[發明專利]新型高效率太陽能電池充電系統及控制方法

有效

• 申請號: 201010121656.0
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101826741A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 王宏;張東來
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/35
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所 44248
• 代理人: 胡吉科

【技術領域】

本發明涉及光伏領域，特別涉及一種新型高效率太陽能電池充電系統及控制方法。

【背景技術】

獨立光伏供電系統一般由太陽能電池、蓄電池、光伏控制器和逆變電源構成，功率范圍在1kVA到5kVA。按蓄電池的充放電管理方式區分，無工頻變壓器的獨立光伏供電系統的主要架構有以下兩種方式：

（1）交互式：如圖1，太陽能電池通過DC-DC模塊進行MPPT控制，通過雙向DC-DC模塊對蓄電池進行充放電管理。缺點是需要兩級變換，PV電池才能對蓄電池充電，降低了系統效率；

（2）在線式：如圖2，蓄電池直接連接直流母線。太陽能電池通過DC-DC模塊（光伏控制器）進行MPPT控制和管理蓄電池充電，蓄電池放電經過DC-DC升壓后為逆變器供電。缺點是蓄電池一直參與能量轉換，直接受負載干擾，影響蓄電池的壽命和效率；且PV電池至負載經過兩級DC-DC轉換，降低了系統效率。

【發明內容】

為了克服上述兩種獨立光伏供電系統效率低、壽命短的技術問題，提高PV電池轉換效率，本發明提供了一種新型高效率太陽能電池充電系統及控制方法。

?為了達到上述目的，本發明提供的一種新型高效率太陽能電池充電系統。所述充電系統包括：太陽能電池、升壓電路、逆變電路、降壓電路、放電電路及蓄電池；所述太陽能電池、升壓電路及逆變電路依次連接；所述太陽能電池、降壓電路、蓄電池、放電電路及逆變電路依次連接；所述逆變電路與負載連接。

?根據本發明提供的新型高效率太陽能電池充電系統一優選技術方案是：所述升壓電路為第一DC/DC（Boost功率控制模塊），用于穩定太陽能電池的輸出電壓，將電壓升高至直流母線電壓，并進行最大功率跟蹤（MPPT）控制，使太陽能電池能夠輸出最大功率。

?根據本發明提供的新型高效率太陽能電池充電系統一優選技術方案是：所述降壓電路為第二DC/DC模塊（蓄電池充電模塊BCR），用于穩定太陽能電池的輸出電壓，將電壓降低至蓄電池充電電壓；進行最大功率跟蹤（MPPT）控制，使太陽能電池能夠輸出最大功率；對蓄電池進行充電管理，避免過充。

?根據本發明提供的新型高效率太陽能電池充電系統一優選技術方案是：所述放電電路為第三DC/DC模塊（蓄電池放電模塊BDR），用于當太陽能電池無法提供足夠功率給負載時，蓄電池通過BDR放電，補充電力供應；對蓄電池放電進行管理，避免過度放電。

?根據本發明提供的新型高效率太陽能電池充電系統一優選技術方案是：所述逆變電路為DC/AC模塊（逆變器模塊），用于將直流電轉換為交流電，供交流負載正常使用。

?本發明還提供了根據上述的新型高效率太陽能電池充電系統的控制方法，該方法根據太陽能電池發電狀態、蓄電池儲能情況以及負載用電情況，按太陽能電池輸出功率與負載需求功率匹配情況區分9種工作狀態：

（1）太陽能電池輸出功率大于負載需求功率時：

狀態一：第一DC-DC模塊工作在穩壓狀態，第二DC-DC模塊工作在MPPT（最大功率點跟蹤）狀態，第三DC-DC模塊不工作，此時PV電池工作在MPPT狀態，蓄電池工作在恒流充電狀態；

狀態二：第一DC-DC模塊工作在穩壓狀態，第二DC-DC模塊工作在穩壓狀態，第三DC-DC模塊不工作，此時PV電池工作在非MPPT狀態，蓄電池穩壓充電；

狀態三：第一DC-DC模塊工作在穩壓狀態，第二DC-DC模塊工作在涓流狀態，第三DC-DC模塊不工作，此時PV電池工作在非MPPT狀態，蓄電池涓流充電；

狀態四：第一DC-DC模塊工作在穩壓狀態，第二DC-DC模塊不工作，第三DC-DC模塊不工作，此時PV電池工作在非MPPT狀態，蓄電池無需充放電；

（2）太陽能電池輸出功率小于負載需求功率時：

狀態五：第一DC-DC模塊工作在MPPT狀態，第二DC-DC模塊不工作，第三DC-DC模塊工作在穩壓狀態，此時太陽能電池工作在MPPT狀態，蓄電池工作在放電狀態；

狀態六：第一DC-DC模塊不工作，第二DC-DC模塊工作在MPPT狀態，第三DC-DC模塊不工作，此時太陽能電池工作在MPPT狀態，蓄電池工作在充電狀態，逆變器不工作；

狀態七：第一DC-DC模塊不工作，第二DC-DC模塊不工作，第三DC-DC模塊工作在穩壓狀態，此時太陽能電池無輸出，蓄電池工作在放電狀態；