一種太陽能發電最大功率跟蹤方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種太陽能發電最大功率跟蹤方法及裝置，方法包括：獲取太陽能光伏電池板的電壓、電流和環境溫度；在所述電流小于額定電流時，判斷所述環境溫度是否小于預設溫度；根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策略。本發明根據溫度的不同采用不同的太陽能發電最大功率跟蹤策略，避免了無論溫度高低均采用同一最大功率點跟蹤算法導致的跟蹤效率低并減少了在最大功率點周圍震蕩的功率損耗，且方法簡單。
【專利說明】
一種太陽能發電最大功率跟蹤方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及太陽能光伏發電技術領域，尤其涉及一種太陽能發電最大功率跟蹤方 法及裝置。
【背景技術】
[0002] 在太陽能光伏發電系統中，太陽能電池是最基本的環節，若要提高整個系統的效 率必須要提高太陽能電池的轉換效率，使其輸出功率為最大功率，然而，太陽能光伏電池具 有非線性特性，它的輸出功率隨著外界環境總存在一個最大功率點。
[0003] 對于光伏電池的最大功率跟蹤，最大功率點跟蹤的算法有很多種，常用的有:丨旦定 電壓法、擾動觀察法、電導增量法、模糊控制法、神經網絡法等。恒定電壓法簡單、方便、良好 的可靠性和穩定性，但是當溫度變化時，功率點發生變化，產生功率損失比較大。擾動電壓 法比較簡單可靠、且容易實現，但運行點一直在最大功率點左右震蕩，且難以選擇合適的步 長。電導增量法能夠減少能量損失提高轉換效率，但是運算較復雜，在最大功率點有抖動。 模糊控制法需要設計人員有足夠的經驗。神經網絡控制需要使用大量的輸入輸出樣本數 據，耗時長，對微處理器的性能要求很高。
[0004] 因此，需要提供一種可以解決上述問題、不復雜的太陽能發電最大功率跟蹤方法。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種太陽能發電最大功率跟蹤方法及裝置，該方法根據溫度的不同采 用不同的太陽能發電最大功率跟蹤策略，避免了無論溫度高低均采用同一最大功率點跟 蹤算法導致的跟蹤效率低并減少了在最大功率點周圍震蕩的功率損耗，且方法簡單。
[0006] 第一方面，本發明提供一種太陽能發電最大功率跟蹤方法，包括：
[0007] 獲取太陽能光伏電池板的電壓、電流和環境溫度；
[0008] 在所述電流小于額定電流時，判斷所述環境溫度是否小于預設溫度；
[0009] 根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策略。
[0010] 優選的，根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策略，包 括：
[0011] 若所述環境溫度小于預設溫度，則將所述電壓和電流作為當前電壓和當前電流， 并根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽能光伏電池板 當前最大輸出功率；
[0012] 若所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率小于預設的最大功率，則向用于調節 太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號，以使所述角度調節裝置根據所 述角度調節信號調節太陽能光伏電池板的角度；
[0013] 在向用于調節太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號達到預 設時間段時，獲取太陽能光伏電池板的電壓和電流，并將所述電壓和電流作為當前電壓和 當前電流，重復所述根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算 太陽能光伏電池板當前最大輸出功率步驟，直到所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率 等于所述預設的最大功率。
[0014] 優選的，根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策略，包 括：
[0015] 若所述環境溫度大于等于預設溫度，則將所述電壓作為當前電壓，并計算所述電 流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0016] 判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值；
[0017] 若否，則按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的電壓，并將調節后的電壓作 為當前電壓，計算所述電流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0018] 重復所述判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值步驟，直到所 述比值的導數等于所述電流和當前電壓的比值。
[0019] 優選的，按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的輸出電壓，包括：
[0020] 若所述比值的導數小于所述電流和當前電壓的比值，則減小所述輸出電壓。
[0021] 優選的，按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的輸出電壓，包括：
[0022] 若所述比值的導數大于所述電流和當前電壓的比值，則增大所述輸出電壓。
[0023] 優選的，所述電流和輸出功率的線性比例關系為：
[0024] Pm=Ki
[0025] 其中，Pm為輸出功率，K為常數，i為電流。
[0026] 第二方面，本發明還提供一種太陽能發電最大功率跟蹤裝置，包括：
[0027] 獲取單元，用于獲取太陽能光伏電池板的電壓、電流和環境溫度；
[0028] 判斷單元，用于在所述電流小于額定電流時，判斷所述環境溫度是否小于預設溫 度；
[0029] 確定單元，用于根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策 略。
[0030] 優選的，所述確定單元還用于：
[0031] 若所述環境溫度小于預設溫度，則將所述電壓和電流作為當前電壓和當前電流， 并根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽能光伏電池 板當前最大輸出功率；
[0032] 若所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率小于預設的最大功率，則向用于調節 太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號，以使所述角度調節裝置根據所 述角度調節信號調節太陽能光伏電池板的角度；
[0033] 在向用于調節太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號達到預 設時間段時，獲取太陽能光伏電池板的電壓和電流，并將所述電壓和電流作為當前電壓和 當前電流，重復所述根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算 太陽能光伏電池板當前最大輸出功率步驟，直到所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率 等于所述預設的最大功率。
[0034] 優選的，所述確定單元還用于：
[0035]若所述環境溫度大于等于預設溫度，則將所述電壓作為當前電壓，并計算所述電 流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0036] 判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值；
[0037] 若否，則按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的電壓，并將調節后的電壓作 為當前電壓，計算所述電流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0038] 重復所述判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值步驟，直到所 述比值的導數等于所述電流和當前電壓的比值。
[0039] 優選的，所述確定單元還用于：
[0040]若所述比值的導數小于所述電流和當前電壓的比值，則減小所述輸出電壓。
[0041]由上述技術方案可知，本發明根據溫度的不同采用不同的太陽能發電最大功率跟 蹤策略，避免了無論溫度高低均采用同一最大功率點跟蹤算法導致的跟蹤效率低并減少了 在最大功率點周圍震蕩的功率損耗，且方法簡單。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發明一實施例提供的一種太陽能發電最大功率跟蹤方法的流程圖；
[0043]圖2為線性電流曲線圖；
[0044] 圖3為功率極值圖。
[0045] 圖4為本發明一實施例提供的一種太陽能發電最大功率跟蹤裝置的結構示意圖。 [0046] 附圖標記說明
[0047] 獲取單元41判斷單元42確定單元43
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0049] 圖1為本發明一實施例提供的一種太陽能發電最大功率跟蹤方法的流程圖。
[0050] 本發明的發電最大功率跟蹤方法，是基于線性電流法和導數法，綜合考慮太陽能 系統光照動態性能，具體為：
[0051] 如圖1所示的一種太陽能發電最大功率跟蹤方法，包括：
[0052] S11、獲取太陽能光伏電池板的電壓、電流和環境溫度；
[0053]可以理解的是，電壓、電流和環境溫度的采集均可采用現有傳感器采集，比如采用 現有的電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器，本發明此處不再贅述。
[0054] S12、在所述電流小于額定電流時，判斷所述環境溫度是否小于預設溫度；
[0055] S13、根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策略。
[0056] 值得說明的是，本發明實施例所述的步驟在控制器中執行的，在本步驟中，通過傳 感器采集太陽能光伏電池板的電壓和電流，將采集到的電壓和電流經過AD轉換后送入控制 器中計算調節。
[0057] 本發明實施例根據溫度的不同采用不同的太陽能發電最大功率跟蹤策略，避免了 無論溫度高低均采用同一最大功率點跟蹤算法導致的跟蹤效率低并減少了在最大功率點 周圍震蕩的功率損耗，且方法簡單。
[0058]請參照圖2，圖2中I為太陽能光伏電池板的電流，P為太陽能光伏電池板輸出功率。 作為一種優選實施例，所述步驟S13,包括：
[0059] 若所述環境溫度小于預設溫度，則將所述電壓和電流作為當前電壓和當前電流， 并根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽能光伏電池板 當前最大輸出功率；
[0060] 在本實施例中，所述電流和輸出功率的線性比例關系為：
[0061] Pm=Ki
[0062] 其中，Pm為太陽能光伏電池板當前最大輸出功率，K為常數，i為電流。
[0063] K=Ko+AK
[0064] 其中，Ko為比例系數常量，AK為當溫度變化時比例系數的補償量，具有補償作用。
[0065] 若所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率小于預設的最大功率，則向用于調節 太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號，以使所述角度調節裝置根據所 述角度調節信號調節太陽能光伏電池板的角度；
[0066] 在向用于調節太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號達到預 設時間段時，獲取太陽能光伏電池板的電壓和電流，并將所述電壓和電流作為當前電壓和 當前電流，重復所述根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算 太陽能光伏電池板當前最大輸出功率步驟，直到所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功 率等于所述預設的最大功率。
[0067] 值得說明的是，所述角度調節裝置可以采用現有裝置實現，本發明在此不再詳述。 [0068]所述預設時間段一般為幾十毫秒。
[0069]可以理解的是，本發明實施例對應的是光照不正常，如多云的情況，在所述太陽能 光伏電池板當前最大輸出功率小于預設的最大功率時，調節太陽能光伏電池板的角度，使 其接受更多的光照，從而提高其輸出功率，最終使輸出的功率達到預設的最大功率。
[0070]本發明實施例實際采用的是擾動的方式，通過不斷調節太陽能光伏電池板的角度 使太陽能光伏電池板輸出的功率為最大功率。
[0071 ]作為一種優選實施例，所述步驟S13，包括：
[0072] 若所述環境溫度大于等于預設溫度，則將所述電壓作為當前電壓，并計算所述電 流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0073] 判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值；
[0074] 若否，則按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的電壓，并將調節后的電壓作 為當前電壓，計算所述電流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0075] 重復所述判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值步驟，直到所 述比值的導數等于所述電流和當前電壓的比值。
[0076] 可以理解的是，本發明實施例采用導數法進行控制，在實際工作中，由于設備跟蹤 精度和工作需要，最大功率點是一個，如圖3所示，圖3中，U為太陽能光伏電池 板的電壓，P為太陽能光伏電池板輸出功率。
[0077] 可以理解的是，本發明實施例為光照正常的情況，上述方法基于下式所示的導數 法
[0078] di/dU = -i/U
[0079] 式中，di為太陽能光伏電池板工作某采樣時刻與上一采樣時刻的電流變化量，dU 為太陽能光伏電池板工作某采樣時刻與上一采樣時刻的電壓變化量；i/u為此時刻太陽能 光伏電池板的輸出導納。
[0080] 如圖3所示，可以理解的是，太陽能光伏電池板在最大功率點的輸出電導變化量為 輸出電導的負值。
'則太陽能光伏電池板的工作點在最大功率點的右邊， 此時應減小輸出電壓j進行矯正；
：則太陽能光伏電池板的工作點在最大功率 點的左邊，此時應增大輸出電壓進行矯正;如果di/du=-i/u，則達到最大輸出功率(在本發 明中指預設的最大功率），并返回初始狀態等待并檢測，即按照上述太陽能發電最大功率跟 蹤方法重新執行步驟。
[0081] 根據圖3的功率極值圖可知，作為一種優選實施例，按照預設規則調節所述太陽能 光伏電池板的輸出電壓，包括：
[0082] 若所述比值的導數小于所述電流和當前電壓的比值，則減小所述輸出電壓。
[0083] 若所述比值的導數大于所述電流和當前電壓的比值，則增大所述輸出電壓。
[0084]圖4為本發明一實施例提供的太陽能發電最大功率跟蹤裝置的結構示意圖。
[0085] 如圖4所示的一種太陽能發電最大功率跟蹤裝置，包括：
[0086] 獲取單元41，用于獲取太陽能光伏電池板的電壓、電流和環境溫度；
[0087] 判斷單元42,用于在所述電流小于額定電流時，判斷所述環境溫度是否小于預設 溫度；
[0088]確定單元43,用于根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤 策略。
[0089]作為一種優選實施例，所述確定單元43還用于：
[0090] 若所述環境溫度小于預設溫度，則將所述電壓和電流作為當前電壓和當前電流， 并根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽能光伏電池板 當前最大輸出功率；
[0091] 若所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率小于預設的最大功率，則向用于調節 太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號，以使所述角度調節裝置根據所 述角度調節信號調節太陽能光伏電池板的角度；
[0092] 在向用于調節太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號達到預 設時間段時，獲取太陽能光伏電池板的電壓和電流，并將所述電壓和電流作為當前電壓和 當前電流，重復所述根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算 太陽能光伏電池板當前最大輸出功率步驟，直到所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率 等于所述預設的最大功率。
[0093]作為一種優選實施例，所述確定單元43還用于：
[0094] 若所述環境溫度大于等于預設溫度，則將所述電壓作為當前電壓，并計算所述電 流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0095] 判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值；
[0096] 若否，則按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的電壓，并將調節后的電壓作 為當前電壓，計算所述電流和當前電壓的比值以及所述比值的導數；
[0097]重復所述判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值步驟，直到所 述比值的導數等于所述電流和當前電壓的比值。
[0098]作為一種優選實施例，所述確定單元43還用于：
[0099]若所述比值的導數小于所述電流和當前電壓的比值，則減小所述輸出電壓。
[0100]由于本發明的一種太陽能發電最大功率跟蹤裝置和一種太陽能發電最大功率跟 蹤方法是一一對應的，因此對一種太陽能發電最大功率跟蹤裝置不再詳述。
[0101]本領域普通技術人員可以理解：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而 非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員 應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者 全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發 明權利要求所限定的范圍。
【主權項】
1. 一種太陽能發電最大功率跟蹤方法，其特征在于，包括： 獲取太陽能光伏電池板的電壓、電流和環境溫度； 在所述電流小于額定電流時，判斷所述環境溫度是否小于預設溫度； 根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策略。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽 能發電最大功率跟蹤策略，包括： 若所述環境溫度小于預設溫度，則將所述電壓和電流作為當前電壓和當前電流，并根 據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽能光伏電池板當前 最大輸出功率； 若所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率小于預設的最大功率，則向用于調節太陽 能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號，以使所述角度調節裝置根據所述角 度調節信號調節太陽能光伏電池板的角度； 在向用于調節太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號達到預設時 間段時，獲取太陽能光伏電池板的電壓和電流，并將所述電壓和電流作為當前電壓和當前 電流，重復所述根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽 能光伏電池板當前最大輸出功率步驟，直到所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率等于 所述預設的最大功率。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽 能發電最大功率跟蹤策略，包括： 若所述環境溫度大于等于預設溫度，則將所述電壓作為當前電壓，并計算所述電流和 當前電壓的比值以及所述比值的導數； 判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值； 若否，則按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的電壓，并將調節后的電壓作為當 前電壓，計算所述電流和當前電壓的比值以及所述比值的導數； 重復所述判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值步驟，直到所述比 值的導數等于所述電流和當前電壓的比值。4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板 的輸出電壓，包括： 若所述比值的導數小于所述電流和當前電壓的比值，則減小所述輸出電壓。5. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板 的輸出電壓，包括： 若所述比值的導數大于所述電流和當前電壓的比值，則增大所述輸出電壓。6. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述電流和輸出功率的線性比例關系為： Pm = Ki 其中，Pm為輸出功率，κ為常數，i為電流。7. -種太陽能發電最大功率跟蹤裝置，其特征在于，包括： 獲取單元，用于獲取太陽能光伏電池板的電壓、電流和環境溫度； 判斷單元，用于在所述電流小于額定電流時，判斷所述環境溫度是否小于預設溫度； 確定單元，用于根據判斷結果、所述電壓和電流，確定太陽能發電最大功率跟蹤策略。8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述確定單元還用于： 若所述環境溫度小于預設溫度，則將所述電壓和電流作為當前電壓和當前電流，并根 據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽能光伏電池板當前 最大輸出功率； 若所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率小于預設的最大功率，則向用于調節太陽 能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號，以使所述角度調節裝置根據所述角 度調節信號調節太陽能光伏電池板的角度； 在向用于調節太陽能光伏電池板角度的角度調節裝置輸出角度調節信號達到預設時 間段時，獲取太陽能光伏電池板的電壓和電流，并將所述電壓和電流作為當前電壓和當前 電流，重復所述根據所述當前電流以及預設的電流和輸出功率的線性比例關系，計算太陽 能光伏電池板當前最大輸出功率步驟，直到所述太陽能光伏電池板當前最大輸出功率等于 所述預設的最大功率。9. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述確定單元還用于： 若所述環境溫度大于等于預設溫度，則將所述電壓作為當前電壓，并計算所述電流和 當前電壓的比值以及所述比值的導數； 判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值； 若否，則按照預設規則調節所述太陽能光伏電池板的電壓，并將調節后的電壓作為當 前電壓，計算所述電流和當前電壓的比值以及所述比值的導數； 重復所述判斷所述比值的導數是否等于所述電流和當前電壓的比值步驟，直到所述比 值的導數等于所述電流和當前電壓的比值。10. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述確定單元還用于： 若所述比值的導數小于所述電流和當前電壓的比值，則減小所述輸出電壓。
【文檔編號】G05F1/67GK106055018SQ201610454456
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】杜松懷, 李建軍, 蘇娟
【申請人】中國農業大學