[發明專利]不連續導通電流模式的最大功率限制光伏系統轉換器

有效

• 申請號: 201110330775.1
• 申請日: 2011-10-27
• 公開（公告）號: CN102545703A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 林瑞禮;周弘智
• 申請（專利權）人: 林瑞禮
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;G05F1/67
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 張爭艷

技術領域

本發明提出一種具有最大功率限制功能且操作在不連續導通電流模式下的太陽能發電系統轉換器，特別是一種動態觀測目前太陽能電池最大功率點，同時利用當太陽能電池負載功率大于最大功率時，電壓急遽下降的特性，將太陽能電池操作點限制在最大功率點的太陽能發電系統轉換器。

背景技術

本發明是關于限制太陽能電池輸出功率在最大功率，且操作在臨界導通電流模式的方法及裝置，以下將對本發明所需先前技術及專有名詞做簡單介紹。

一、光伏系統轉換器：

一光伏系統轉換器(Photovoltaic?System?Converter)能將電磁能轉換為電能以供使用，即俗稱的太陽能電池。其工作原理為利用光電效應，將半導體中的電子利用特定波長光子激發進而驅動電路。太陽能電池依成本低高，其能量轉換效率從6％到30％不等，市面上最常見的單晶硅和多晶硅太陽能電池的轉換效率約在10％到18％之間。

二、太陽能電池特性曲線：

請參考圖9，為太陽能電池電壓-電流(V-I)特性理論曲線。圖中S為照度，指的是光照強度，單位為瓦/平方公尺(W/m²)，I_PV、V_PV分別為太陽能電池輸出電流、電壓。由圖9可知，在不同照度下，太陽能電池的輸出電壓及對應的輸出電流的關系曲線，大致上可被一通過圖中的V_F虛線，切割成左半邊電流源區及右半邊電壓源區。太陽能電池的通常操作區域為右半邊的電壓源區，此時太陽能電池近似一顆穩定電壓直流電池。此外，在同一照度下，若太陽能電池負載功率需求增加，太陽能電池的輸出電流也將對應提升；此時一旦電流高過V_F虛線與該照度V-I曲線交會處(即負載功率超過太陽能電池最大功率)，則太陽能電池的輸出電壓將銳減使其操作在電流源區。請參考圖10，為太陽能電池電壓-電功率(V-P)特性理論曲線，圖中P_PV為太陽能電池輸出功率。由圖10可知，太陽能電池在不同照度下皆有不同最大功率點(不同照度下的V-P曲線上P的最大值)，此時相對應的最大功率點電壓值(V_PV)及電流值(I_PV＝P_PV/V_PV)各不相同，由圖可知，影響太陽能電池最大功率點的因素中，照度是很重要的一個。

三、太陽能電池溫度補償

請參考圖11，為太陽能電池在不同溫度T₁、T₂下的電流-電壓(I-V)特性曲線(T₁＝298K、T₂＝338K，K為開氏溫標，相當于攝氏溫標加上273，上述298K及338K即為攝氏25℃及65℃)。圖中可分為四條曲線，即右上半部及左下半部各兩條曲線，分別對應到的是最大照度及最小照度下太陽能電池(于不同溫度下)的電流-電壓(I-V)特性曲線，所謂最大照度指的是太陽能電池可能遇到的最大照度，通常為1000W/m²，最小照度指的是太陽能電池盒裝標示上可容許的最小照度。如圖所示，于四條特性曲線上各有一黑點，其對應到該條曲線的最大功率點(即該條曲線下功率(P)＝電壓(V)乘以電流(I)的最大值)。我們注意到，影響最大功率點的因素除了照度外，溫度也是一項重要的變數，在不同溫度下其對應到的「最小照度下的最大功率輸出電壓V_{MPP_min}」也各不相同，因此若要估計目前太陽能電池最大功率點，我們有必要動態觀察目前太陽能電池的溫度資訊。

四、不連續導通電流模式

依據電感電流的方向，導通電流模式可分為以下兩種，其定義分別為：

1.連續導通模式(CCM)：電感電流的最低點高于0A；

2.不連續導通模式(DCM)：電感電流最低點等于0A；

而其中不連續導通模式(DCM)可分為臨界導通模式(BCM)及完全不連續導通模式(FDCM)，其定義分別為：

2.1?臨界導通模式(BCM)：電感電流降至最低點(0A)的瞬間即會往上升；

2.2?完全不連續導通模式(FDCM)：電感電流到達最低點(0A)后可能待在最低點一段時間，之后才往上升。

五、太陽能電池最大功率追蹤器(Maximum?Power?Point?Tracker，MPPT)為一種限制太陽能電池操作在最大功率點的邏輯電路，其能觀測太陽能電池目前狀態并隨之調節其輸出功率使之維持在最大輸出功率附近。

目前市面上已有不少的太陽能電池最大功率追蹤器(MPPT)，諸如：