[发明专利]一种功率自匹配高效智能光伏充电控制算法及系统

说明书

本发明涉及光伏充电领域，尤其涉及一种功率自匹配高效智能光伏充电控制算法及系统，包括测控模块、控制模块、换能模块以及充电模块。本发明具有输入功率匹配电路、蓄能电路、输出功率匹配电路、控制电路四大模块，通过控制电路实时监测太阳能电池和蓄电池工作状况，判断各自的最大功率点和最佳工作点，并由输入功率匹配电路时刻保证太阳能电池的最大功率点输出，输出功率匹配电路保证蓄电池时刻工作于最佳工作点，能量过剩或者不足部分，由控制器内部算法及系统的蓄能电路进行调节，最终达到功率自匹配高效智能充电，提高能量利用效率的功能。

技术领域

本发明涉及光伏充电领域，尤其涉及一种功率自匹配高效智能光伏充电控制算法及系统。

背景技术

太阳能作为一种储量巨大、清洁无污染的新型能源，被认为是化石能源的完美替代品。近年来，在各国政府的大力扶持下，光伏发电产业发展迅猛，在各个领域得到了广泛的应用。统计报告显示，世界光伏产业年均增长率在30％以上，良好的产业前景吸引了大批投资者加入。光伏发电新增装机容量按季度计算首次超过德国，成为全球第一。近几年中国与全球光伏发电新增装机的对比图，目前中国已经成为光伏产业大国，正在向光伏产业强国迈进。光伏产业前景光明，是朝阳产业，但其发展过程并非一帆风顺。长期以来，世界光伏产业的发展，主要靠各国政府的积极推动，财政补贴，才造就了一片欣欣向荣的景象。从根本上讲，光伏发电成本高的弱点限制了其直接与传统能源竞争的能力。

影响光伏产业发展的因素主要有两个：一个是初始装机的材料成本高，一个是受发电效率影响的资金回收周期长。目前，由于各国光伏产业的大力发展，光伏发电所需太阳能电池板的价格已经大幅降低，市场零售价下探至RMB6元/W，考虑到其近20年的使用寿命，这样的价格已经在可接受范围内。那么影响光伏产业发展的重要障碍就剩下提高发电效率，缩短资金回收周期。太阳能和风能、潮汐能等新兴能源一样，都面临发电功率不稳定的问题。随着环境变化，发电功率的变化幅度很大。以太阳能发电为例，太阳能电池的发电能力与太阳辐照强度密切相关。夜晚、阴雨天时太阳能电池发电能力微弱，即使在晴天，只是在13：00～15：00发电能力较为稳定，其他时间段是极不稳定的。针对这种不稳定能源的能量收集。

由太阳能电池、充电控制电路、蓄电池构成的光伏发电系统。太阳能电池将太阳辐照能量转化为电能，转化的电能与辐照能量之比称为能量转化率，转化率与太阳能电池的生产工艺、内部结构有关，这里不做考虑。能量采收率是指蓄电池实际吸收的电量与太阳能电池板能够输出的最大电量之比(也可以是功率之比)。假设太阳能电池特性已经确定，它能够输出的最大功率P_max(称为最大功率点)，是与辐照强度有关的变化量。辐照强度不同，太阳能电池能够输出的最大功率P_max也是不同的；蓄电池作为负载，能够吸收的最大功率为P_L，称为最佳工作点。P_L与蓄电池荷电状态、内阻大小有关，在充电过程中为变化量；充电控制电路功率损失为P_损(P_损与充电电流有关，为变化量)，那么在充电过程中存在以下三种关系：

P_max＞P_L+P_损 (1)

P_max＜P_L+P_损 (2)

P_max＝P_L+P_损 (3)

在式(1)中，太阳能电池的最大功率点，大于蓄电池最佳工作点以及充电电路损失功率之和，则有一部分能量不能被蓄电池吸收，造成电能浪费。

在式(2)中，太阳能电池的最大功率点，小于蓄电池最佳工作点以及充电电路损失功率之和，则蓄电池不能工作于最佳工作点处，太阳能发电的电量也不能被全部送出，造成电能浪费。

在式(3)中，太阳能电池的最大功率点等于蓄电池最佳工作点与充电电路损耗功率之和，则太阳能电池的发电量才能被充分利用。