CN104836513A - 太阳能电池间歇性输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能电池间歇性输出方法，其包括：提供太阳能电池板，根据所述太阳能电池板的工作温度确定其最大功率点所对应的工作电压；提供储能装置，所述太阳能电池板的输出端与所述储能装置的输入端连接，根据所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值，其中所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压在所述储能装置的电压上阈值与电压下阈值之间；提供后置控制装置和负载，所述储能装置的输出端与所述负载连接，所述后置控制装置设于所述储能装置与所述负载之间，判断所述储能装置的电压与其设定的电压上阈值和电压下阈值之间的关系，进而确定所述储能装置与所述负载的导通与断开。

Description

太阳能电池间歇性输出方法

技术领域

本发明涉及一种输出方法，特别涉及一种太阳能电池间歇性输出方法。

背景技术

太阳能电池的输出功率与阳光强度密切相关，其电流电压特性为非线性的。比如一个太阳能电池组件与一个直流负载直接连接，电能的供求关系往往不匹配，供不应求时负载不能正常工作，供过于求时浪费电能，太阳能电池与负载大部分时间都不处于最佳工作状态。

由于日出日落及天气影响，太阳能电池输出的不稳定是本质性的，因此，大部分的太阳能发电与电网或传统化学电池结合使用，借助电网或传统化学电池的缓冲能力，使太阳能电池能发挥最佳的作用，同时也满足普通负载对电源供应的正常要求。

但是，由于电网或传统化学电池的介入，使太阳能发电系统变得复杂，成本提升。借助电网是目前最普遍的、成本最低的做法，但是阳光普照的地方不是处处有电网，比如水面上、农田里，太阳能电池与电网连接的并网逆变器也是额外的成本；借助传统化学电池成本更高，化学电池的容量、寿命等问题更加突出，这种方法使用者越来越少。

由于太阳能电池组件的输出非线性阻抗的特殊性，为了获取最大功率输出，一般做法是在太阳能电池组件的输出端连接复杂的特殊电子线路，持续不断地改变该电子线路的阻抗，观察太阳能电池组件的电流电压输出变化趋势，加以分析、判断、并调整，以求尽可能地让太阳能电池组件的输出功率经常处于极大值附近。这是传统太阳能最大功率点跟踪的主流做法。这种最大功率点的跟踪方法有工作范围的局限，一般会在强阳光工况下优化跟踪效果，而轻视在弱阳光下的跟踪能力。

然而，太阳能电池组件的输出功率极大值对应的电压基本是一个已知的参数，虽然该参数与太阳能电池组件的工作温度及阳光照射强度有一定的关系，这种关系也是简单的和广泛认知的；该参数与入射阳光强度关系较小，与太阳能电池组件的工作温度关系较大。所以如果有一种方法让太阳能电池组件的输出电压钳位在预先已知的最大功率点电压附近，太阳能电池组件的输出自然就可以处于最佳状态。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种新的太阳能电池间歇性输出方法。

一种太阳能电池间歇性输出方法，包括：提供太阳能电池板，根据所述太阳能电池板的工作温度确定其最大功率点所对应的工作电压；

提供储能装置，所述太阳能电池板的输出端与所述储能装置的输入端连接，根据所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值，其中所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压在所述储能装置的电压上阈值与电压下阈值之间；

提供后置控制装置和负载，所述储能装置的输出端与所述负载连接，所述后置控制装置设于所述储能装置与所述负载之间，判断所述储能装置的电压与其设定的电压上阈值和电压下阈值之间的关系；

若所述储能装置的电压高于所述电压上阈值，则所述后置控制装置闭合，所述储能装置与所述负载处于导通状态，若所述储能装置的电压低于所述电压下阈值，则所述后置控制装置断开，所述储能装置与所述负载处于断开状态。

作为上述实施方式的进一步改进，提供前置控制装置，所述前置控制装置设于所述太阳能电池板与所述储能装置之间，当所述储能装置的电压高于所述电压上阈值时，所述前置控制装置断开，所述太阳能电池板与所述储能装置处于断开状态，当所述储能装置的电压低于所述电压上阈值时，所述前置控制装置闭合，所述太阳能电池板与所述储能装置处于导通状态。

作为上述实施方式的进一步改进，所述太阳能电池板包括温度传感器和控制器，所述温度传感器实时感应所述太阳能电池板的工作温度并反馈至所述控制器，所述控制器根据所述太阳能电池板的工作温度确定其最大功率点所对应的工作电压。

作为上述实施方式的进一步改进，根据所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值包括动态地调整设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值。

作为上述实施方式的进一步改进，所述储能装置设定的电压下阈值和电压上阈值在所述负载正常的工作电压范围内。

作为上述实施方式的进一步改进，所述负载为直流电机或逆变器。

作为上述实施方式的进一步改进，所述储能装置为超级电容。

相较于现有技术，本发明提供的太阳能电池间歇性输出方法简单易行，成本低，通过后置控制装置来控制储能装置与负载之间的导通与断开，以牺牲所述负载的工作时间的确定性来保证太阳能电池板的发电效率的最大化，可以有效地利用太阳能，而且有效地解决了太阳能电池板与负载的阻抗匹配问题，使太阳能电池板的输出处于最佳状态。本发明提供的太阳能电池间歇性输出方法特别适合太阳能电池小组件、大负载、使用时间没有明确要求的场合，如偏远地区太阳能抽水灌溉等领域，或者阳光条件差的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是用以实现本发明太阳能电池间歇性输出方法的输出电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

请参阅图1，是用以实现本发明太阳能电池间歇性输出方法的输出电路的结构示意图。所述太阳能电池间歇性输出方法的输出电路100包括太阳能电池板1、前置控制装置2、储能装置3、后置控制装置4和负载5。

所述太阳能电池板1的输出端与所述储能装置3的输入端连接。所述前置控制装置2设于所述太阳能电池板1与所述储能装置3之间，用于控制所述太阳能电池板1与所述储能装置3之间的导通与断开。所述储能装置3的输出端与所述负载5连接。所述后置控制装置4设于所述储能装置3与所述负载5之间，用于控制所述储能装置3与所述负载5之间的导通与断开。

优选的，所述储能装置3为超级电容，其具有良好的寿命和输出能力。

优选的，所述负载5为直流电机或逆变器。

本发明提供的太阳能电池间歇性输出方法包括步骤：

步骤S1，提供太阳能电池板，根据所述太阳能电池板的工作温度确定其最大功率点所对应的工作电压；

步骤S2，提供储能装置，所述太阳能电池板的输出端与所述储能装置的输入端连接，根据所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值，其中所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压在所述储能装置的电压上阈值与电压下阈值之间；

在此步骤中，所述太阳能电池板吸收太阳能，并将太阳能转换成电能储存在所述储能装置中。

步骤S3，提供后置控制装置和负载，所述储能装置的输出端与所述负载连接，所述后置控制装置设于所述储能装置与所述负载之间，判断所述储能装置的电压与其设定的电压上阈值和电压下阈值之间的关系；

步骤S4，若所述储能装置的电压高于所述电压上阈值，则所述后置控制装置闭合，所述储能装置与所述负载处于导通状态，若所述储能装置的电压低于所述电压下阈值，则所述后置控制装置断开，所述储能装置与所述负载处于断开状态。

在此步骤中，由于所述负载所需的电流足够大，从所述储能装置流向所述负载的电流大于所述太阳能电池板流向所述储能装置的电流，所述太阳能电池板与所述储能装置的电压同步下降；当所述储能装置的电压下降到低于所述电压下阈值时，所述后置控制装置断开，所述储能装置与所述负载处于断开状态，所述储能装置停止为所述负载提供电能，所述负载停止工作，而所述太阳能电池板的电流继续流向所述储能装置，所述储能装置的电压逐渐上升，重新判断所述储能装置的电压与其设定的电压上阈值和电压下阈值之间的关系，进入下一个循环。为了保证所述负载的正常工作，所述储能装置设定的电压下阈值和电压上阈值必须在所述负载正常的工作电压范围内。

作为上述实施方式的进一步改进，所述太阳能电池间歇性输出方法还包括提供前置控制装置，所述前置控制装置设于所述太阳能电池板与所述储能装置之间，当所述储能装置的电压高于保护电压时，所述前置控制装置断开，所述太阳能电池板与所述储能装置处于断开状态；当所述储能装置的电压低于恢复电压时，所述前置控制装置闭合，所述太阳能电池板与所述储能装置处于导通状态。当后置控制装置受到人为干扰或者发生故障，或者负载受到人为干扰或者发生故障以至于从所述储能装置流向所述负载的电流小于所述太阳能电池组件流向所述储能装置的电流，所述太阳能电池板与所述储能装置的电压未能同步下降，反而进一步上升时，这种前置控制装置让所述太阳能电池板与所述储能装置处于断开状态有助于保护储能装置以及整个系统的安全与稳定。所述保护电压由储能装置的特性决定，所述恢复电压由系统设计决定。

作为上述实施方式的进一步改进，所述后置控制装置断开，所述储能装置与所述负载处于断开状态时，所述储能装置的电压未能按预期逐渐上升，反而下降时，可以判断出阳光资源已经太弱，太阳能电池组件的输出不足以给所述储能装置，反而所述储能装置逆向给太阳能电池组件供电时，所述前置控制装置断开，避免能源浪费。

作为上述实施方式的进一步改进，所述前置控制装置包括一二极管与二开关，所述二开关分别为开关一和开关二，二者串联连接，所述二极管与所述开关二并联。通过所述前置控制装置的改进，使其能够更好地完成此项任务，减少能量损耗。

由于所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压主要随环境温度变化而变化，所述太阳能电池板所处的环境温度即为太阳能电池板的工作温度，因此，为了有效地利用太阳能，可以根据所述太阳能电池板的工作温度动态地调整设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值。具体地，所述太阳能电池板包括温度传感器和控制器，所述温度传感器实时感应所述太阳能电池板的工作温度并反馈至所述控制器，所述控制器根据所述太阳能电池板的工作温度确定其最大功率点所对应的工作电压，然后再动态地调整设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值。当然，为了提高所述负载的工作稳定性，并不一定所述太阳能电池板的工作温度一发生变化，即所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压一发生变化就调整设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值，可以在所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压的变化量超过一定范围再调整设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值。

相较于现有技术，本发明提供的太阳能电池间歇性输出方法简单易行，成本低，通过后置控制装置来控制储能装置与负载之间的导通与断开，以牺牲所述负载的工作时间的确定性来保证太阳能电池板的发电效率的最大化，可以有效地利用太阳能，而且有效地解决了太阳能电池板与负载的阻抗匹配问题，使太阳能电池板的输出处于最佳状态。本发明提供的太阳能电池间歇性输出方法特别适合太阳能电池小组件、大负载、使用时间没有明确要求的场合，如偏远地区太阳能抽水灌溉等领域。此外，还可作为逆变器在弱阳光下的提高输出的效果，与主流技术结合使用；或者替代主流逆变器的输入部分，降低逆变器的输入跟踪要求，简化逆变器的直流工况。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能电池间歇性输出方法，其特征在于，包括：

提供太阳能电池板，根据所述太阳能电池板的工作温度确定其最大功率点所对应的工作电压；

提供储能装置，所述太阳能电池板的输出端与所述储能装置的输入端连接，根据所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值，其中所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压在所述储能装置的电压上阈值与电压下阈值之间；

提供后置控制装置和负载，所述储能装置的输出端与所述负载连接，所述后置控制装置设于所述储能装置与所述负载之间，判断所述储能装置的电压与其设定的电压上阈值和电压下阈值之间的关系；

若所述储能装置的电压高于所述电压上阈值，则所述后置控制装置闭合，所述储能装置与所述负载处于导通状态，若所述储能装置的电压低于所述电压下阈值，则所述后置控制装置断开，所述储能装置与所述负载处于断开状态。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池间歇性输出方法，其特征在于，还包括：

提供前置控制装置，所述前置控制装置设于所述太阳能电池板与所述储能装置之间，当所述储能装置的电压高于所述电压上阈值时，所述前置控制装置断开，所述太阳能电池板与所述储能装置处于断开状态，当所述储能装置的电压低于所述电压上阈值时，所述前置控制装置闭合，所述太阳能电池板与所述储能装置处于导通状态。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池间歇性输出方法，其特征在于，所述太阳能电池板包括温度传感器和控制器，所述温度传感器实时感应所述太阳能电池板的工作温度并反馈至所述控制器，所述控制器根据所述太阳能电池板的工作温度确定其最大功率点所对应的工作电压。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池间歇性输出方法，其特征在于，根据所述太阳能电池板最大功率点所对应的工作电压设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值包括动态地调整设定所述储能装置的电压上阈值和电压下阈值。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池间歇性输出方法，其特征在于，所述储能装置设定的电压下阈值和电压上阈值在所述负载正常的工作电压范围内。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池间歇性输出方法，其特征在于，所述负载为直流电机或逆变器。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池间歇性输出方法，其特征在于，所述储能装置为超级电容。