專利名稱：太陽(yáng)能電池及其輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能電池，尤其是一種具有輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它廣泛用于把太陽(yáng)能直接變電能，因此又稱為太陽(yáng)電池、太陽(yáng)能光伏電池。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。硅光電池轉(zhuǎn)換效率的理論值，最大可達(dá)24%，而實(shí)際上只達(dá)到10% 18%。然而要把這效率僅為10% 18%光電轉(zhuǎn)換的能量最大限度地儲(chǔ)存起來并加以利用就成為太陽(yáng)能應(yīng)用的一個(gè)重要的課題。一般的電能儲(chǔ)存是將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存于蓄電池，即蓄電池的充電過程，然而在實(shí)際工作過程中由于天氣的變化，季節(jié)的交替導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板不可能時(shí)刻輸出恒定電壓和電流，而蓄電池充電的過程也是一個(gè)非線性復(fù)雜的過程，又因?yàn)樘?yáng)能電池板在本系統(tǒng)中屬于造價(jià)較高的部件，所以應(yīng)該盡可能提高太陽(yáng)能電池板發(fā)電的利用率。目前太陽(yáng)能電池板一般應(yīng)用的直充模式，即太陽(yáng)能電池板的負(fù)載就是蓄電池的內(nèi)阻，蓄電池內(nèi)阻與其電荷狀態(tài)(SOC)以及環(huán)境溫度有關(guān)，蓄電池內(nèi)阻不僅是變化的，而且也是不可控制的，難以和光電池實(shí)現(xiàn)最佳匹配，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板的利用率大大下降，且由于直充模式不加控制，不能匹配蓄電池的合理充電曲線，也使得蓄電池的壽命大大折扣。

實(shí)用新型內(nèi)容為充分利用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能，應(yīng)根據(jù)在不同光照條件下太陽(yáng)能電池內(nèi)阻不同的特點(diǎn)，控制改變配接的負(fù)載的阻抗，使負(fù)載阻抗與太陽(yáng)能電池板陣列的輸出阻抗相匹配而得到最大的輸出電功率，保證太陽(yáng)能電池板陣列始終工作在最大功率點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。根據(jù)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括第一功率檢測(cè)模塊，連接在一太陽(yáng)能電池板輸出端；功率輸出控制開關(guān)，連接在上述太陽(yáng)能電池板和一負(fù)載之間；以及系統(tǒng)控制模塊，連接該第一功率檢測(cè)模塊和該功率輸出控制開關(guān)，其中該系統(tǒng)控制模塊包括功率比較單元、控制單元和脈寬調(diào)制單元，所述比較單元接收該第一功率檢測(cè)模塊的第一檢測(cè)信號(hào)，并向該控制單元輸出一比較結(jié)果，所述控制單元根據(jù)上述比較結(jié)果向該脈寬調(diào)制單元施加一脈沖信號(hào)，所述脈寬調(diào)制單元對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行占空比調(diào)，并將調(diào)制后的脈沖信號(hào)輸出給功率輸出控制開關(guān)。由本實(shí)用新型的目的提出的一種太能能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第一功率檢測(cè)模塊包括第一輸出電壓檢測(cè)單元、第一輸出電流檢測(cè)單元和功率乘法器。由本實(shí)用新型的目的提出的一種太能能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述功率輸出控制開關(guān)為絕緣柵型可控晶體管或者功率場(chǎng)效應(yīng)管。由本實(shí)用新型的目的提出的一種太能能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述功率比較單元包括功率寄存器和功率比較器。由本實(shí)用新型的目的提出的一種太能能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述脈寬調(diào)制單元包括脈寬調(diào)制器以及功率放大器。同時(shí)，本實(shí)用新型還提出了一種太陽(yáng)能電池，包括太陽(yáng)能電池板、蓄電池，以及上述的太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中該太陽(yáng)能輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的該功率輸出控制開關(guān)連接在所述太陽(yáng)能電池板和所述蓄電池之間；該太陽(yáng)能輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的該第一功率檢測(cè)模塊連接在所述太陽(yáng)能電池板的輸出端。進(jìn)一步的，該一種太陽(yáng)能電池還包括第二功率檢測(cè)模塊，連接在該蓄電池的輸出端上，并向太陽(yáng)能輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入第二檢測(cè)信號(hào)。其中，所述第二功率檢測(cè)模塊包括第二輸出電壓檢測(cè)單元和第二輸出電流檢測(cè)單兀。
以下結(jié)合附圖以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。
圖1是本實(shí)用新型的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)拓展圖；圖3是太陽(yáng)能電池板的輸出功率和電流的關(guān)系曲線圖
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見圖1，圖1是本實(shí)用新型的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該太陽(yáng)能電池包括太陽(yáng)能電池板10、太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)20以及蓄電池30。其中，太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)20包括功率輸出控制開關(guān)21、第一功率檢測(cè)模塊22和系統(tǒng)控制模塊23。該功率輸出控制開關(guān)21可以為絕緣柵型可控晶體管(IGBT)或者功率場(chǎng)效應(yīng)管 (VMOS)，連接在太陽(yáng)能電池板10和蓄電池30之間，其作用是控制太陽(yáng)能電池板10的平均輸出功率。該第一功率檢測(cè)模塊22連接在太陽(yáng)能電池板10的輸出端上，用以測(cè)量太陽(yáng)能電池板10的輸出功率。系統(tǒng)控制模塊23連接第一功率檢測(cè)模塊22和功率輸出控制開關(guān) 21，根據(jù)第一功率檢測(cè)模塊22提供的功率數(shù)值，控制功率輸出控制開關(guān)21的工作時(shí)間。當(dāng)功率輸出控制開關(guān)21處于“開”狀態(tài)時(shí)，太陽(yáng)能電池板10向蓄電池30輸出電量，實(shí)現(xiàn)充電； 反之則停止輸出。通過控制單位時(shí)間內(nèi)的充電量達(dá)到調(diào)節(jié)平均輸出功率的目的。詳細(xì)地，請(qǐng)參見圖2。圖2是圖1中的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)拓展圖。如圖所示，第一功率檢測(cè)模塊22包括第一輸出電壓檢測(cè)單元221、第一輸出電流檢測(cè)單元222以及功率乘法器223。第一輸出電壓檢測(cè)單元221和第一輸出電流檢測(cè)單元222分別檢測(cè)太陽(yáng)能電池板10的輸出電壓和輸出電流，功率乘法器223將上述測(cè)量得到的電壓值和電流值換算成功率值。系統(tǒng)控制模塊23包括控制單元230、功率比較單元231和脈寬調(diào)制單元232。其中功率比較單元231包括功率寄存器2312和功率比較器2311，通過接收功率乘法器223的功率值，并和一參考值進(jìn)行比較，該參考值可以是功率寄存器2312預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值，也可以是由第一功率檢測(cè)模塊22提供的即時(shí)測(cè)量值。控制單元230接收由功率比較器2311 輸出的比較結(jié)果，并根據(jù)該比較結(jié)果向脈寬調(diào)制單元232施加一控制信號(hào)。脈寬調(diào)制單元232包括脈寬調(diào)制器(Pulse Width Modulation，PWM) 2321和脈沖信號(hào)放大器2322，脈寬調(diào)制器2321根據(jù)上述控制信號(hào)，對(duì)輸出的脈沖信號(hào)的占空比進(jìn)行調(diào)制，脈沖信號(hào)放大器2322 將調(diào)制后的脈沖信號(hào)放大，并輸出給功率輸出控制開關(guān)21。當(dāng)脈沖信號(hào)為高值時(shí)，功率輸出控制開關(guān)21打開，反之則關(guān)閉。因此占空比的大小決定了一個(gè)周期下功率輸出控制開關(guān) 21的工作時(shí)間，從而控制了一個(gè)周期下，太陽(yáng)能電池板10對(duì)蓄電池30的平均輸出功率。進(jìn)一步地，在蓄電池30的輸出端上，也可以設(shè)置一個(gè)第二功率測(cè)量模塊31，以測(cè)量該蓄電池30的電量狀態(tài)。如果蓄電池30已經(jīng)充滿電，則系統(tǒng)控制模塊23則通知功率輸出控制開關(guān)21進(jìn)入常閉狀態(tài)，停止充電，反之則開始充電。該第二功率測(cè)量模塊31也可以包括第二輸出電壓測(cè)量單元和第二輸出電流測(cè)量單元(圖中未示出)，連接在系統(tǒng)控制器 230或者比較單元231上。值得一提的是，上述所有進(jìn)行比較的物理量，也可以是電流或者電壓，因?yàn)殡妷骸㈦娏?、功率三者存在一定的?duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)換作其他兩個(gè)量時(shí)，可以很方便的找到相應(yīng)的處理方法，因此電流、電壓或其它相關(guān)的物理量，都可以作為本實(shí)用新型作為比較的單位。下面，將介紹本實(shí)用新型的工作過程。1、通過實(shí)時(shí)檢測(cè)太陽(yáng)能電池板輸出的電壓電流，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的算法來判斷太陽(yáng)光的光照度，依此來計(jì)算太陽(yáng)能電池板的實(shí)際輸出功率及功率變化量；2、通過實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的輸出電壓和蓄電池的充電電流，判斷蓄電池的蓄電電量?jī)?chǔ)存狀況，依此來控制蓄電池的充電電壓和電流的大小，保證蓄電池工作在最佳狀態(tài)；3、充電過程中，太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)太陽(yáng)能電池板的功率輸出和蓄電池電量?jī)?chǔ)存狀況，如果太陽(yáng)能電池板的輸出電壓小于蓄電池的電池電壓，則繼續(xù)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板和蓄電池電壓，并提示不能充電的告警信息，直至太陽(yáng)能電池板的輸出電壓大于蓄電池的電池電壓時(shí)，系統(tǒng)開啟充電通路。參照附圖3，圖3是太陽(yáng)能電池板的輸出功率和電流的關(guān)系曲線圖。由系統(tǒng)控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，并且初始占空比為1，也就是讓功率輸出控制開關(guān)(絕緣柵型可控晶體管IGBT或者功率場(chǎng)效應(yīng)管VM0S)完全導(dǎo)通，檢測(cè)充電電流(即太陽(yáng)能電池板的輸出電流)，如果充電電流小于寄存器中設(shè)定的充電電流最小值， 則認(rèn)為電池電量已經(jīng)飽和，停止充電，并繼續(xù)檢測(cè)太陽(yáng)能電池板的電壓。如果充電電流大于設(shè)定的充電電流最小值，則計(jì)算此時(shí)的太陽(yáng)能電池板輸出功率，記錄為P1。然后根據(jù)枚舉法，定步長(zhǎng)(Li，相對(duì)比較大)減小PWM信號(hào)的占空比，并測(cè)得此時(shí)太陽(yáng)電池的輸出功率P2， 并且和Pl進(jìn)行比較，以此類推，直至出現(xiàn)下列情況時(shí)，停止按照步長(zhǎng)Ll改變占空比Pn大于Pn-I并且Pn大于Pn+1的時(shí)候，說明Pn是搜索到的最大功率點(diǎn)，此時(shí)的PWM的占空比是最大功率的占空比，保持當(dāng)前的充電電壓電流即達(dá)到了太陽(yáng)能電池板的最大利用率，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的工作狀態(tài)來得到Ll的最佳值。由以上較佳具體實(shí)施例的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求范圍加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請(qǐng)的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，包括第一功率檢測(cè)模塊，連接在一太陽(yáng)能電池板輸出端；功率輸出控制開關(guān)，連接在上述太陽(yáng)能電池板和一負(fù)載之間；以及系統(tǒng)控制模塊，連接該第一功率檢測(cè)模塊和該功率輸出控制開關(guān)，其中該系統(tǒng)控制模塊包括功率比較單元、控制單元和脈寬調(diào)制單元，所述比較單元接收該第一功率檢測(cè)模塊的第一檢測(cè)信號(hào)，并向該控制單元輸出一比較結(jié)果，所述控制單元根據(jù)上述比較結(jié)果向該脈寬調(diào)制單元施加一脈沖信號(hào)，所述脈寬調(diào)制單元對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行占空比調(diào)，并將調(diào)制后的脈沖信號(hào)輸出給功率輸出控制開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述第一功率檢測(cè)模塊包括第一輸出電壓檢測(cè)單元、第一輸出電流檢測(cè)單元和功率乘法器。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述功率輸出控制開關(guān)為絕緣柵型可控晶體管或者功率場(chǎng)效應(yīng)管。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述功率比較單元包括功率寄存器和功率比較器。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述脈寬調(diào)制單元包括脈寬調(diào)制器以及功率放大器。
6.一種太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括太陽(yáng)能電池板、蓄電池，以及如權(quán)利要求1至5所述的太陽(yáng)能電池輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中該太陽(yáng)能輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的該功率輸出控制開關(guān)連接在所述太陽(yáng)能電池板和所述蓄電池之間；該太陽(yáng)能輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的該第一功率檢測(cè)模塊連接在所述太陽(yáng)能電池板的輸出端。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于還包括第二功率檢測(cè)模塊，連接在該蓄電池的輸出端上，并向太陽(yáng)能輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入第二檢測(cè)信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于所述第二功率檢測(cè)模塊包括第二輸出電壓檢測(cè)單元和第二輸出電流檢測(cè)單元。
專利摘要本實(shí)用新型是一種太陽(yáng)能電池及其輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該輸出功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括檢測(cè)模塊、系統(tǒng)控制模塊和一個(gè)功率輸出控制開關(guān)。檢測(cè)模塊用以檢測(cè)太陽(yáng)能電池板和蓄電池的輸出功率，并通過系統(tǒng)控制模塊計(jì)算出太陽(yáng)能電池板的最佳輸出功率。實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池在環(huán)境變化下的充電功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，提高了太陽(yáng)能電池板的光能利用效率。
文檔編號(hào)G05F1/67GK202120154SQ20112004437
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者何建龍, 吳迪, 張曉俊, 陶智 申請(qǐng)人:蘇州市曦煜光電有限公司