一种提供稳定输出电压的光伏优化器及其应用的制作方法

1.本发明属于光伏发电技术领域，特别涉及一种提供稳定输出电压的光伏优化器及其应用。


背景技术：

2.近年来，为了应对化石能源日益枯竭、环境污染以及气候变化等问题，光伏发电技术正在成为各国研究和利用的重点。由于光伏发电受外界环境的影响较大，为了提高光伏电池的发电效率，引入了最大功率点跟踪（maximum power point tracking，简称为mppt）技术，使光伏电池获得最大功率输出。
3.当前光伏发电系统的一个弊端在于：光伏所发直流电通常会通过逆变器转化为交流市电，当负荷为直流负荷时，需要将交流市电再次转化为直流电为负荷供电。除去逆变器等昂贵设备的额外支出外，其供电方案本身也因为多次电能转换导致用电效率的降低。
4.针对上述问题，中国专利文献cn 109193777 a“一种功率优化器以及光伏发电系统”提出了一种改进方案，其工作原理为：设置一个阙值，将第一电参量与阙值进行比较从而改变变换器的工作模式（功率变换模式或直通模式）；功率优化器使用时要将多个功率优化器串联使用，且其数量与系统效率有关。该专利提供的技术方案只是将多个现有的功率优化器进行了组合使用，并没有对功率优化器本身进行改进，也没有给出关于功率优化器的具体结构。因此目前并没有有效的方案能够对光伏优化器进行优化设计，从而实现稳定输出电压的功能。


技术实现要素：

5.鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的一种提供稳定输出电压的光伏优化器及其应用，能够对光伏组件进行最大功率追踪，且能将光伏所发直流电直接转化为能直接为直流负荷供电的稳定直流电，提高光伏组件的发电功率以及负荷侧的用电效率。
6.为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：一种提供稳定输出电压的光伏优化器，包括数据采集处理单元、mppt控制单元、buck变换器单元， mppt控制单元包括mppt主电路和mppt辅助电路，mppt主电路的输入端用于连接光伏组件，mppt主电路输出端与buck变换器单元输入端电连接，buck变换器单元输出端用于输出稳定的直流电，mppt辅助电路用于控制mppt主电路中功率开关管的通断；数据采集处理单元用于采集mppt主电路输入端的电压和电流信号，数据采集处理单元与mppt辅助电路电连接。
7.优选的方案中，所述的数据采集处理单元包括电压传感器、电流传感器、数据采集器与rs485通讯端子；电压传感器和电流传感器分别用于采集mppt主电路输入端的电压信号和电流信号；rs485通讯端子用于电压信号和电流信号传输给mppt辅助电路和远程监控后台。
8.优选的方案中，所述的mppt主电路包含电感l1、电容c1、功率开关管s1、二极管d1
和电容c2；电感l1一端分别连接光伏组件正极和电容c1，电感l1另一端分别连接功率开关管s1漏极和二极管d1阳极，电容c1另一端连接到光伏组件负极，功率开关管s1源极连接到光伏组件负极，二极管d1阴极连接到电容c2一端，电容c2另一端连接到光伏组件负极。
9.优选的方案中，所述的buck变换器单元包含功率开关管s2、二极管d2、电感l2和电容c3；功率开关管s2漏极连接到二极管d1阴极，功率开关管s2源极分别连接到二极管d2阴极和电感l2一端，二极管d2阳极连接到光伏组件负极，电感l2另一端连接到电容c3一端，电容c3另一端连接到光伏组件负极。
10.优选的方案中，所述的数据采集处理单元与mppt辅助电路通过小信号电流传递信息。
11.优选的方案中，所述的一种提供稳定输出电压的光伏优化器的工作方法，包括如下步骤：s1：数据采集处理单元根据采集到的电压和电流情况自动改变电压和电流步长，快速跟踪到最大功率点；s2：在追踪到最大功率点后停止扰动，稳定持续输出最大功率；s3：通过检测电压、电流的突变检测环境变化，从而重新追踪新环境下的最大功率点；s4：通过mppt辅助电路得到功率开关管s1的占空比，并控制功率开关管s1的通断，再通过buck电路将直流电转化为所需的稳定电压。
12.优选的方案中，所述的一种以光伏优化器为直流负荷供电的光伏发电系统，包括一种提供稳定输出电压的光伏优化器，光伏优化器的输入端和输出端分别连接光伏组件和直流配电柜，直流配电柜输出端分别连接直流负载和逆变器，逆变器与交流配电柜连接，交流配电柜用于与交流负载连接。
13.本专利可达到以下有益效果：本发明对光伏优化器本身进行了技术改进，其工作原理是直接对光伏组件进行mppt控制，并将直流电直接转化为所需要的稳定的直流电。
14.本发明具备数据采集与通信功能，其中数据采集器可以采集光伏组串的输出电压、电流信息，一方面可以实现帮助实现最大功率追踪，另一方面通过后台数据监控实现对光伏组件的运行状态分析、监控。通过rs485通讯端子实现5g或wifi通信，准确并快速地将采集的数据上传到远程后台，可实现远程监控。
15.本光伏优化器内部构造集成度较高，体积小巧轻便，可以根据不同使用环境制作不同结构的外壳，适用性很强。
16.本光伏优化器实现了光伏电池板的最大功率输出，大幅降低了部分遮阴环境对于光伏电池板输出功率的影响，并通过buck变换器单元将输出侧电压降为所需的稳定直流电压，输出侧直流电压可以直接给直流设备供电。从而省去了将光伏所发的直流电逆变为市电，再将市电整流为直流电给直流设备供电的多重转化过程，进一步提高了光伏发电效率。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明光伏优化器模块连接图；
图2为本发明mppt控制单元内部电路图;图3为本发明以光伏优化器为直流负荷供电的光伏发电系统连接图。
具体实施方式
18.实施例1：优选的方案如图1至图3所示，一种提供稳定输出电压的光伏优化器，包括数据采集处理单元、mppt控制单元、buck变换器单元，mppt控制单元包括mppt主电路和mppt辅助电路，mppt主电路的输入端用于连接光伏组件，mppt主电路输出端与buck变换器单元输入端电连接，buck变换器输出端用于输出稳定的直流电，mppt辅助电路用于控制mppt主电路中功率开关管的通断；数据采集处理单元用于采集mppt主电路输入端的电压和电流信号，数据采集处理单元与mppt辅助电路电连接。
19.本光伏优化器的输入侧与光伏电池板（光伏组件）相连接，输出侧为稳定的直流电，既可以直接为直流负荷进行供电，又可以连接至直流配电柜，通过逆变器转化为交流电为交流负荷进行供电。
20.数据采集处理单元包括电压传感器、电流传感器、数据采集器与rs485通讯端子；电压传感器和电流传感器分别用于采集mppt主电路输入端的电压信号和电流信号；rs485通讯端子用于电压信号和电流信号传输给mppt辅助电路和远程监控后台。数据采集处理单元与mppt辅助电路通过小信号电流传递信息。
21.mppt主电路包含电感l1、电容c1、功率开关管s1、二极管d1和电容c2；电感l1一端分别连接光伏组件正极和电容c1，电感l1另一端分别连接功率开关管s1漏极和二极管d1阳极，电容c1另一端连接到光伏组件负极，功率开关管s1源极连接到光伏组件负极，二极管d1阴极连接到电容c2一端，电容c2另一端连接到光伏组件负极。
22.实施例2：mppt主电路只能起到最大功率追踪的效果，本实施例加入了一个buck电路，使得输出侧能输出所需的稳定直流电，方案如下：光伏优化器主电路包含功率开关管s2、二极管d2、电感l2和电容c3；功率开关管s2漏极连接到二极管d1阴极，功率开关管s2源极分别连接到二极管d2阴极和电感l2一端，二极管d2阳极连接到光伏组件负极，电感l2另一端连接到电容c3一端，电容c3另一端连接到光伏组件负极。本实施例中，光伏优化器输出端可以输出所需的稳定直流电。可以直接给直流负荷进行供电。
23.实施例3：优选地，一种提供稳定输出电压的光伏优化器的工作方法，包括如下步骤：s1：数据采集处理单元根据采集到的电压和电流情况自动改变电压和电流步长，快速跟踪到最大功率点；s2：在追踪到最大功率点后停止扰动，稳定持续输出最大功率；s3：通过检测电压、电流的突变检测环境变化，从而重新追踪新环境下的最大功率点；s4：通过mppt辅助电路得到功率开关管s1的占空比，并控制功率开关管s1的通断，再通过buck电路将直流电转化为所需的稳定电压。
24.实施例4：一种以光伏优化器为直流负荷供电的光伏发电系统，包括上述实施例提出的一种提供稳定输出电压的光伏优化器，光伏优化器的输入端和输出端分别连接光伏组件和直流配电柜，直流配电柜输出端分别连接直流负载和逆变器，逆变器与交流配电柜连接，交流配电柜用于与交流负载连接。
25.光伏组件输出侧接入光伏优化器的入线侧；光伏优化器的出线侧将稳定的直流电供给直流负荷。当直流负荷为基站通信设备时，光伏优化器的输出侧电压为稳定的48v，只用作基站通信设备供电，可以很好地应对5g基站高能耗的问题。
26.当直流负荷为直流充电桩时，光伏优化器的输出侧电压为稳定的300v，可给新能源汽车或新能源公交车进行充电，一方面加快充电速度，另一方面有利于新能源汽车与新能源公交车的更快普及。
27.光伏组件输出侧接入光伏优化器的入线侧；光伏优化器的出线侧将稳定的直流电送至直流配电柜；直流配电柜一方面直接将稳定直流电供给直流负荷，另一方面将稳定直流电送至逆变器输入侧；逆变器输出侧将交流市电送至交流配电柜；交流配电柜为交流负荷进行供电。所述直流配电柜内配备dc/dc模块，可以同时为不同电压等级的直流负荷进行供电。所述逆变器输出侧为380v三相交流电，送至所述交流配电柜，可以满足家庭用电以及小型工厂用电。所述交流配电柜内配备端子排，可输出380v三相交流电与220v单相交流电，可以满足不同负荷用电。
28.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。