[发明专利]智能光伏模块及其控制方法以及基于该模块的光伏系统

说明书

【技术领域】

本发明属于太阳能光伏发电研究领域，特别涉及一种新型的智能光伏太阳能板结构及其输出统一最大功率控制方法。

【背景技术】

随着全球能源需求的日益增大，清洁的可再生能源（太阳能，风能和潮汐能等）引起了越来越广泛的关注。太阳能作为一种主要的清洁能源，对其的合理利用也成为能源行业的研究热点和未来的主要发展方向。然而，在实际的太阳能应用场合中，太阳能光伏系统会因为自身的不匹配或者光照不均而损失大量的能量。通常来讲，这种不匹配和光照不均的情况主要由于以下原因造成：周围物体阴影的不规则遮挡，光伏太阳能板之间特性的不一致，具体安装环境中光伏太阳能板朝向或者倾斜角度的不同等等。上述的状况会给整个光伏系统带来不可忽视的能量损失。而且，光照不均匀也会使得光伏系统的输出特性出现“多个最大功率点”的现象，使得最大功率跟踪的算法面临挑战，并且有可能产生系统的失稳现象。如何解决不匹配现象给太阳能系统带来的问题，已成为影响和制约光伏产业发展和普及的关键所在。

针对上述问题，大多数解决方法偏重于从控制角度解决问题，通过复杂的最大功率跟踪算法来寻找光伏阵列在不匹配情况下的输出全局最大功率点。这种方法建立在高精度的检测环节、精确的调节器设计和复杂的控制程序基础上，系统可靠性差，目前还无法被工业界广泛采用。而且，即使通过复杂的算法可以找到整个光伏系统的全局最大功率点，还是无法让每一块光伏太阳能板工作在自己的最大功率点，从而严重影响整个光伏系统的输出效率。

【发明内容】

为了实现上述目的，本发明通过DC-DC变换器替代传统太阳能板接线盒中的并联二极管，使得每一个光伏电池串在任何外部光照条件下都可以工作在整个模块的输出功率最优点，极大地提高了光伏太阳能系统在不匹配光照条件下的输出功率。并且本发明针对所提出的结构提出一种简单，可靠，成本低的输出统一最大功率控制方法，在保证输出功率不受影响的前提下，简化了控制系统结构，提高了可集成度，减少了元件数目，优化了整个系统模块。

本发明采用如下技术方案：

一种智能光伏模块，包括光伏电池组、DC-DC变换器，以及最大功率跟踪单元，所述每一个光伏电池组与一个DC-DC变换器的输入端直接相连，所述DC-DC变换器的输出端依次串联，所述每一个DC-DC变换器连接有各自的控制回路，所述最大功率跟踪单元采集到智能光伏模块的输出电流和电压信号后通过最大功率算法计算最大功率点电压，并且将其作为每一个DC-DC变换器的控制回路的指令电压信号用以保证每一个光伏电池组在任何外部光照条件下都工作在整个智能光伏模块的输出功率最优点。

一种基于上述智能光伏模块的光伏系统，由所述智能光伏模块作为基本单元进行串并联构成。

一种基于如上述所述的智能光伏模块电路结构的控制方法，最大功率跟踪单元接收到光伏模块输出端的电压和电流信号后，对其进行最大功率跟踪计算，得到此刻光照条件下的最大功率电压指令值，然后将该最大功率电压指令值同时送给各个DC-DC变换器的控制回路，并将所述最大功率电压指令值作为各个控制回路的统一控制环电压指令信号从而控制相应DC-DC变换器的开关管。

作为本发明的优选实施例，所述DC-DC变换器的控制回路接收到所述统一最大功率电压指令值后，比较各自输入光伏电池组的电压幅值和给定的指令电压值，生成PWM信号，去控制相应的开关管。

作为本发明的优选实施例，所述最大功率跟踪单元通过扰动寻找最大功率点。

作为本发明的优选实施例，所述最大功率跟踪单元通过扰动寻找最大功率点时，每个DC-DC变换器的输入侧电压通过各自独立的PWM闭环进行控制，从而实现对各自输入侧电压的控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过DC-DC变换器替代传统太阳能板接线盒中的并联二极管，最大功率跟踪单元接收到智能光伏模块输出端的电压和电流信号后，对其进行最大功率跟踪计算，得到此刻光照条件下的最大功率电压指令值，然后将该最大功率电压指令值同时送给各个DC-DC变换器的控制回路，并将所述最大功率电压指令值作为控制回路的控制环电压指令信号以控制相应光伏电池组的开关管，这样，每一个光伏电池串在任何外部光照条件下都可以工作在整个模块的输出功率最优点，极大地提高了光伏太阳能系统在不匹配光照条件下的输出功率。

【附图说明】

图1为传统光伏太阳能板的结构示意图。

图2为本发明光伏智能模块的结构示意图。

图3为本发明所介绍以Buck电路为例的最大功率输出统一控制方法的控制系统结构图。