[發明專利]一種光電池分區結構、最大功率點跟蹤控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010512813.4
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111800084B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 杜曉偉;徐國寧;李兆杰;苗穎;王旭巍;張衍壘;趙帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: H02S40/36
• 分類號: H02S40/36;H02S40/34
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 楊云云

本發明實施例提供一種光電池分區結構、最大功率點跟蹤控制系統及方法，該方法包括：按照輸出功率大小將激光光伏電池組由中心至外部環形分割，形成多個光電池單元；基于自主尋優策略，控制所述光電池單元之間的串并聯形式，以選擇出自身最大功率點。本發明實施例根據光斑分布以開關陣列形式選擇各分區間的串并聯形式，實現自主選擇光電池板的最大功率點，跟蹤上激光跟瞄精度的瞬時偏移速率，通過對光電池板的分區控制可快速獲得所需的最大功率值，適應激光光斑位置的快速變化，降低跟瞄精度偏差以及瞬時偏移對于系統輸出功率變化的影響。

技術領域

本發明涉及激光電能轉換技術領域，尤其涉及一種光電池分區結構、最大功率跟蹤控制系統及方法。

背景技術

激光無線能量傳輸是指通過激光非接觸的方式實現能量傳輸，也稱激光輸能。激光無線能量傳輸技術伴隨著電子器件、功率轉換及測控技術的發展，在傳輸距離、轉換效率、安全性等方面逐漸取得突破，研究和應用發展迅速。激光無線能量傳輸擺脫對實體傳輸線的依賴，不受電磁干擾，在傳統能量傳輸方式不便于進行能量傳輸、傳輸成本高，甚至無法進行傳輸的領域具有很大優勢，在物聯網射頻識別、航空航天、武器和偵察系統、油田礦井、工業機器人惡劣環境下作業、無線傳感網絡、電動汽車和家用電器等領域具有廣泛的應用空間。

激光光伏電池可以將激光能轉成電能，其輸出伏安特性曲線具有非線性，最大功率點隨著激光強度和光伏電池溫度的變化而不同，為了提高光伏電池的利用率，需要采用最大功率點跟蹤方法(MPPT)來控制其輸出特性。實際應用中，由于輸出功率的要求，光伏接收器是由諸多光伏電池按照特定布局連接而成的大面積光伏陣列。光伏接收器的效率是光伏電池的光電轉換效率、接收器電路效率及幾何效率的乘積。在激光能量不均勻分布的情況下，接收器電路效率低下，導致接收器整體效率嚴重低于單體光伏電池的效率，極大限制了激光無線能量傳輸的實際應用。

激光光斑在光電池板上的能量分布不均勻，屬于高斯分布，即中心光照強度最強、邊緣光照強度最弱。當激光跟瞄對準系統或光電池板瞬時抖動造成精度發生微小偏差時，由于其光斑能量分布不均勻，更加放大了對準精度偏差。光斑能量分布不均與靜瞬態對準偏移均嚴重影響著系統的輸出功率變化。現有的光電轉換MPPT技術針對光電電池各單體串并聯固定化的特點，對整體進行功率跟蹤，未考慮光斑不均勻和瞬移造成電池各分區的功率變化，造成光電轉換能量損失，減低整體轉換效率。因此，現在亟需一種光電池分區結構、最大功率點跟蹤控制系統及方法來解決上述問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明實施例提供一種光電池分區結構、最大功率點跟蹤控制系統及方法。

第一方面，本發明實施例提供了一種光電池分區結構，包括：

基板、光電池組、多個光電池單元、光電池各單元正極接線點以及光電池各單元負極接線點；

其中，所述基板與所述光電池組固定機械連接，所述光電池單元由內至外均勻環形分布，各個光電池單元的正負極分別與所述正極接線點和負極接線點對應連接。

進一步地，所述光電池單元包括：

第一光電池單元、第二光電池單元、第三光電池單元以及第四光電池單元。

進一步地，所述第一光電池單元被所述第二光電池單元環形包裹在最內側，所述第三光電池單元環形包裹所述第二光電池單元，所述第四光電池單元環形包裹所述第三光電池單元。

第二方面，本發明實施例提供了一種最大功率點跟蹤控制系統，包括：

如第一方面所述的光電池分區結構、自主尋優實施單元以及最大功率點跟蹤控制單元；

所述光電池分區結構的各個分區分別與所述自主尋優實施單元電連接，所述自主尋優實施單元與所述最大功率點跟蹤控制單元控制信號電連接；

所述最大功率點跟蹤控制單元，用于控制所述自主尋優實施單元選擇所述光電池分區結構中各個分區質檢的串并聯形式。