[發明專利]一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置及方法

無效

• 申請號: 200810188140.0
• 申請日: 2008-12-19
• 公開（公告）號: CN101431246A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 李艷秋;何永泰;劉麗輝;王磊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J15/00;G05F1/67
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

1.一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，包括光伏電池、能量存儲器、超級電容器、二極管，其特征在于：還包括最佳電壓控制器和能量存儲開關；

其中，光伏電池將太陽能轉換為電能；

二極管起反向偏壓保護作用，防止光伏電池被反向輸入；

超級電容器作為能量緩存器，暫存光伏電池的輸出能量，在最佳電壓控制器的控制下，為能量存儲器充電；所述最佳電壓是指光伏電池最大功率點的變化區域所對應的電壓范圍；

最佳電壓控制器通過檢測超級電容器的輸出電壓，經過運算產生最佳電壓控制信號，控制能量存儲開關的通斷；為實現光伏電池工作在最佳電壓變化區，最佳電壓控制器由具有遲滯特性的控制器組成；

能量存儲器用于存儲光伏電池的輸出電能；

上述組成元件的連接關系為：

光伏電池經二極管與超級電容器的正極相聯，超級電容器的正極同時與最佳電壓控制器和能量存儲開關的一端相接，能量存儲開關的另一端與能量存儲器的正極相接，光伏電池的負極同時與超級電容器、能量存儲器的負極相接。

2.如權利要求1所述的一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，其特征在于：

最佳電壓控制器(3)由升壓式DC-DC變換器，電阻R1、R2、R3，以及集成運算放大器組成；

其中，光伏電池(1)的輸出端與二極管D1的正極相接，D1的負極與超級電容器(2)的正極相接；DC-DC變換器的輸入端與超級電容器(2)的正極相接，DC-DC變換器的輸出端與集成運算放大器的電源端相接；電阻R1的一端與集成運算放大器的反向端相接，另一端與超級電容器(2)的正極相接；電阻R2的一端與DC-DC變換器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接；電阻R3的一端與集成運算放大器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接；集成運算放大器的輸出端與能量存儲開關(4)的控制端相接，能量存儲開關(4)的輸出端與能量存儲器(5)的正極相接，能量存儲開關(4)的輸入端與超級電容器(2)的正極相接；光伏電池(1)的負極同時與超級電容器(2)、能量存儲器(5)的負極相接。

3.一種使用權利要求1所述裝置的提高小功率光伏電池輸出效率的方法，其特征在于：

首先，光伏電池將能量存儲在超級電容器中，然后，在最佳電壓控制器的控制下，利用超級電容器內阻小的特點，使得超級電容器電壓V_c直接影響光伏電池的輸出電壓Vs，V_c＝Vs；通過控制超級電容器的充放電過程來控制光伏電池的輸出電壓，使光伏電池工作在最大輸出功率區，實現光伏電池的最大輸出效率，其中，超級電容器的額定工作電壓V要求大于光伏電池的最佳輸出電壓V_PM，即V＞V_PM；

為實現光伏電池輸出電壓的控制，最佳電壓控制器具備三個工作狀態，即：能量緩存狀態、最佳電壓控制狀態I和最佳電壓控制狀態II；

當超級電容器電壓V_c小于光伏電池最大功率區下限電壓V_L時，最佳電壓控制器處于能量緩存狀態，此時，光伏電池只對超級電容器充電，超級電容器電壓變化如式(1)所示：

其中，V_start為超級電容器(2)的初始電壓，i_c為超級電容器的充電電流，i_s為光伏電池（1）的輸出電流；

當超級電容器電壓V_c大于等于V_L時，此時，最佳電壓控制器處于最佳電壓控制狀態I下；若V_c增加，光伏電池繼續給超級電容器充電，超級電容器電壓變化如式(2)所示：

當超級電容器電壓V_c達到光伏電池最大功率區的上限電壓V_h時，能量存儲開關導通，此時，最佳電壓控制器處于最佳電壓控制狀態II下，光伏電池與超級電容器一起給能量存儲器充電，實現能量存儲；此時，超級電容器放電，其電壓下降，V_c如(3)式所示：

(3)式中，i_b為能量存儲器的充電電流；隨著超級電容器持續放電，光伏電池電壓逐漸下降，當V_c＝V_L時，能量存儲開關斷開，光伏電池又開始為超級電容器充電，重復最佳電壓控制狀態I和II，始終使光伏電池的輸出電壓控制在最大輸出功率區內。