tài)。進一步的，當太陽能電池板1的當前電壓低于最低電壓值時，說明當前太陽能電池板1的電壓過低，不能繼續(xù)為蓄電池組3提供充電，此時，需要使所有的子蓄電池組均退出充電狀態(tài)，即為對太陽能電池板1的過放保護。對應的，本實用新型實施例所述控制裝置2，還可以包括過放控制單元，用于當所述太陽能電池1板的當前電壓低于最低電壓值時，關(guān)斷所有的控制支路，使所有子蓄電池組均退出充電狀態(tài)。本實用新型實施例中，所述蓄電池組3包括的子蓄電池組的數(shù)目，可以根據(jù)實際的需要具體設定。例如，當所述蓄電池組的總蓄電電壓為12V時，可以設置該蓄電池組包括三個子蓄電池組，每個子蓄電池組分別為4V;當所述蓄電池組的總蓄電電壓為24V時，可以設置該蓄電池組包括六個子蓄電電池組，每個子蓄電池組分別為4V ；當所述蓄電池組的總蓄電電壓為48V時，可以設置該蓄電池組包括十二個子蓄電電池組。在此不再一一詳述。參照圖2，為本實用新型實施例提供的控制支路的一種具體實施方式
結(jié)構(gòu)圖。如圖 2所示，以所述蓄電池組3包括三個子蓄電池組為例進行說明。對應的，所述控制裝置2包括三條控制支路，每條控制支路分別與一子蓄電池組相連，用于控制一子蓄電池組的充電與否。如圖2所示，所述蓄電池組包括第一子蓄電池組BTl、第二子蓄電池組BT2、第三子蓄電池組BT3。對應的，所述控制裝置2包括三條控制支路，每條控制支路分別用于控制一子蓄電池組的充電與否。如圖2所示，三個子蓄電池組依次串接，所述第三子蓄電池組BT3的正極接太陽能電池板的正極V+，各子蓄電池組的負極分別通過對應的控制支路接太陽能電池板的負極 V-。所述控制裝置2的處理單元(圖2中未示出)，根據(jù)接收到的所述蓄電池組的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路，使得對應的子蓄電池組進入充電狀態(tài)。如圖2所示，所述三條控制支路結(jié)構(gòu)相同，以第三控制支路為例進行說明。所述第三控制支路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一 NPN晶體管Q1、第二 PNP晶體管Q2、第三NPN晶體管Q3、第四NPN 晶體管Q4、第五PNP晶體管Q5、第六PMOS晶體管Q6、第一穩(wěn)壓二極管D1、第二穩(wěn)壓二極管 D2、第三發(fā)光二極管LED3。所述第一電阻Rl的一端接處理單元(圖2中未示出)的輸出端，另一端接所述第一 NPN晶體管Ql的基極。所述第一 NPN晶體管Ql的發(fā)射極接地，第一 NPN晶體管Ql的集電極經(jīng)第二電阻 R2接第二 PNP晶體管Q2的基極。所述第二 PNP晶體管Q2的發(fā)射極接工作電源Vcc，第二 PNP晶體管Q2的集電極經(jīng)第四電阻R4接第三NPN晶體管Q3的基極。所述第三電阻R3接在所述第二 PNP晶體管Q2的基極和發(fā)射極之間。所述第三NPN晶體管Q3的發(fā)射極接地，所述第三NPN晶體管Q3的集電極接所述第四NPN晶體管Q4的基極和第五PNP晶體管Q5的基極。所述第五電阻R5接在所述第三NPN晶體管Q3的基極和發(fā)射極之間。所述第四NPN晶體管Q4的集電極接第三子蓄電池組BT3的正極和第一穩(wěn)壓二極管Dl的陽極。所述第一穩(wěn)壓二極管Dl的陰極接太陽能電池板的正極V+。所述第六電阻R6接在所述第四NPN晶體管Q4的基極和集電極之間。所述第四NPN晶體管Q4的發(fā)射極和第五PNP晶體管Q5的發(fā)射極短接，兩者的公共端經(jīng)所述第七電阻R7接所述第六PMOS晶體管Q6的柵極和第二穩(wěn)壓二極管D2的陽極。所述第六PMOS晶體管Q6的源極接所述第三發(fā)光二極管LED3的陰極，所述第三發(fā)光二極管LED3的陽極接第三子蓄電池組BT3的負極。所述第五PNP晶體管Q5的集電極、第六PMOS晶體管Q6的漏極和第二穩(wěn)壓二極管 D2的陰極短接后接所述太陽能電池板的負極V-。圖2所示光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置2的工作原理為所述控制裝置2采集的到蓄電池組的當前總蓄電電壓(即為三個子蓄電池組當前的總蓄電電壓)和太陽能電池板的當前電壓。假設，將所述太陽能電池板1的電壓劃分為三個區(qū)間大于14V ；小于14V且大于 9. 6V ；小于9. 6V且大于3. 2V ；每個子蓄電池組的額定最高電壓為4V?；谛铍姵亟M的特性，為防止蓄電池組出現(xiàn)過充或過放現(xiàn)象，一般會為蓄電池組設定最高蓄電電壓和最低蓄電電壓。例如，可以設定其最高蓄電電壓不得高于其額定最高電壓的1. 2倍。以本實用新型實施例為例進行說明，每個子蓄電池組的額定最高電壓為4V， 則所述蓄電池組3的額定最高電壓為12V。此時，為防止該蓄電池組3出現(xiàn)過充現(xiàn)象，可以設定該蓄電池組的最高蓄電電壓不得高于14. 4V ；為防止該蓄電池組3出現(xiàn)過放現(xiàn)象，可以設定該蓄電池組的最低蓄電電壓不得低于4. 8V。當所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓大于14. 4V時，表明所述蓄電池組3當前為充滿狀態(tài)，不論所述太陽能電池板1的當前電壓為多少，蓄電池組3均不需要充電，此時，所述控制裝置2的過充控制裝置切斷三條控制支路，使蓄電池組3與太陽能電池板1分離。當所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓小于14. 4V時，表明所述蓄電池組3需要充電，此時，本實用新型實施例所述控制裝置2，能夠根據(jù)所述太陽能電池板1的當前電壓，階梯形的對不同級別的子蓄電池組進行充電。具體的，當所述太陽能電池板1的當前電壓大于14V時，說明此時陽光的照度輻射很強(例如陽光的照度為18000勒克斯時，相當于華北地區(qū)春秋季節(jié)的上午10:00至下午 15:00期間)，具備為整個蓄電池組3充電的條件，此時，所述控制裝置2導通第一控制支路，使得第一子蓄電池組BTl的負極與太陽能電池板1的負極相連，通過三個子蓄電池組構(gòu)成的串聯(lián)支路，所述太陽能電池板1為三個子蓄電池組BT1、BT2、BT3充電。具體的，如圖2所示，當所述太陽能電池板1的當前電壓大于14V時，所述處理單元輸出低電平至所述第一控制支路，使得第一控制支路的第一 NPN晶體管Q13截止、第二 PNP晶體管Q14截止、第三NPN晶體管Q15截止、第五NPN晶體管Q16截止、第四PNP晶體管Q17導通，從而使得第六PMOS晶體管Q18導通，所述第一子蓄電池組BTl的負極與太陽能電池板1的負極相連，所述太陽能電池板1為三個子蓄電池組BT1、BT2、BT3充電。當所述太陽能電池板1的當前電壓小于14V且大于9. 6V時，說明此時陽光的照度輻射低于標準日照條件(例如陽光的照度為12000勒克斯時，相當于華北地區(qū)春秋季節(jié)的上午09 00和下午17 00左右)，此時可以設計僅為兩個子蓄電池組充電，對應的，所述控制裝置2導通第二控制支路、關(guān)斷第一控制支路，使得第一子蓄電池組BTl的負極與太陽能電池板1的負極斷開、第二子蓄電池組BT2的負極與太陽能電池板1的負極相連，通過第二子蓄電池組BT2和第三子蓄電池組BT3構(gòu)成的串聯(lián)支路，所述太陽能電池板1為兩個子蓄電池組BT2、BT3充電。具體的，如圖2所示，當所述太陽能電池板的小于14V且大于9. 6V時，所述處理單元輸出高電平至所述第一控制支路，使得第一控制支路的第一 NPN晶體管Q13導通、第二 PNP晶體管Q14導通、第三NPN晶體管Q15導通、第五NPN晶體管Q16導通、第四PNP晶體管Q17截止，從而使得第六PMOS晶體管Q18截止，所述第一子蓄電池組BTl的負極與太陽能電池板1的負極斷開，所述太陽能電池板1不能再為三個子蓄電池組BT1、BT2、BT3充電；同時，所述處理單元輸出低電平至所述第二控制支路，使得第二控制支路的第一 NPN晶體管Q7截止、第二 PNP晶體管Q8截止、第三NPN晶體管Q9截止、第五NPN晶體管QlO截止、 第四PNP晶體管Qll導通，從而使得第六PMOS晶體管Q12導通，所述第二子蓄電池組BT2 的負極與太陽能電池板1的負極相連，所述太陽能電池板1為兩個子蓄電池組BT2、BT3充 H1^ ο當所述太陽能電池板1的當前電壓小于9. 6V且大于4. 8V時，說明此時陽光的照度輻射較低(例如陽光的照度為5000勒克斯時，相當于華北地區(qū)春秋季節(jié)的上午08:00 之前和下午18:00以后)，此時可以設計僅為一個子蓄電池組充電，對應的，所述控制裝置 2導通第三控制支路、關(guān)斷第二控制支路和第一控制支路，使得第一子蓄電池組BTl和第二子蓄電池組BT2的負極均與太陽能電池板1的負極斷開、第三子蓄電池組BT3的負極與太陽能電池板1的負極相連，所述太陽能電池板1為第三子蓄電池組BT3充電。具體的，如圖1所示，當所述太陽能電池板1的當前電壓小于9. 6V且大于4. 8V時，
11所述處理單元輸出高電平至所述第二控制支路，使得第二控制支路的第一 NPN晶體管Q7導通、第二 PNP晶體管Q8導通、第三NPN晶體管Q9導通、第五NPN晶體管QlO導通、第四PNP 晶體管Qll截止，從而使得第六PMOS晶體管Q12截止，所述第二子蓄電池組BT2的負極與太陽能電池板1的負極斷開，所述太陽能電池板1不能再為兩個子蓄電池組BT2、BT3充電； 同時，所述處理單元輸出低電平至所述第三控制支路，使得第三控制支路的第一 NPN晶體管Ql截止、第二 PNP晶體管Q2截止、第三NPN晶體管Q3截止、第五NPN晶體管Q5截止、第四PNP晶體管Q4導通，從而使得第六PMOS晶體管Q6導通，所述第三子蓄電池組BT3的負極與太陽能電池板1的負極相連，所述太陽能電池板1為第三子蓄電池組BT3充電。進一步的，為保證充電效率，在上述充電過程中，當所述太陽能電池板1的當前電壓小于3. 2V時，表明當前太陽能電池板電壓過低，不能為蓄電池組充電，此時，所述過放控制單元切斷三條控制支路，使蓄電池組3與太陽能電池板1分離。進一步的，為保證充電效率，在上述充電過程中，當所述蓄電池組3的當前總蓄電電壓大于14. 4V時，表明當前蓄電池組3處于充滿狀態(tài)，不需要充電，此時，所述過充控制單元切斷三條控制支路，使蓄電池組3與太陽能電池板1分離。本實用新型實施例所述控制裝置2，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，在控制裝置2內(nèi)設置有對應于多個日光照射時段的控制支路，通過在不同日光照射時段對不同的子蓄電池組充電，實現(xiàn)光伏電池的發(fā)電量隨著環(huán)境光照的變化呈階梯控制，最終將盡可能多的光照輻射能量轉(zhuǎn)化為電能。同時，本實用新型實施例所述控制裝置，能夠有效的保護蓄電池組，避免蓄電池組出現(xiàn)過充或過放現(xiàn)象，延長蓄電池組的使用壽命。本實用新型實施例中，所述處理單元22可以采用ADUC845單片機實現(xiàn)，可配有 640KB的非易失RAM數(shù)據(jù)存儲器，外擴鍵盤輸入，320X240點陣的圖形液晶顯示器進行漢字、圖形、曲線和數(shù)據(jù)顯示，超溫報警裝置等外圍電路。該ADUC845單片機預留R232接口， 能與PV機聯(lián)機，將現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)傳輸至PC機進一步處理、顯示、打印和存檔。其中，現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)包括所述蓄電池組3的實時總蓄電電壓和所述太陽能電池板1的實時電壓。本實用新型實施例中，通過所述電壓檢測單元21檢測得到所述蓄電池組3當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板1的當前電壓，并將檢測得到的電壓信號送入ADUC845單片機中，直接通過ADUC845單片機自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。由此，不再需要外接專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，大大簡化了外圍電路的設計，并且節(jié)省了成本。所述電壓檢測單元21可以包括蓄電池電壓檢測子單元和電池板電壓檢測子單兀。其中，所述蓄電池電壓檢測單元，用于檢測得到所述蓄電池組3當前總蓄電電壓， 發(fā)送至所述處理單元22。所述電池板電壓檢測子單元，用于檢測得到所述太陽能電池板1的當前電壓，發(fā)送至所述處理單元22。參照圖3，為本實用新型實施例的蓄電池電壓檢測子單元結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，所述蓄電池電壓檢測子單元包括第三十電阻R30、第三i^一電阻R31、第一電容Cl、第七穩(wěn)壓二極管D7。所述第三十電阻R30的一端作為所述蓄電池電壓檢測子單元的輸入端，接所述蓄電池組3的正極；所述第三十電阻R30的另一端作為所述蓄電池電壓檢測子單元的輸出端，接所述處理單元的一輸入端(如圖3中PCl所示，為所述ADUC845單片機的PCl管腳)。所述第三十一電阻R31和第一電容Cl分別并聯(lián)接在所述蓄電池電壓檢測單元的輸入端和地之間。所述第七穩(wěn)壓二極管D7的陰極接所述蓄電池電壓檢測單元的輸入端，陽極接地。所述蓄電池電壓檢測子單元，檢測得到所述蓄電池組當前總蓄電電壓，發(fā)送至所述處理單元。所述處理單元接收到所述蓄電池組當前總蓄電電壓后，對所述當前總蓄電電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)后，再根據(jù)所述當前總蓄電電壓，判斷得到所述蓄電池組的當前工作狀態(tài)。本實用新型實施例中，為了準確檢測得到任何時刻的蓄電池組3的總蓄電電壓， 采樣處的電壓需要小于IV，因此，采用IV的穩(wěn)壓二極管D7 ；所述第一電容Cl的作用是濾波。設定蓄電池組3的正端電壓為UBAT+，由圖3可知，檢測得到的蓄電池組3當前總蓄電電壓為Uout =-XU BAT+( 1 )
R31 + R30參照圖4，為本實用新型實施例的電池板電壓檢測子單元結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，所述電池板電壓檢測子單元包括第三十二電阻R32、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、 第三十五電阻R35、第二電容C2。所述第三十二電阻R32的一端接所述太陽能電池板1的正極，所述第三十二電阻 R32的另一端接所述第三十四電阻R34的一端。所述第三十四電阻R34的另一端接所述太陽能電池板1的負極。所述第三十二電阻R32和第三十四電阻R34的公共端接所述第三十三電阻R33的一端，所述第三十三電阻R33的另一端作為所述電池板電壓檢測子單元的輸出端，接所述處理單元的一輸入端(如圖3中ADC所示，為所述ADuC845單片機的ADC管腳)。所述第三十五電阻R35和第二電容C2分別并聯(lián)接在所述電池板電壓檢測子單元的輸入端和地之間。所述電池板電壓檢測子單元，檢測得到所述太陽能電池板1的當前總蓄電電壓， 發(fā)送至所述處理單元。由于太陽能電池板1與蓄電池組3不共地，對所述太陽能電池板1的電壓檢測就需要與蓄電池組3聯(lián)系起來。設太陽能電池板1的正極對地電壓為USUN+，負極對地電壓為 USUN_，這樣真正的太陽能電池板1的電壓為Usun = Usun+-Usun_(2)由于太陽能極板1的正極和蓄電池組3的正極通過一個穩(wěn)壓二極管相連(如圖2 所示)，所以有Usun Ubat+(3)設采樣到ADUC845單片機的ADC管腳處的電壓為US_QUT，由以上公式并按照圖4所示的電路，可得到[0148]Us OUT = R35x(2ubat+-USUN)( 4 )
s~OUT R34 + 2xR33 + 2xR35從而，ADuC845單片機通過對US_QUT的判斷，檢測出當前太陽能電池板1的電壓。本實用新型實施例所述光伏發(fā)電系統(tǒng)，設計了寬范圍的充放電控制裝置，能夠根據(jù)太陽能電池板在不同日照條件下的發(fā)電情況，包括正常足額發(fā)電、強光條件下的過發(fā)電以及弱光條件下的弱發(fā)電，有效的根據(jù)不同時段太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力，將得到的電能分門別類的進入若干個子蓄電池組進行充電，再將這些儲能子蓄電池組進行串并聯(lián)，最終若干個子蓄電池組以串聯(lián)方式達到標稱的發(fā)電電壓，以達到正常電網(wǎng)或者用電器件的工作電壓的要求，從而使得各個時段的光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電壓始終保持一致。具體的，本實用新型實施例中，將蓄電池組分為若干個子蓄電池組，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量達到正常額定電壓時，所述太陽能電池板對整個蓄電池組的所有子蓄電池組正常充電；當環(huán)境光照度降低，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量低于額定電壓時，控制裝置根據(jù)降低的不同電壓區(qū)間給所述蓄電池組中的部分子蓄電池組充電，由此，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，提高光伏發(fā)電的效率，避免能源浪費。以上對本實用新型所提供的一種光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置、 及光伏發(fā)電系統(tǒng)，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本實用新型的限制。
1權(quán)利要求1.一種光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池板和蓄電池組；所述蓄電池組包括若干個子蓄電池組；所述控制裝置包括若干個控制支路；所述控制支路與子蓄電池組一一對應； 所述若干個子蓄電池組串聯(lián)，最后一級子蓄電池組的正極接所述太陽能電池板的正極，各級子蓄電池組的負極均通過一控制支路與太陽能電池板的負極相連；所述控制裝置，用于根據(jù)檢測得到的所述蓄電池組的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路，使得對應的子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置包括一電壓檢測單元、一處理單元和若干個控制支路；所述電壓檢測單元，用于檢測得到所述蓄電池組當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，發(fā)送至所述處理單元；所述處理單元，用于根據(jù)接收到的所述蓄電池組的當前總蓄電電壓和所述太陽能電池板的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路；所述控制支路，用于控制一子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括區(qū)間劃分單元，用于預先對所述太陽能電池板的電壓值進行區(qū)間劃分； 所述處理單元，用于根據(jù)接收到的所述太陽能電池板的當前電壓所處的區(qū)間和所述蓄電池組的當前總蓄電電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括過充控制單元，用于當所述蓄電池組的當前總蓄電電壓大于額定電壓最高值時，關(guān)斷所有的控制支路，使所有子蓄電池組均退出充電狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括過放控制單元，用于當所述太陽能電池板的當前電壓低于最低電壓值時，關(guān)斷所有的控制支路，使所有子蓄電池組均退出充電狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置， 其特征在于，所述控制支路包括第一電阻的一端接處理單元的輸出端，另一端接第一 NPN晶體管的基極； 所述第一 NPN晶體管的發(fā)射極接地，集電極經(jīng)第二電阻接第二 PNP晶體管的基極； 所述第二 PNP晶體管的發(fā)射極接工作電源，集電極經(jīng)第四電阻接第三NPN晶體管的基極；第三電阻接在所述第二 PNP晶體管的基極和發(fā)射極之間；所述第三NPN晶體管的發(fā)射極接地，集電極接第四NPN晶體管的基極和第五PNP晶體管的基極；第五電阻接在所述第三NPN晶體管的基極和發(fā)射極之間；所述第四NPN晶體管的集電極接最后一級子蓄電池組的正極和第一穩(wěn)壓二極管的陽極；所述第一穩(wěn)壓二極管的陰極接太陽能電池板的正極； 第六電阻接在所述第四NPN晶體管的基極和集電極之間；所述第四NPN晶體管的發(fā)射極和第五PNP晶體管的發(fā)射極短接，兩者的公共端經(jīng)第七電阻接第六PMOS晶體管的柵極和第二穩(wěn)壓二極管的陽極；所述第六PMOS晶體管的源極接第三發(fā)光二極管的陰極，所述第三發(fā)光二極管的陽極接與所述控制支路對應的子蓄電池組的負極；所述第五PNP晶體管的集電極、第六PMOS晶體管的漏極和第二穩(wěn)壓二極管的陰極短接后接所述太陽能電池板的負極。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置， 其特征在于，所述處理單元采用ADuC845單片機。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，其特征在于，所述電壓檢測單元包括蓄電池電壓檢測子單元，用于檢測得到所述蓄電池組當前總蓄電電壓，發(fā)送至所述處理單元；所述蓄電池電壓檢測子單元包括第三十電阻的一端作為所述蓄電池電壓檢測子單元的輸入端，接所述蓄電池組的正極；所述第三十電阻的另一端作為所述蓄電池電壓檢測子單元的輸出端，接所述處理單元的一輸入端；第三十一電阻和第一電容分別并聯(lián)接在所述蓄電池電壓檢測單元的輸入端和地之間；第七穩(wěn)壓二極管的陰極接所述蓄電池電壓檢測單元的輸入端，陽極接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，其特征在于，所述電壓檢測單元包括所述電池板電壓檢測子單元，用于檢測得到所述太陽能電池板的當前電壓，發(fā)送至所述處理單元；所述電池板電壓檢測子單元包括第三十二電阻的一端接所述太陽能電池板的正極，所述第三十二電阻的另一端接第三十四電阻的一端；所述第三十四電阻的另一端接所述太陽能電池板的負極；所述第三十二電阻和第三十四電阻的公共端接第三十三電阻的一端，所述第三十三電阻的另一端作為所述電池板電壓檢測子單元的輸出端，接所述處理單元的一輸入端；第三十五電阻和第二電容分別并聯(lián)接在所述電池板電壓檢測子單元的輸入端和地之間。
10.一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池板、 蓄電池組；所述蓄電池組包括若干個子蓄電池組；所述系統(tǒng)還包括如權(quán)利要求1至9任一項所述的光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置；所述控制裝置用于控制所述太陽能電池板對蓄電池組的充電。
專利摘要本實用新型公開了一種光伏電池隨環(huán)境光照變化階梯發(fā)電的控制裝置，用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池板和包括若干個子蓄電池組的蓄電池組；控制裝置包括若干個子蓄電池組串聯(lián)，最后一級子蓄電池組的正極接太陽能電池板的正極，各級子蓄電池組的負極均通過一控制支路與太陽能電池板的負極相連；控制裝置用于根據(jù)檢測得到的蓄電池組的當前總蓄電電壓和太陽能電池板的當前電壓，開通或關(guān)斷相應的控制支路，使得對應的子蓄電池組進入或退出充電狀態(tài)。本實用新型還提供一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。采用本實用新型實施例，能夠充分利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在全天不同時段的日照條件下變化的發(fā)電特性，提高光伏發(fā)電的效率，避免能源浪費。
文檔編號H02N6/00GK202206330SQ20112020634
公開日2012年4月25日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者王占友, 王士元, 甄云云, 陳敬欣 申請人:英利能源(中國)有限公司