專利名稱：用于光伏組件的有源p-v特性校正方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光伏發電技術領域，具體涉及一種用于光伏電源系統中光
伏組件的有源P-V特性校正方法與裝置，用于保證光伏組件在局部陰影條
件下只有一個最大功率點。
背景技術：
以清潔、可再生的太陽光為能源的光伏發電技術作為解決全球能源危機和環境問題，實現可持續發展的重要策略之一，受到了世界各國的重視。
在光伏發電系統中，由于光伏組件輸出的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)特性呈非線性、具有最大功率點，而且其最大功率點隨著光照和
環境溫度等因素變化，為了最大化系統的輸出功率，必須采用適當的最大功率點跟蹤技術，保證系統總是運行在光伏組件最大功率點。
光伏組件在光照條件一致的情況下，其P-V特性曲線只有一個極值點，即最大功率點，如圖1為光伏組件在不同光照條件下的I-V和P-V特性曲
線。然而大量的光伏發電系統周圍存在建筑物和樹木等，它們在光伏組件
上形成的局部陰影不僅導致光伏組件輸出功率降低，而且其P-V特性曲線出現多個極值點，如圖2所示為局部陰影條件下光伏組件的P-V特性曲線。由于光伏組件的P-V特性曲線出現了多個極值點，常用的擾動觀察法和導納增量法容易陷入局部極值點，并不能保證光伏組件運行在真正的全局最大功率點，造成能量損失。
為了提高具有多個功率極值點的光伏組件的輸出功率，目前人們主要從改進和提出新型的全局最大功率點跟蹤算法方面進行了一些研究，這些方法存在一個共同的問題當光伏組件出現多個極值點后，這些方法只能被動的搜索光伏組件當前的全局最大功率點，此時全局最大功率點的功率遠小于當前光伏組件可輸出的功率，同時最大功率點跟蹤算法的參數設計和實現比較復雜。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于光伏組件的有源P-V特性校正方法和
裝置，提高了光伏組件在局部陰影條件下的能量轉化效率。
用于光伏組件的有源P-V特性校正方法，具體為將光伏組件中串聯的光伏電池元平均分組，保證每一電池元組的輸出電壓相等。
針對光伏電池元平均分為三組的情況，本發明提供了有源p-v特性校正裝置，包括相并聯的電容橋臂、第一 MOSFET橋臂和第二 MOSFET橋臂；電容橋臂由第一、二、三電容Q、 C2、 Q串聯構成；第一，二 MOSFET橋臂結構相同，由P溝道MOSFET S！的漏極和N溝道MOSFET S2的漏極串接構成，P溝道MOSFET St的柵極和N溝道MOSFET S2的柵極分別連接電容橋臂的兩端；第一 MOSFET橋臂中的P溝道MOSFET Sr漏極通過第一電感L,連接第一，二電容d， C2的相接點，第二 MOSFET橋臂中的P溝道MOSFET漏極通過第二電感L2連接第二，三電容C2， C3的相接點。本發明的技術效果體現在現有技術中，光伏組件主要由三組數量相同的光伏電池元串聯，每組分別并聯一個旁路二極管，當存在局部陰影時，三組光伏電池元的中部分旁路二極管可能導通，導致被旁路的光伏電池元的能量損失，大大降低了光伏組件的能量轉化效率，同時光伏組件的輸出P-V特性曲線出現多個極值點，常規的最大功率點跟蹤算法容易陷入局部極值點，造成能量損失。采用本發明公開的方法控制光伏組件中三組電池元的輸出電壓相等，旁路二極管總處于截至狀態，每組光伏電池元均能輸出能量，從而提高了光伏組件的能量轉化效率，同時光伏組件的輸出P-V特
性曲線只有一個最大功率點，采用常規的最大功率點算法即可搜索到全局最大功率點。
本發明為光伏組件中每組串聯連接的光伏電池元并聯一個有源P-V特性校正電路實現的等效電壓源，通過控制四個MOSFET的開關占空比保持各組光伏電池元的輸出電壓之比為1,可將局部陰影條件下具有多個功率極值點的光伏組件的P-V特性校正為僅有一個功率極值點的特性，采用擾動觀察法或導納增量法等常用的最大功率點跟蹤方法即可保證系統運行在最大功率點，提高了光伏組件的輸出功率。
本發明電路簡潔，成本低，能有效解決局部陰影條件下常用最大功率點跟蹤算法容易陷入局部極值點的問題，適用于局部陰影問題較嚴重的各種光伏電源系統。既適用于獨立型光伏發電系統，也適用于并網型光伏發電系統，還可廣泛應用于光伏照明等小型光伏系統，特別適合于光伏組件集成變換器應用。
圖1為不同光照條件下光伏組件的P-V特性曲線示意圖。圖2為局部陰影條件下光伏組件的P-V特性曲線示意圖。圖3為應用本發明的最大功率點跟蹤系統框圖。圖4為光伏組件的內部接線圖。圖5為有源P-V特性校正電路圖。
圖6為經有源P-V特性校正電路校正前后的光伏組件的P-V特性曲線示意圖。
具體實施例方式
圖3為應用本發明有源P-V特性校正電路的最大功率點跟蹤系統框圖，包括光伏組件l、有源P-V特性校正電路2、光伏發電變換器3、負載4和光伏發電控制器5。
光伏組件1的內部接線圖如圖4所示，光伏組件1為具有以下特征的商用光伏組件由大量光伏電池元串聯構成，平均分為三組，分別并聯三個旁路二極管。光伏組件的正極、中間一個旁路二極管的陰極、中間一個旁路二極管的陽極和光伏組件的負極分別為光伏組件1的"+"端、"A"端、"B"端和"-"端。
有源P-V特性校正電路2的具體電路如圖5所示，有源P-V特性校正電路2包括兩個P溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)管Sj和S3、兩個N溝道MOSFET管S2和S4、兩個電感Li和L2，三個電容構成d、 G和C3。其中S,的漏極與S2漏極相連，串聯為第一 MOSFET橋臂，S3的漏極與S4漏極相連，串聯為第二MOSFET橋臂，三個電容d、 C2和C3依次串聯連接構成一個電容橋臂，兩個MOSFET橋臂與電容橋臂并聯連接，兩個MOSFET橋臂的中點分別通過電感L,和L2與電容橋臂中間的電容C2的上端和下端相連。S!的源極、電容橋臂中間電容的上端、電容橋臂中間的電容的下端和S2的源極分別為有源P-V特性校正電路的"+"端、"A"端、"B"端和"-"端，四個MOSFET的四個柵極為驅動信號輸入端。
光伏組件1的"+"端、"A"端、"B"端和"-"端分別對應與有源P-V特性校正電路2的"+"端、"A"端、"B"端和"-"端相連。有源P-V特性校正電路2接在光伏組件1和光伏發電變換器3之間。
光伏發電變換器3為可滿足光伏組件能量變換要求的不同電路拓撲，負載4可為蓄電池或后級并網逆變器等不同負載。
最大功率點跟蹤控制器5以單片機或者數字信號處理器為核心實現常規的擾動觀察法和導納增量法等不同最大功率點跟蹤算法以及光伏發電變換器3的控制。
最大功率點跟蹤控制器5輸出四路驅動信號，其中P溝道MOSFET Sj與S2的驅動信號互補，且存在適當的死區防止橋臂直通，S2的驅動信號為占空比為l/3的方波，N溝道MOSFET S3與S4的驅動信號互補，且存在適
當的死區防止橋臂直通，S3的驅動信號與S2的驅動信號完全相同。
圖6中曲線a為未經過校正的光伏組件的P-V特性曲線，曲線b為校正后的光伏組件的P-V特性曲線。由圖3可以看出經過有源P-V特性校正之后，光伏組件的P-V特性曲線只有一個極值點，且最大功率點的輸出功率比未校正前大大增加。可以看出，本發明有效解決常用的最大功率點跟蹤算法在具有多個功率極值點的光伏組件中應用時，容易陷入局部極值點，造成能量損失的問題。
權利要求
1、用于光伏組件的有源P-V特性校正方法，具體為將光伏組件中串聯的光伏電池元平均分組，保證每一電池元組的輸出電壓相等。
2、 根據權利要求1所述的用于光伏組件的有源P-V特性校正方法， 其特征在于，將光伏組件中串聯的光伏電池元平均分為三組。
3、 實現權利要求2所述方法的有源P-V特性校正裝置，包括相并聯 的電容橋臂、第一MOSFET橋臂和第二MOSFET橋臂；電容橋臂由第一、 二、三電容(d、 C2、 C3)串聯構成；第一，二MOSFET橋臂結構相同， 由P溝道MOSFET (St)的漏極和N溝道MOSFET (S2)的漏極串接構 成，P溝道MOSFET (SO的柵極和N溝道MOSFET (S2)的柵極分別連 接電容橋臂的兩端；第一 MOSFET橋臂中的P溝道MOSFET漏極通過第 一電感(L,)連接第一，二電容(d， C2)的相接點，第二 MOSFET橋臂 中的P溝道MOSFET漏極通過第二電感(L2)連接第二，三電容(C2， C3) 的相接點。
全文摘要
本發明公開了一種光伏組件的輸出P-V特性校正方法，將光伏組件中串聯的光伏電池元平均分組，保證每一電池元組的輸出電壓相等。針對光伏電池元平均分為三組的情況，本發明提供了校正裝置包括相并聯的電容橋臂和兩個MOSFET橋臂；電容橋臂由三個電容串聯構成，兩MOSFET橋臂結構相同，由P溝道MOSFET和N溝道MOSFET的漏極串接構成，第一MOSFET橋臂中的P溝道MOSFET漏極通過電感連接上述兩相鄰電容的相接點，第二MOSFET橋臂中的P溝道MOSFET漏極通過另一電感連接另外兩相鄰電容的相接點。本發明將局部陰影條件下具有多個功率極值點的光伏組件P-V特性校正為僅有一個功率極值點，采用最大功率點跟蹤方法保證系統運行在最大功率點，提高了光伏組件的輸出功率。
文檔編號H01L31/18GK101593795SQ200910062930
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者劉邦銀, 勇 康, 段善旭 申請人:華中科技大學