[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

技術領域

本發明涉及一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置及方法，屬于光電技術領域。

背景技術

光伏電池的制造技術和光伏發電技術已經相當成熟。但是，在光伏能源自治微系統中利用光電微能源給系統供電，最近幾年才得到研究與應用。在光伏能源自治微系統中，光伏電池的面積通常小于幾十平方厘米，輸出電壓較低(一般為幾伏)，功率小于1瓦。因此，需要提高微系統的光伏電池輸出效率。

傳統的用于提高光伏電池輸出效率的方法如最大功率點跟蹤(MPPT)技術，包括“爬山”法、短路電流法、開路電壓法等。這些方法在大功率光伏電池發電系統中具有良好的應用前景，但不適用于小功率光伏電池系統。其主要原因在于：控制系統復雜、控制電路自身功耗較大以及BUCK變換電路轉換損耗大等，在小功率光電能源中使用時，將增加系統的功耗，使系統的輸出功率降低。因此，需要研究出一種在光電微能源中提高光伏電池輸出效率的新方法。

在發明專利申請“鋰離子電池-超級電容器混合儲能光伏系統”(申請號為：200710178894)中，介紹了利用超級電容器和鋰離子電池進行光伏能量存儲的結構。在“太陽能發電系統的最大功率跟蹤方法及裝置”(專利申請號為：CN200610098495.1)中，介紹了一種利用DC-DC變換器進行最大功率點跟蹤的方法。在文獻“超級電容器蓄電池混合儲能獨立光伏系統研究”(太陽能學報，第28卷第2期，pp178-183)中提出了超級電容器與鉛酸蓄電池混合能量存儲的方案。但上述專利和文獻中均未涉及到提高光伏電池輸出效率的最佳電壓控制法。

發明內容

本發明的目的是為提高小功率光伏電池系統中光伏電池的輸出效率，提出一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置和方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明根據小功率光伏電池的I-V特性、P-V特性及超級電容器的電特性，采用最佳電壓控制法，提高光伏電池輸出效率，其原理如圖3所示。

首先說明最佳電壓控制法。在光電微能源中，光伏電池將太陽能轉換為電能，其輸出功率與電池板的面積、入射光強和溫度等有關。光伏電池的端電壓與晶體二極管的端電壓類似，輸出電流直接與光強成正比。例如，一個由12個單體光伏電池串聯，面積為15×7cm的光伏電池在標準光強下(輻照度1000W/m2，溫度為25℃)的I-V、P-V性如圖2所示，最大功率點電壓Vpm和電流Ipm分別為5.732V和196.47mA。隨光強和溫度等環境條件的變化，光伏電池的輸出電壓、電流和最大功率點會發生變化，其在一天之內，光伏電池最大功率點的變化主要集中在圖2所示的陰影區中(電壓在4.5-5.8V)，稱之為最佳電壓變化區。通過控制光伏電池的輸出電壓，使其工作在最佳電壓變化區，從而提高光伏電池的輸出效率。

本發明的一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，包括：

光伏電池、超級電容器、最佳電壓控制器、能量存儲開關、能量存儲器和二極管。

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。

將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。這是因為超級電容器具備長壽命、內阻小、輸出功率密度大的特性，可避免由于光伏電池輸出不穩定對能量存儲器頻繁充放電造成的不良影響。

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，從而達到控制充放電過程的作用。為了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。

其中，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(輸出端)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。

本發明的一種使用上述裝置提高小功率光伏電池輸出效率的方法。