一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]我國太陽能資源豐富，分布廣泛，是最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕Y源，隨著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，太陽能光伏發(fā)電因其清潔，安全，便利，高效等特點(diǎn)，已成為世界各國普遍關(guān)注和重點(diǎn)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。2012年1月全國能源會(huì)議在京召開，會(huì)議提出大力發(fā)展新能源和可再生能源的，積極發(fā)展水電，協(xié)調(diào)發(fā)展風(fēng)電，大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電。全國光伏發(fā)電裝機(jī)量達(dá)到1000萬千瓦。二月，國務(wù)院召開常務(wù)會(huì)議，研究確定了促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的政策措施。在“十二五”規(guī)劃要求清潔能源占到總量的15%。到2015年我國光伏發(fā)電裝機(jī)容量規(guī)模達(dá)到10GW，每年新增光伏裝機(jī)總量將達(dá)2GW。在2013年2月國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于完善太陽能光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》，根據(jù)各地太陽能源條件和建設(shè)成本，將全國分為三類資源區(qū)，分別執(zhí)行不同的電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。由國家政策的推動(dòng)，我國的光伏市場正在逐漸的完善。
[0003]由于我國人口眾多，對于資源的不合理利用，造成當(dāng)期對于能源需求的增加，光伏發(fā)電作為一種清潔可再生的能源，受到人們越來越多的關(guān)注。當(dāng)前由于我國對于光伏發(fā)電研究起步比較晚，很多光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)依賴進(jìn)口來滿足內(nèi)需。
[0004]對于光伏發(fā)電中最重要的組成部分太陽能電池(光伏組件)，沒有充分的認(rèn)識(shí)。不了解太陽能電池的輸出特性。這就需要能夠測試太陽能電池的輸出特性。了解太陽能電池在任意條件下的輸出特性。通過對輸出特性分析，能夠了解某一地區(qū)太陽能電池的輸出功率，以及對于設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)有一定的數(shù)據(jù)支持。太陽能電池的輸出特性主要包括:輸出電壓、電流及對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)。輸出電壓、電流能夠反映當(dāng)前太陽能電池的工作特性;環(huán)境參數(shù)能夠反映太陽能電池的工作條件。
[0005]太陽能電池陣列模擬器的功能就是為被測試對象提供一個(gè)可復(fù)現(xiàn)真實(shí)太陽能電池特性的非線性電源，該電源在工作中可根據(jù)負(fù)載的變化調(diào)整其輸出，并使其工作點(diǎn)維持在對應(yīng)的1-V特性曲線上。太陽能電池陣列模擬器可以分為模擬式和數(shù)字式。由于模擬式自身存在的局限性，已經(jīng)不被研究人員采用;數(shù)字式能夠較為準(zhǔn)確的模擬太陽能電池陣列的輸出特性，正受到研究人員的關(guān)注。數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器是以太陽能電池工程數(shù)學(xué)函數(shù)模型為基礎(chǔ)，電力電子技術(shù)與控制技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)的。其可以在實(shí)驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)不同功率太陽能電池在不同日照強(qiáng)度和溫度下的特性。在國內(nèi)合肥工業(yè)大學(xué)較早進(jìn)行模擬器的設(shè)計(jì)研究，對太陽能電池陣列的工程計(jì)算模型進(jìn)行系統(tǒng)分析，采用變壓器的單端正激型變換器加上位機(jī)控制完成的仿真電源，能夠很好的仿真太陽能發(fā)電系統(tǒng)，能夠在上位機(jī)上顯示仿真的曲線和仿真的實(shí)際情況。浙江大學(xué)在硬件上使用全橋拓?fù)?，控制算法采用逐點(diǎn)差值比較法，也實(shí)現(xiàn)了對太陽能電池陣列輸出特性的較好的模擬。從國內(nèi)外的研究成果可以看出，功率電路基本上都是基于DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過控制芯片控制功率部分主電路的輸出，使用的算法根據(jù)自身的特點(diǎn)各有不同，基本上都實(shí)現(xiàn)了對特性曲線的模擬仿真。
[0006]太陽能電池模擬器主要分為三個(gè)部分:太陽能電池的數(shù)學(xué)模型、功率電路的設(shè)計(jì)、工作點(diǎn)跟蹤算法的設(shè)計(jì)。
[0007]太陽能電池?cái)?shù)學(xué)模型:分析太陽能電池的輸出特性，結(jié)合太陽能電池的等效電路，建立太陽能電池的數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)學(xué)模型的分析和推導(dǎo)，建立了在工程上計(jì)算用的太陽能電池?cái)?shù)學(xué)模型，根據(jù)廠家提供的太陽能電池陣列的開路電壓V。。，短路電流I。。，最大功率點(diǎn)Pm以及最大功率點(diǎn)的電壓VjPIm，能夠計(jì)算并確定在標(biāo)準(zhǔn)情況下的太陽能電池的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式;根據(jù)在環(huán)境參數(shù)變化時(shí)對應(yīng)的電壓和電流的變化量，能夠得出非標(biāo)準(zhǔn)情況下的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
[0008]功率電路的設(shè)計(jì):輸入電源為市電，通過整流電路輸入到功率電路中，控制模塊采集輸出的電壓和電流，通過一定的算法調(diào)節(jié)功率電路的輸出，使功率電路的輸出和數(shù)學(xué)模型計(jì)算的數(shù)值一致。
[0009]工作點(diǎn)跟蹤是由于太陽能電池輸出特性曲線的特殊性決定的。太陽能電池的輸出隨著負(fù)載的變化而變化，也就是說在整個(gè)過程中，需要對模擬器的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測，一旦負(fù)載變化，要求模擬器能夠迅速地逼近工作點(diǎn)。
[0010]當(dāng)前，模擬太陽能電池輸出特性曲線主要有兩種方法:1、預(yù)先存儲(chǔ)某一條件下太陽能電池板的輸出數(shù)據(jù)，通過查表或者擬合進(jìn)行輸出特性的模擬，這種方法要求單片必須具備一定的存儲(chǔ)空間，模擬數(shù)據(jù)有限;2、建立太陽能電池的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通用的方法都是采用八11.5，1000?/!112，251條件下測得的太陽能電池陣列的開路電壓，短路電流，最大功率點(diǎn)處的電壓和電流，通過一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式建立太陽能電池模型，并推導(dǎo)出非標(biāo)準(zhǔn)情況下的數(shù)學(xué)表達(dá)式，這種方法雖然能夠較為準(zhǔn)確模擬輸出特性曲線，但是對于單片機(jī)對數(shù)學(xué)表達(dá)式的計(jì)算能力有一定的要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器，能夠采集任意型號(hào)的太陽能電池輸出特性，并依據(jù)所設(shè)置的溫度和光照強(qiáng)度進(jìn)行模擬其輸出特性;解決了太陽能電池模擬器單一性的問題，除了能夠模擬太陽能電池的輸出特性，還能夠模擬相似于太陽能電池的輸出特性。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0013]一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器，包括
[0014]太陽能電池輸出特性檢測模塊，用于采集太陽能電池的輸出電壓和電流的值，以及對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，并將采集到的太陽能電池的參數(shù)通過CAN總線通信傳遞給上位機(jī);在測試的時(shí)候，可以人為提供一些環(huán)境(例如陰影)，采集太陽能電池的輸出特性。
[0015]上位機(jī)，用于監(jiān)測顯示當(dāng)前模擬器輸出電壓和電流值，存儲(chǔ)太陽能電池測試模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)用戶的要求設(shè)定輸出的電壓和電流，設(shè)定模擬器模擬的輸出特性曲線，并實(shí)時(shí)跟蹤模擬器負(fù)載的變化；
[0016]上位機(jī)通過PWM控制模塊連接有BUCK電路、整流電路，BUCK電路引入一個(gè)低端功率管Q2，能夠在功率管Q1處于關(guān)斷時(shí)，使電感產(chǎn)生感應(yīng)電流反方向流動(dòng)，確保BUCK電路始終工作在連續(xù)狀態(tài)模式(CCM)下，反饋環(huán)節(jié)采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)方式，能夠使系統(tǒng)在電壓發(fā)生改變的時(shí)候迅速穩(wěn)定且便于控制。
[0017]作為優(yōu)選，所述太陽能電池輸出特性檢測模塊包括電壓采集傳感器、電流采集傳感器、輻照度采集模塊和溫度采集模塊。采用動(dòng)態(tài)電容方法進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)整個(gè)采集的自動(dòng)化，減少人為誤差。
[0018]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0019]能夠采集任意型號(hào)的太陽能電池輸出特性，并依據(jù)所設(shè)置的溫度和光照強(qiáng)度進(jìn)行模擬其輸出特性;解決了太陽能電池模擬器單一性的問題，除了能夠模擬太陽能電池的輸出特性，還能夠模擬相似于太陽能電池的輸出特性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器的工作流程不意圖。
[0022]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器功率電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0024]如圖1-3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器，包括
[0025]太陽能電池輸出特性檢測模塊，用于采集太陽能電池的輸出電壓和電流的值，以及對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，并將采集到的太陽能電池的參數(shù)通過CAN總線通信傳遞給上位機(jī);在測試的時(shí)候，可以人為提供一些環(huán)境(例如陰影)，采集太陽能電池的輸出特性。
[0026]上位機(jī)，用于監(jiān)測顯示當(dāng)前模擬器輸出電壓和電流值，存儲(chǔ)太陽能電池測試模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)用戶的要求設(shè)定輸出的電壓和電流，設(shè)定模擬器模擬的輸出特性曲線，并實(shí)時(shí)跟蹤模擬器負(fù)載的變化；
[0027]上位機(jī)通過PWM控制模塊連接有BUCK電路、整流電路，BUCK電路引入一個(gè)低端功率管Q2，能夠在功率管Q1處于關(guān)斷時(shí)，使電感產(chǎn)生感應(yīng)電流反方向流動(dòng)，確保BUCK電路始終工作在連續(xù)狀態(tài)模式(CCM)下，反饋環(huán)節(jié)采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)方式，能夠使系統(tǒng)在電壓發(fā)生改變的時(shí)候迅速穩(wěn)定且便于控制。
[0028]所述太陽能電池輸出特性檢測模塊包括電壓采集傳感器、電流采集傳感器、輻照度采集模塊和溫度采集模塊。采用動(dòng)態(tài)電容方法進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)整個(gè)采集的自動(dòng)化，減少人為誤差。
[0029]本具體實(shí)施能夠采集任意型號(hào)的太陽能電池輸出特性，并依據(jù)所設(shè)置的溫度和光照強(qiáng)度進(jìn)行模擬其輸出特性;解決了太陽能電池模擬器單一性的問題，除了能夠模擬太陽能電池的輸出特性，還能夠模擬相似于太陽能電池的輸出特性。
[0030]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器，其特征在于，包括太陽能電池輸出特性檢測模塊，用于采集太陽能電池的輸出電壓和電流的值，以及對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，并將采集到的太陽能電池的參數(shù)通過CAN總線通信傳遞給上位機(jī)； 上位機(jī)，用于監(jiān)測顯示當(dāng)前模擬器輸出電壓和電流值，存儲(chǔ)太陽能電池測試模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)用戶的要求設(shè)定輸出的電壓和電流，設(shè)定模擬器模擬的輸出特性曲線，并實(shí)時(shí)跟蹤模擬器負(fù)載的變化； 所述上位機(jī)通過PWM控制模塊連接有BUCK電路、整流電路，BUCK電路引入一個(gè)低端功率管Q2;所述太陽能電池輸出特性檢測模塊包括電壓采集傳感器、電流采集傳感器、輻照度采集模塊和溫度采集模塊。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有自學(xué)習(xí)功能的太陽能電池陣列模擬器，包括太陽能電池輸出特性檢測模塊，用于采集太陽能電池的輸出電壓和電流的值，以及對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，并將采集到的太陽能電池的參數(shù)通過CAN總線通信傳遞給上位機(jī)；上位機(jī)，用于監(jiān)測顯示當(dāng)前模擬器輸出電壓和電流值，存儲(chǔ)太陽能電池測試模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)用戶的要求設(shè)定輸出的電壓和電流，設(shè)定模擬器模擬的輸出特性曲線，并實(shí)時(shí)跟蹤模擬器負(fù)載的變化；本實(shí)用新型能夠使系統(tǒng)在電壓發(fā)生改變的時(shí)候迅速穩(wěn)定且便于控制。本實(shí)用新型能夠采集任意型號(hào)的太陽能電池輸出特性，并依據(jù)所設(shè)置的溫度和光照強(qiáng)度進(jìn)行模擬其輸出特性。
【IPC分類】H02S50/10, H02M7/12
【公開號(hào)】CN205092783
【申請?zhí)枴緾N201520821351
【發(fā)明人】周軍, 李曙光
【申請人】東北電力大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年10月12日