[发明专利]一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏系统的MPPT控制器，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

太阳能电池组件大多数由多片太阳能电池片串联而成，电池组件工作时不可避免地会遇到云层、鸟粪、树叶等遮挡物的遮挡造成阵列的输出性能不匹配，进而产生光伏阵列功率自身内耗，甚至引起热岛效应使得组件发生不可恢复的损坏，这严重影响了光伏电池的工作效率。

目前的通常做法是：在太阳能电池组件上并联多个旁路二极管，以减少遮蔽电池对系统能量的消耗。这种方法在一定程度上提高了光伏电池组件的发电功率，但不能从根本上排除热岛效应的产生。目前MPPT控制电路存在升级难、电路柔性和智能性差的问题，阻碍了太阳能应用的推广。

发明内容

本发明目的是：通过双向数控开关电路合理布置，对被遮挡光伏电池进行开路处理，使电路始终保持稳定并排除热岛效应，从根本上解决热岛效应的产生；同时通过应用具有可重构特性的集成芯片，提高MPPT控制模块的柔性和智能性，有利于太阳能更加广泛地应用到日常生活中，缓解了能源紧缺问题。

本发明的技术方案是：

一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，包括光伏电池组单元、执行单元、FPGA单元、上位监控机和信号调理单元。其中：光伏电池组单元用于完成调控信息参数的采集；执行单元用于完成太阳能的应用；FPGA单元用于完成整个电路的控制、各种策略的执行以及上位监控机通信；上位监控机用于通过软件里面的专家系统对控制器进行策略指令控制；信号调理单元用于对各种传感器信号根据不同器件的需求进行相应的调理。

进一步，光伏电池组单元包括温度传感器、光照传感器、电池功率测量传感器和数控双向开关。其中：数控双向开关与光伏电池串联并由FPGA单元控制；温度传感器的数量比光伏电池多一个，其中一个温度传感器用于测定周围环境的温度，其他温度传感器分别测量各个光伏电池的温度，通过温度的明显差异来定位出现热岛效应的电池，然后通过控制相应数控双向开关断路出现热岛效应的光伏电池，并通过上位监控机专家系统智能判断热岛效应的原因，并决策出相应的排除操作。

进一步， FPGA单元包括FPGA核心模块、时钟模块和报警模块。其中：FPGA核心模块由JTAG下载电路、存储电路、晶振电路和复位电路组成；时钟模块提供当时的时间，为MPPT决策提供时间参考；报警模块在光伏电池热岛问题需要人工操作时，提醒工作人员进行相应的排除操作。

进一步，上位监控机用于为电路提供MPPT策略控制，上位机软件安有MPPT决策专家系统，为MPPT控制模块智能提供策略指令，同时对热岛效应原因进行分析，例如云朵遮挡、漂浮物遮挡、粘固物遮挡等。

进一步，信号调理单元应用FPAA技术实现，FPAA技术具有在线重构特性，能更好的满足电路的柔性，同时利于硬件电路不变情况下的系统升级。

进一步，FPGA核心模块包括编码器、译码器、控制器、PWM信号发生器模块、MPPT算法模块、信号保存模块，应用FPGA高频特性对传感器的采集及执行单元的控制实行分时控制。

本发明的有益效果是：通过引入数控双向开关并合理的与光伏电池串联连接，使热岛效应得到及时控制并且保持光伏电池电路的平衡使得太阳能利用率最大化；充分利用FPGA和FPAA技术的可重构特性实现控制柔性，同时加入上位监控机专家系统的协助实现控制的智能性；将本发明与不同的执行器相结合，可以使太阳能应用面积更加广泛。

附图说明

图1是太阳能柔性智能控制器整体结构图；

图2是双向数控开关连接图。

图中：1、光伏电池组单元；2、执行单元；3、FPGA单元；4、上位监控机；5、信号调理单元。

具体实现方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种消除串联太阳能电池热岛效应的柔性智能控制器，包括光伏电池组单元1、执行单元2、FPGA单元3、上位监控机4和信号调理单元5。光伏电池组单元1由温度传感器、光照传感器及数控双向开关组成，主要完成调控信息参数的采集；执行单元2由DC-DC电路和太阳能应用模块组成，主要完成太阳能的应用；FPGA单元3由FPGA模块、时钟模块和报警模块组成，主要完成整个电路的控制和各种策略的执行以及和上位监控机通信；上位监控机4主要通过软件里面的专家系统对控制器进行策略指令控制；信号调理单元5主要应用FPAA技术设计各种需求的调理电路。