一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置及方法，包括防热斑光伏阵列、防热斑驱动模块、电压电流采样器、输出接口、角度调节器、控制器、光照角度采样模块、电源管理器、锂电池；防热斑光伏阵列分别与防热斑驱动模块、电压电流采样器电连接，电压电流采样器与电能输出接口电连接，防热斑驱动模块、电压电流采样器、电源管理器、光照角度采样模块、角度调节器分别与控制器电连接；所述装置可以根据当前光照强度和光照角度，以热能为动力，自适应调节光伏单元的角度；并调节光伏阵列输出电压，达到最大功率点；同时防止热斑效应影响光伏发电效率；与现有光照角度追踪相比，本发明专利技术以热为动力，避免了电机功耗大和维护成本高的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置及方法


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置及方法。

技术介绍

[0002]由于存在余弦效应的影响，目前很多固定太阳能电池板阵列无法保证太阳光的垂直照射，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。而将跟踪系统应用到平板光伏发电阵列可以提高发电效率。目前的固定式太阳跟踪系统大多数采用电机直接驱动光伏板转动或电机驱动液压器带动光伏板转动。这种方法在提高了系统维护成本的同时，增加了功耗、因此，研究一种热动自适应光照角度及光强的防热斑棚式光伏发电装置，在电信号的控制下，使用工质受热膨胀的动力调节光伏板位置，满足低功耗跟踪最大光强角度的需求。
[0003]由于光伏板的特性，当部分遮光后整个光伏板的输出功率会大幅减少，同时遮挡处会大量发热，导致光伏板损坏，即“热斑效应”。为了对抗热斑效应，多数方法是移除光伏板表面的异物，然而此方案无法应对远处障碍造成的的阴影，解决阴影遮挡造成的“热斑效应”问题。
[0004]由于光伏板的输出电压和电流随外界因素具有高度的非线性关系，因此在特定的工作环境下存在唯一的最大功率输出点。为使光伏阵列能始终工作在最大功率点上，就存在着研究最大功率输出点跟踪(MPPT)的问题。但是，现有的扰动观察法、滞环比较法及电压增量寻优法、恒定电压法、导纳增量法、模糊控制法等无法应对局部阴影等因素导致的P
‑
U曲线呈多峰形态时寻全局最优的问题，而人工智能算法往往需要复杂的硬件支持。
专利技术内容
[0005]基于上述问题，本专利技术提出一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置及方法，解决光伏阵列P
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U曲线呈多峰形态时的最大功率点跟踪问题、光伏阵列的“热斑效应”问题，以及在复杂城市环境下低功耗自适应光照角度的问题。
[0006]本专利技术提出的一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，包括：遮阳棚基座和安装在遮阳棚基座上的防热斑光伏阵列、防热斑驱动模块、电压电流采样器、输出接口、角度调节器、控制器、光照角度采样模块、电源管理器、锂电池；防热斑光伏阵列分别与防热斑驱动模块、电压电流采样器电连接，电压电流采样器与输出接口电连接，防热斑驱动模块、电压电流采样器、电源管理器、光照角度采样模块、角度调节器分别与控制器相连。
[0007]所述防热斑光伏阵列安装在遮阳棚基座上表面；所述防热斑光伏阵列包括N个串联连接的由单晶硅光伏单元和场效应管并联而成的发电单元，N为正整数；每个发电单元中场效应管漏极与单晶硅光伏单元的正极连接，场效应管源极与单晶硅光伏单元负极连接；防热斑光伏阵列的端口包括防热斑光伏阵列输出端和防热斑光伏阵列控制端，防热斑光伏阵列输出端连接在发电单元串联电路的两端，所有场效应管的栅极连接到防热斑光伏阵列控制端；防热斑光伏阵列输出端连接电压电流采样器输入端。
[0008]所述防热斑驱动模块与其他模块连接的端口包括防热斑驱动模块电源端、防热斑驱动模块输出端和防热斑光伏阵列控制端；防热斑驱动模块电源端连接电源管理器稳压输出端，防热斑驱动模块输出端连接防热斑光伏阵列控制端，防热斑光伏阵列控制端连接控制器的I/O口。
[0009]所述电压电流采样器包括电压采集器、电流采集器；所述电压电流采样器的端口包括电压电流采样器电源端、电压电流采样器输入端、电压电流采样器输出端和电压电流采样器反馈端；电压电流采样器输入端有正极和负极；电压电流采样器输入端接防热斑光伏阵列输出端；电压电流采样器电源端接电源管理器稳压输出端；电压电流采样器输出端接Buck电路输入端；电压电流采样器反馈端接控制器的I/O口；所述电压电流采样器由电压采样器和电流采样器组成；电压采样器接电压电流采样器输入端的正极和负极，电压电流采样器输入端正极电线穿过电流采样器磁环，电压采样器和电流采样器通过电压电流采样器电源端供电，电压电流采样器反馈端输出电压采样器和电流采样器测得电压、电流信息；
[0010]所述电源管理器包括直流母线、电池管理器、电池电压采样器、稳压器、母线电压采样器；电源管理器的端口包括电池端、电源输入端和电源管理器稳压输出端；电池端连接锂电池，电源输入端连接直流母线；电源管理器稳压输出端接电压电流采样器电源端、角度调节器电源端、电磁阀电源端、防热斑驱动模块电源端、控制器电源端、光照角度采样模块电源端；所述电源管理器内电池端接电池管理器和电池电压采样器；直流母线将电池管理器、电源输入端、母线电压采样器和稳压器连接在一起；稳压器接电源管理器稳压输出端；电池管理器接电源管理器控制端；电池电压采样器和母线电压采样器接电压电流采样器反馈端。
[0011]所述角度调节器包括机架和安装在机架上的太阳能集热管、蓄能缸、双向液压缸、电磁阀、液压缸；其中双向液压缸由缸体、气液混合工质管和液压油管组成；太阳能集热管安装于防热斑光伏阵列背光面与蓄能缸相连；蓄能缸中含有气液混合工质，蓄能缸连接双向液压缸；双向液压缸经控制防热斑光伏阵列角度的电磁阀连接液压缸；电磁阀的电源端接电源管理器稳压输出端，电磁阀的控制端接控制器的I/O口。
[0012]所述光照角度采样模块为三棱柱结构；底柱面紧贴防热斑光伏阵；另外两个柱面上各有一组由X个光敏电阻组成的光敏电阻阵列，X为正整数；光照角度采样模块与其他模块连接的端口包括光照角度采样模块电源端和光照角度采样信号输出端；其中光照角度采样模块电源端接电源管理器稳压输出端；光照角度采样信号输出端接控制器的I/O口，所述光照角度采样模块与防热斑光伏阵列均安装于棚基座上表面，所述光照角度采样模块与一个光伏单元所占面积相同。
[0013]一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电方法，所述方法基于所述的光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置实现，包括：
[0014]步骤1：光照角度采样模块向控制器输出每个光敏电阻的电压读数U
ij
，i为阵列编号，i＝1，2；j为阵列中编号，j＝1，2，...，X；
[0015]步骤2：控制器计算选取U
ij
中的最大值U
MAX
，估算相对光强P
S
＝U
MAX
·
K；当P
S
大于设定值A时则同时执行最大功率角度调节策略、发电优先能量管理策略，否则执行低功耗能量管理策略，其中A为设定常数；
[0016]步骤3：防热斑光伏阵列受光照发电，并将电能输送至电压电流采样器；
[0017]步骤4：电压电流采样器测量防热斑光伏阵列端口电压和输出电流，并向控制器输出第t个采样周期的防热斑光伏阵列端电压U(t)、电流I(t)，计算并记录第t采样周期的防热斑光伏阵列输出功率P(t)＝U(t)I(t)；
[0018]步骤5：控制器利用MPPT算法通过Buck电路控制防热斑光伏阵列发电；
[0019]步骤6：控制器计算电压值V＝P
S
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P(t)，若V＞V0，则控制器启用防热斑自检调节策略控制防热斑驱动模块对防热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，其特征在于，包括：遮阳棚基座和安装在遮阳棚基座上的防热斑光伏阵列、防热斑驱动模块、电压电流采样器、输出接口、角度调节器、控制器、光照角度采样模块、电源管理器、锂电池；防热斑光伏阵列分别与防热斑驱动模块、电压电流采样器电连接，电压电流采样器与输出接口电连接，防热斑驱动模块、电压电流采样器、电源管理器、光照角度采样模块、角度调节器分别与控制器相连。2.根据权利要求1所述的一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，其特征在于，所述防热斑光伏阵列包括N个串联连接的由单晶硅光伏单元和场效应管并联而成的发电单元，N为正整数；每个发电单元中场效应管漏极与单晶硅光伏单元的正极连接，场效应管源极与单晶硅光伏单元负极连接；防热斑光伏阵列的端口包括防热斑光伏阵列输出端和防热斑光伏阵列控制端，防热斑光伏阵列输出端连接在发电单元串联电路的两端，所有场效应管的栅极连接到防热斑光伏阵列控制端；防热斑光伏阵列输出端连接电压电流采样器输入端。3.根据权利要求1所述的一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，其特征在于，所述防热斑驱动模块的端口包括防热斑驱动模块电源端、防热斑驱动模块输出端和防热斑光伏阵列控制端；防热斑驱动模块电源端连接电源管理器稳压输出端，防热斑驱动模块输出端连接防热斑光伏阵列控制端，防热斑光伏阵列控制端连接控制器的I/O口。4.根据权利要求1所述的一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，其特征在于，所述电压电流采样器包括电压采集器、电流采集器；所述电压电流采样器的端口包括电压电流采样器电源端、电压电流采样器输入端、电压电流采样器输出端和电压电流采样器反馈端；电压电流采样器输入端有正极和负极；电压电流采样器输入端接防热斑光伏阵列输出端；电压电流采样器电源端接电源管理器稳压输出端；电压电流采样器输出端接Buck电路输入端；电压电流采样器反馈端接控制器的I/O口；所述电压电流采样器由电压采样器和电流采样器组成；电压采样器接电压电流采样器输入端的正极和负极，电压电流采样器输入端正极电线穿过电流采样器磁环，电压采样器和电流采样器通过电压电流采样器电源端供电，电压电流采样器反馈端输出电压采样器和电流采样器测得电压、电流信息。5.根据权利要求1所述的一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，其特征在于，所述电源管理器包括直流母线、电池管理器、电池电压采样器、稳压器、母线电压采样器；电源管理器的端口包括电池端、电源输入端和电源管理器稳压输出端；电池端连接锂电池，电源输入端连接直流母线；电源管理器稳压输出端接电压电流采样器电源端、角度调节器电源端、电磁阀电源端、防热斑驱动模块电源端、控制器电源端、光照角度采样模块电源端；所述电源管理器内电池端接电池管理器和电池电压采样器；直流母线将电池管理器、电源输入端、母线电压采样器和稳压器连接在一起；稳压器接电源管理器稳压输出端；电池管理器接电源管理器控制端；电池电压采样器和母线电压采样器接电压电流采样器反馈端。6.根据权利要求1所述的一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，其特征在于，所述角度调节器包括机架和安装在机架上的太阳能集热管、蓄能缸、双向液压缸、电磁阀、液压缸；其中双向液压缸由缸体、气液混合工质管和液压油管组成；太阳能集热管安装于防热斑光伏阵列背光面与蓄能缸相连；蓄能缸中含有气液混合工质，蓄能缸连接双向液压缸；双向液压缸的液压油管连接液压缸；电磁阀的电源端接电源管理器稳压输出端，电磁阀的控制端接控制器的I/O口。
7.根据权利要求1所述的一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置，其特征在于，所述光照角度采样模块为三棱柱结构；底柱面紧贴防热斑光伏阵；另外两个柱面上各有一组由X个光敏电阻组成的光敏电阻阵列，X为正整数；光照角度采样模块的端口包括光照角度采样模块电源端和光照角度采样信号输出端；其中光照角度采样模块电源端接电源管理器稳压输出端；光照角度采样信号输出端接控制器的I/O口，所述光照角度采样模块与防热斑光伏阵列均安装于棚基座上表面，所述光照角度采样模块与一个光伏单元所占面积相同。8.一种光照自适应的防热斑棚式光伏发电方法，所述方法基于所述权利要求1～7任意一项所述的光照自适应的防热斑棚式光伏发电装置实现，其特征在于，包括：步骤1：光照角度采样模块向控制器输出每个光敏电阻的电压读数U
ij
，i为阵列编号，i＝1,2；j为阵列中编号，j＝1,2,
…
,X；步骤2：控制器计算选取U
ij
中的最大值U
MAX
，估算相对光强P
S
＝U
MAX
·
K；当P
S
大于设定值A时则同时执行最大功率角度调节策略、发电优先能量管理策略，否则执行低功耗能量管理策略；步骤3：防热斑光伏阵列受光照发电，并将电能输送至电压电流采样器；步骤4：电压电流采样器测量防热斑光伏阵列端口电压和输出电流，并向控制器输出第t个采样周期的防热斑光伏阵列端电压U(t)、电流I(t)，计算并记录第t采样周期的防热斑光伏阵列输出功率P(t)＝U(t)I(t)；步骤5：控制器利用MPPT算法通过Buck电路控制防热斑光伏阵列发电；步骤6：控制器计算电压值V＝P
S
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P(t)，若V>V0，则控制器启用防热斑自检调节策略控制防热斑驱动模块对防热斑光伏阵列进行调节，其中V0为常数；若V≤V0，且已启用防热斑自检调节策略C个采样周期，则结束防热斑自检调节策略，并对所有发电单元的场效应管施加低电平，C为常数；步骤7：Buck电路将电能输入直流稳压器；步骤8：直流稳压器调节输出电压值为U
h
，U
h
为设定的常数；输出给电源管理器的电源端，同时通过输出接口对外输出。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：邢荣达，陈思维，黄城喆，王靖傲，孙秋野，孙振奥，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：