CN210468881U - 一种太阳能转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能转换器，包括太阳能阵列、控制***及负载，所述太阳能阵列输出的电压经控制***转换后为负载供电，所述太阳能阵列包括多个太阳能电池模块，每个所述的太阳能电池模块对应一个DCDC转换器，所述太阳能电池模块的输出端与DCDC转换器的输入端连接，所述DCDC转换器用于将太阳能电池模块的输出电进行升压后输出供电。本实用新型的优点在于：结构简单、实现方便而且可以做到安全有效的将太阳能电池阵列输出供电至负载端。使太阳能电池阵列的输出供电为高电压低电流，可以实现使相对较小的电缆能够安全方便的输送电流。

Description

一种太阳能转换器

技术领域

本实用新型涉及清洁能源转换领域，特别涉及一种太阳能转换器。

背景技术

在现代世界，对电力的需求是无处不在的。然而，许多电力来源，如核能、煤或化石燃料发电厂并不总是可行的，不仅产生电力，而且产生过度污染、资源枯竭和争议。为了避免这些缺点，利用太阳能的可再生能源，光伏太阳能电池板阵列在家庭环境和工业中得到了广泛的应用。太阳能电池板阵列特别适合单独应用于孤立的地区。太阳能电池板阵列不仅可以作为替代能源，而且多余的电力可以卖回给电力公司或储存起来供以后使用。

传统的家庭***一般在屋顶上安装太阳能电池板阵列或太阳能阵列，并与控制***电连接。所述太阳能阵列具有多个由若干太阳能电池组成的太阳能模块，模块的容量可以从几千瓦到100千瓦甚至更多。从逻辑上讲，模块的数量在一定程度上符合负载需求，因为每个模块都需要资金。此外，屋顶的面积有限，需要考虑方便和实际地保留模块。通常，一个模块由36个光伏电池组成，产生21到23伏的开路电压(OCV)和15到17伏的最大功率点电压。太阳能组件的标准额定功率从50w到150w不等。在大多数情况下，现有技术的太阳能组件会受到其性能特性的限制。针对这一点,已经有人尝试去优化太阳能模块的使用,减少太阳能模块需要的空间。已经定向添加了主动跟踪机制到每个太阳能模块，使得入射阳光能垂直于太阳能模块以提高效率。其他提高屋顶太阳能阵列效率和适用性的尝试包括建造塔楼以减少其占地面积。尽管有这些尝试，但由于这些方法所带来的额外费用和复杂性，太阳能电池阵列仍然是不常见的，也没有得到充分利用。因此，需要克服容量和费用方面的缺点，否则太阳能电池阵列的实际应用范围将继续受到限制。另外，太阳能组件是带电的，即在安装过程中输出功率。如果天气晴朗，发电会对安装人员造成安全隐患。因此，需要一种改进的太阳能模块控制***，这种***控制改进的模块在不使用时进入默认关闭模式，没有输出功率。因此，在安装期间和其他断开连接的时候，如更换和修理期间，可以确保足够的安全。因此，现有技术的需要一种新的太阳能转换器来实现太阳能的转换，部分或全部的解决现有技术的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种太阳能转换器，用于实现简化太阳能供电的电路结构的同时可以做到更好的、安全的传输电能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种太阳能转换器，包括太阳能阵列、控制***及负载，所述太阳能阵列输出的电压经控制***转换后为负载供电，所述太阳能阵列包括多个太阳能电池模块，每个所述的太阳能电池模块对应一个DCDC转换器，所述太阳能电池模块的输出端与DCDC转换器的输入端连接，所述DCDC转换器用于将太阳能电池模块的输出电进行升压后输出供电。

所述DCDC转换器包括DCDC升压电路。

所述DCDC转换器还包括最大功率点***。

所述控制***包括DC/AC逆变器，所述DCAC逆变器用于将太阳能阵列输出的直流电逆变成符合负载供电需求的交流电。

所述控制***还包括主控制器以及***开关，所述***开关与主控制器连接，所述主控制器的输出端分别连接DCDC转换器和DC/AC逆变器。

所述太阳能电池模块与DCDC转换器之间串接设置继电器，所述主控制器的输出端与继电器连接，用于驱动继电器的闭合断开。

所述太阳能转换器还包括不间断电源装置，所述不间断电源装置设置在太阳能阵列输出端和控制***输入端之间。

所述不间断电源装置包括储能装置，所述储能装置包括高压飞轮储能***和或超级电容器。

本实用新型的优点在于：结构简单、实现方便而且可以做到安全有效的将太阳能电池阵列输出供电至负载端。使太阳能电池阵列的输出供电为高电压低电流，可以实现使相对较小的电缆能够安全方便的输送电流；同时可以使用较高的开关频率来显著降低***的尺寸和滤波需求。安全有效，可以在不用时断开阵列输出供电，防止带电安装的风险；设置有不间断供电装置，可以一定时间内延长太阳能的供电，避免停电对负载造成的影响。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明太阳电池板阵列实施例一的原理示意图

图2为本发明太阳电池板阵列实施例二的原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明涉及一种用于控制太阳能模块的输出的控制单元。所述控制单元包括用于耦合到所述太阳能模块的输出的转换器，所述转换器被配置和安排为将输出转换为高电压和低电流。在降低复杂性和费用的同时，为一定尺寸的太阳能电池提供容量更大的太阳能电池阵列是可取的，这样太阳能电池就可以更经济地使用，并应用于更广泛的领域。该阵列可在子组件级优化功率输出，以增加所产生的总功率。该***可对现有阵列进行改造，以提供更多的发电能力。该***可以调节开启关闭模式，以便安全安装。

具体地，一种太阳能转换器，包括太阳能阵列、控制***及负载，太阳能阵列输出的电压经控制***转换后为负载供电，太阳能阵列包括多个太阳能电池模块，每个所述的太阳能电池模块对应一个DCDC转换器，太阳能电池模块的输出端与DCDC转换器的输入端连接，DCDC转换器用于将太阳能电池模块的输出电进行升压后输出供电。

其中DCDC转换器包括DCDC升压电路、最大功率点***，DCDC升压电路用于将太阳能电池模块输出电压升压至380VDC，最大功率点***用于实现对于太阳能电池的跟踪控制。

控制***包括DC/AC逆变器、主控制器以及***开关，DCAC逆变器用于将太阳能阵列输出的直流电逆变成符合负载供电需求的交流电。主控制器采用单片机等数据处理控制器，***开关采用按键开关。***开关与主控制器连接，主控制器的输出端分别连接DCDC转换器和DC/AC逆变器。***开关用于给单片机开启关闭信号，单片机根据开启关闭信号来控制DCDC转换器以及DCAC转换器的工作，从而控制太阳能电池模块的输出，避免在安装维修过程中太阳能电池板输出电压造成的可能存在的触电风险。

进一步地，太阳能电池模块与DCDC转换器之间串接设置继电器，主控制器的输出端与继电器连接，用于驱动继电器的闭合断开。在***开关关闭信号时同时断开继电器，从而在根本上断开阵列的输出，保证安全。

优选的，太阳能转换器还包括不间断电源装置，不间断电源装置设置在太阳能阵列输出端和控制***输入端之间。不间断电源用于实现在太阳能电池板正常工作时充电并在不工作时由不间断电源的内部储能模块供电。不间断电源包括储能装置、第一继电器、第二继电器，太阳能阵列的输出端经过第一继电器后与控制***连接，储能装置与第二继电器串联后并联在第一继电器两端，单片机通过互感器检测太阳能阵列输出端输出电是否正常，并根据其输出电来控制第一继电器第二继电器的断开闭合状态，这就是不间断电源的原理。同时为了进一步可能方便在维修时不间断电源出现供电，可以在第二继电器串接一个手动开关，这样就可以手动的控制储能装置是否工作。

在本申请中，不间断电源装置的储能装置采用包括高压飞轮储能***和或超级电容器来实现，超级电容器的输出端会设置一些转换装置如DCDC电路等，用于转换后经继电器、手动开关等输出。

如图1所示，改进后的太阳能阵列发电***采用参考编号110。该***110包括一个屋顶安装的太阳能阵列120，与控制***140电连接。太阳能电池阵列120具有多个太阳能电池模块130(a-n)。每个太阳能组件130(a-n)都有对应的DC/DC转换器131(a-n)，用于将原始面板输出转换为标称380V DC输出。通过相对较小、安全、高电压、低电流的电缆(未显示)，模块130可以很容易地并联并连接到控制***140。所得到的380VDC级别更适合创建220VAC，而不是12VDC。使用转换器131的另一个优点是可以使用相对较高的开关频率来显著降低***110的尺寸和滤波要求。DC/DC转换器131包括最大功率点***。具有最大功率点***的DC/DC转换器131根据太阳能模块130的当前运行条件使模块输出最大化。例如，当模块130c接收到阳光直射时，模块130a可能暂时被云层或物体遮挡。在这种情况下，板材130a和130c的性能特性是不同的，例如，每个板材的最佳功率设置是不一样的。相应的DC/DC转换器131a和131c将独特地调节模块的操作，使得模块130a和130c将单独地产生尽可能的最大功率。因此，太阳能阵列120的最大输出功率被最大化，可以使用更少的模块130来产生与现有技术***相当的功率。

每个太阳能模块130包含32个单元，分成两组，每组16个。二极管通常设置在每组16个单元之间，以防止在背阴条件和其他可能导致面板输出变化的事件期间反向电流流动。多个DC/DC转换器131通过拾取二极管处的输出来调节模块130的每组16个单元的输出。因此，本发明的优点可以通过改造用于新的和现有的太阳能组件。连接DC/DC转换器131以使模块130的每个单元的输出最大化。DC/DC转换器131还配置为需要从控制***140到输出功率的信号。面板130没有接收到此信号，则默认无电源输出模式。因此，安装人员可以在晴天处理面板130，而不用担心由此产生的电力。

在***110中，通过进一步简化，控制***140也得到了改进。控制***140包括具有单个DC/AC逆变器147的中央逆变器144。DC/AC逆变器147从太阳能阵列120中准备原始电源，供负载126使用或通过公用事业电网128出售给公用事业公司。优选实施例中，逆变器147是相对简单的、低动态范围的、现成的高压逆变器，用于降低电压并产生期望的频率。由于操作需要非常小的输入电压范围，所以DC/DC转换器131调节从太阳能电池板130的输出电能，优化控制***140的效率。在太阳能阵列120输出380VDC的实施例中，可以使用标准化的逆变器147来有益地和显著地降低布线复杂性，从而降低控制***140的成本。同时设置的不间断电源装置150可以在太阳能电池工作时存储能量并在断电时给出供电。

如图2所示，在控制***240和太阳能阵列220之间设置一个可选的储能装置250。储能装置250是一个高压飞轮储能***，其理想工作电压为380V。相应地，DC/AC逆变器247的输出匹配，优化了高压飞轮的运行效率。在另一个实例中，储能装置250是电容器，***210充当不间断电源。电容器250在正常运行时充电，太阳能阵列220和公用电网228为负载226提供电力。众所周知，在使用传统电池的***中，这种操作会缩短电池的寿命。然而，使用电容器可以避免如此短的寿命。在公用电网电源中断期间，太阳能电池板和或电容器放电为负载226提供过渡电源，直到电子开关被启动，允许太阳能阵列220满足负载226的需求。在太阳能电池板失电时电容器将能够满足至少20秒的需求，尽管只有几秒钟的持续功率输出。即便是在228电力***瘫痪的情况下，来自220太阳能阵列的电力输出仍然可以使用。

本发明的创新点包括以下一项或多项。提供一组能以相对高的电压和较低的电流产生电力的太阳能阵列，使相对较小的电缆能够安全方便地输送电力。此外，太阳能电池阵列的电源最好能达到理想的直流电压，以便使用现成的组件。控制单元控制太阳能装置的输出，控制单元包括与所述太阳能装置的输出耦合的转换器，使所述太阳能装置的输出转换为高电压低电流。高电压在200～600伏直流电之间，转换器包括最大功率点***，而使每个电池的功率输出最大化。该太阳能模块阵列还包括耦合到DC/DC转换器输出端的DC/AC逆变器，用于向负载输出可用功率。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能转换器，包括太阳能阵列、控制***及负载，所述太阳能阵列输出的电压经控制***转换后为负载供电，其特征在于：所述太阳能阵列包括多个太阳能电池模块，每个所述的太阳能电池模块对应一个DCDC转换器，所述太阳能电池模块的输出端与DCDC转换器的输入端连接，所述DCDC转换器用于将太阳能电池模块的输出电进行升压后输出供电。

2.如权利要求1所述的一种太阳能转换器，其特征在于：所述DCDC转换器包括DCDC升压电路。

3.如权利要求2所述的一种太阳能转换器，其特征在于：所述DCDC转换器还包括最大功率点***。

4.如权利要求1所述的一种太阳能转换器，其特征在于：所述控制***包括DC/AC逆变器，所述DCAC逆变器用于将太阳能阵列输出的直流电逆变成符合负载供电需求的交流电。

5.如权利要求4所述的一种太阳能转换器，其特征在于：所述控制***还包括主控制器以及***开关，所述***开关与主控制器连接，所述主控制器的输出端分别连接DCDC转换器和DC/AC逆变器。

6.如权利要求5所述的一种太阳能转换器，其特征在于：所述太阳能电池模块与DCDC转换器之间串接设置继电器，所述主控制器的输出端与继电器连接，用于驱动继电器的闭合断开。

7.如权利要求1所述的一种太阳能转换器，其特征在于：所述太阳能转换器还包括不间断电源装置，所述不间断电源装置设置在太阳能阵列输出端和控制***输入端之间。

8.如权利要求7所述的一种太阳能转换器，其特征在于：所述不间断电源装置包括储能装置，所述储能装置包括高压飞轮储能***和或超级电容器。

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