[實用新型]一種分布式單芯片光伏功率優化器

有效

• 申請號: 201420182010.7
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN203775134U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 侯延進;白明;崔新雨;董紅海;段嗣昊;徐振旭
• 申請（專利權）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: H02S40/30
• 分類號: H02S40/30
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本實用新型涉及一種分布式單芯片光伏功率優化器。

背景技術

通常太陽能光伏并網發電系統是由多個光伏組件通過適當的串并聯連接組成光伏陣列和并網逆變器構成的，由并網逆變器對所接的光伏組件陣列進行整體的最大功率跟蹤（MPPT）調節，實現光伏陣列的最大功率輸出。由于是多塊光伏組件串聯，當其中一塊光伏組件出現失配現象時，將影響整串光伏組件的功率輸出。在實際的光伏發電應用中，許多光伏組件安裝時由于受場地和周邊物體的影響，往往會出現光伏組件之間，組件與逆變器之間不匹配的問題，使光伏組件無法發揮出其應有的發電能力。如光伏組件部分被遮擋、空中的云影、附近物體的反射、光伏組件的傾斜角和方位角不同、光伏組件有灰塵、光伏組件溫度不均等，此時組件的輸出會因陣列光伏組件的發電效率不同而引起組件的失配問題，導致系統發電效能降低。經實測，僅僅遮擋一小部分的光伏組件就會引起25%-50%的電能損失。在今后最具發展前途的分布式光伏電站和屋頂光伏系統中，由于要與原有建筑相結合，可能無法保證太陽光始終不被遮擋，產生光伏陣列的局部陰影問題；同時還可能受建筑結構的限制，光伏組件出現不同的安裝傾斜角和方位角，使光伏組件接收的太陽輻照量不同，產生組件之間的電流和電壓失配，從而導致光伏系統發電量的損失。

實用新型內容

本實用新型為了解決上述問題，提出了一種分布式單芯片光伏功率優化器，該優化器具有DC-DC轉換和MPPT功能，安裝在每塊光伏組件的接線盒中，單獨調節每塊光伏組件的輸出功率，使每塊光伏組件的輸出始終處于最優狀態。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種分布式單芯片光伏功率優化器，包括單片MOS開關功率芯片，單片MOS開關功率芯片內包括四只MOS功率開關管、PWM發生器、輸入電壓檢測單元、輸出電壓檢測單元和MPPT算法模塊；其中，輸入電壓檢測單元串聯電阻后連接輸入端，輸出電壓檢測單元串聯電阻后連接輸出端，輸入電壓檢測單元、輸出電壓檢測單元連接MPPT算法模塊，MPPT算法模塊與PWM發生器通訊，PWM發生器通過四只MOS功率開關管分別控制四路DC-DC轉換電路。

所述DC-DC轉換電路，包括絕緣柵場效應管和二極管，其中絕緣柵場效應管的柵極連接MOS功率開關管，絕緣柵場效應管的源極和漏極之間并聯一個二極管，漏極連接輸入端的負極，源極串聯一個二極管后分為兩路，一路連接輸出端的正極，另一路串聯電容后連接輸出端的負極；源極串聯一個電感后接入輸入端的正極。

本實用新型的工作過程為：

采用高集成度專用MOS開關功率芯片將DC-DC轉換和MPPT功能合二為一，通過4組開關分別控制4組DC-DC轉換電路，根據光伏組件的功率輸出狀況開啟或關閉DC-DC轉換電路，提高轉換效率；通過芯片內部集成MPPT算法調整PWM占空比，控制MOS管的導通時間，調節光伏組件匹配阻抗，實現光伏組件的最大功率輸出。通過調整外部的采樣分壓電阻，芯片可以接受從6.5～40V范圍的輸入電壓，并可根據光伏陣列電壓的需要調整優化器的輸出電壓，以適應不同規格的光伏組件。在硬件電路中采用無電解電容設計，克服了電解電容故障率高壽命短的缺點，提高可靠性高和壽命，實現與光伏組件使用壽命的(一般為20～25年)相匹配；整個優化器采用高集成度設計，線路板體積小，可方便地安裝在光伏組件接線盒中替代原有的旁路二極管。

本實用新型的有益效果為：具有DC-DC轉換和MPPT功能，該優化器安裝在每塊光伏組件的接線盒中，單獨調節每塊光伏組件的輸出功率，使每塊光伏組件的輸出始終處于最優狀態。補償太陽能由于光照強度、陰影、溫度變化、電池板失匹或老化等可變因素引起的功率損耗，實現分布式MPPT功能。由于不受相鄰組件的影響，優化器可以獨立增強并提高單個組件的性能，保證每個組件的最大功率輸出。即使一塊組件失效，其他組件的輸出功率仍能保證最大化。同時通過DC-DC升壓還可以將適合逆變器正常工作的輸入電壓時間延長，從而使整個光伏系統能輸出最多的電能，延長發電時間。

附圖說明

圖1為本實用新型光伏發電系統框圖；

圖2為常規光伏發電系統框圖；

圖3為本實用新型電路原理框圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。