一种提高小功率光伏电池输出效率的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种提高小功率光伏电池输出效率的装置，属于光电技术领域。通过在光伏电池与能量存储器之间配置超级电容器和最佳电压控制器，利用超级电容器内阻小的特点，使得超级电容器端电压Ｖｃ直接影响光伏电池的输出电压Ｖｓ；通过控制超级电容器的充放电过程来控制光伏电池的输出电压，使光伏电池工作在最大输出功率区，从而有效的提高了光伏电池的输出效率。具有电路简单、自身功耗低，适合于在小功率微光伏系统中使用。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种提高小功率光伏电池输出效率的装置，属于光电技术 领域。
技术介绍
光伏电池的制造技术和光伏发电技术已经相当成熟。但是，在光伏能源自 治微系统中利用光电微能源给系统供电，最近几年才得到研究与应用。在光伏 能源自治微系统中，光伏电池的面积通常小于几十平方厘米，输出电压较低(一 般为几伏)，功率小于1瓦。因此，需要提高微系统的光伏电池输出效率。在专利技术专利申请"锂离子电池-超级电容器混合储能光伏系统"(申请号为200710178894)中，介绍了利用超级电容器和锂离子电池进行光伏能量存储的结构。在"太阳能发电系统的最大功率跟踪方法及装置"(专利申请号为CN200610098495.1)中，介绍了一种利用DC-DC变换器进行最大功率点跟踪的 方法。在文献"超级电容器蓄电池混合储能独立光伏系统研究"(太阳能学报， 第28巻第2期，ppl78-183)中提出了超级电容器与铅酸蓄电池混合能量存储 的方案。这些系统在大功率光伏电池发电系统中具有良好的应用前景，但不适 用于小功率光伏电池系统。其主要原因在于控制系统复杂、控制电路自身功 耗较大以及BUCK变换电路转换损耗大等，在小功率光电能源中使用时，将增 加系统的功耗，使系统的输出功率降低。
技术实现思路
本技术的目的是为提高小功率光伏电池系统中光伏电池的输出效率， 提出一种提高小功率光伏电池输出效率的装置。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下 一种提高小功率光伏电池输出效率的装置，包括光伏电池l、超级电容器2、最佳电压控制器3、能量存储开关4、能量存储器5和二极管6。光伏电池1将太阳能转换为电能；二极管6起反向偏压保护作用，防止光伏电池l被反向输入。将超级电容器2作为能量缓存器，暂存光伏电池1的输出能量，在最佳电 压控制器3的控制下，为能量存储器5充电。这是因为超级电容器2具备长寿 命、内阻小、输出功率密度大的特性，可避免由于光伏电池1输出不稳定对能 量存储器5频繁充放电造成的不良影响。最佳电压控制器4通过检测超级电容器2的输出电压，经过运算产生最佳 电压控制信号，控制能量存储开关的通断，从而达到控制充放电过程的作用。 为了使光伏电池1工作在最佳电压变化区，最佳电压控制器2由具有迟滞特性 的控制器组成。能量存储器5用于存储光伏电池1的输出电能。其中，光伏电池l可等效为一个理想电流源Iph和二极管D的并联，Rs为其 等效内阻。其输出电压经二极管6 (Dl)给超级电容器2充电。最佳电压控制 器3由升压式DC-DC变换器，电阻R1、 R2、 R3，以及集成运算放大器组成。光伏电池1的输出端与二极管Dl的正极相接，Dl的负极与超级电容器2 的正极相接。DC-DC变换器的输入端与超级电容器2的正极相接，DC-DC变换 器的输出端与集成运算放大器的电源端相接。电阻R1的一端与集成运算放大器 的反向端相接，另一端与超级电容器2的正极相接。电阻R2的一端与DC-DC 变换器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接。电阻R3的一端 与集成运算放大器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接。集 成运算放大器的输出端与能量存储开关5的控制端相接，能量存储开关5的输 出端与能量存储器4的正极相接，能量存储开关5的输入端与超级电容器2的 正极相接。光伏电池l的负极同时与超级电容器2、能量存储器5的负极相接。有益效果本技术提出的提高小功率光伏电池输出效率的装置，基于最佳电压控 制法，通过在光伏电池与能量存储器之间配置超级电容器和最佳电压控制器， 使光伏电池的输出电压处于最佳电压变化区，从而有效的提高了光伏电池的输 出效率。具有电路简单、自身功耗低，适合于在小功率微光伏系统中使用。附图说明图1为采用最佳电压控制方法提高光伏电池输出效率的电路原理图； 其中，l-光伏电池、2-超级电容器、3-最佳电压控制器、4-能量存储开关、 5-能量存储器、6-二极管。具体实施方式以下结合附图及实施例对本技术做一进步详细说明。如图1所示，本技术的提高小功率光伏电池输出效率的装置包括光伏电池l、超级电容器2、最佳电压控制器3、能量存储开关4、能量存 储器5和二极管6。其中，光伏电池1可等效为一个理想电流源Iph和二极管D的并联，Rs为其 等效内阻。其输出电压经二极管6 (Dl)给超级电容器2充电。最佳电压控制 器3由升压式DC-DC变换器，电阻R1、 R2、 R3，以及集成运算放大器组成。光伏电池1的输出端与二极管D1的正极相接，Dl的负极与超级电容器2 的正极相接。DC-DC变换器的输入端与超级电容器2的正极相接，DC-DC变换 器的输出端与集成运算放大器的电源端相接。电阻R1的一端与集成运算放大器 的反向端相接，另一端与超级电容器2的正极相接。电阻R2的一端与DC-DC 变换器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接。电阻R3的一端 与集成运算放大器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接。集 成运算放大器的输出端与能量存储开关5的控制端相接，能量存储开关5的输 出端与能量存储器4的正极相接，能量存储开关5的输入端与超级电容器2的 正极相接。光伏电池l的负极同时与超级电容器2、能量存储器5的负极相接。实施例假定某面积为150mmx67mm的光伏电池，处于平均太阳辐照度E = 93mW/cn^的条件下，在一个最佳电压控制周期中，光伏电池输出能量存储在2 个120F串联超级电容器中。当超级电容器的电压从4.3V升至5.3V时，光伏电池的输出功率Wi如下巧=丄C(7 _ J^2) = 30x (5.32 -4.32) 2=288( /光伏电池平均输出转换效率Tlo=9.1%。作为对比，若不采用最佳电压控制，即，不将电压控制在最佳电压范围中，如图5中b所示，而是将光伏电池的输出直接存储在一个70F的超级电容器中， 此时，电压从0.46V至U62V，光伏电池1的输出能量W2 = 79.38(J)。经上式 计算后，光伏电池的输出转换效率"0=2.5%。可见，采用最佳电压控制后，光伏电池的输出转换率提高了近3倍。权利要求1、一种提高小功率光伏电池输出效率的装置，包括光伏电池(1)、能量存储器(3)、超级电容器(2)、二极管(6)，其特征在于还包括最佳电压控制器(3)和能量存储开关(5)；其中，光伏电池(1)可等效为一个理想电流源Iph和二极管D的并联，Rs为其等效内阻，其输出电压经二极管(6)给超级电容器(2)充电；最佳电压控制器(3)由升压式DC-DC变换器，电阻R1、R2、R3，以及集成运算放大器组成；光伏电池(1)的输出端与二极管(6)的正极相接，二极管(6)的负极与超级电容器(2)的正极相接，DC-DC变换器的输入端与超级电容器(2)的正极相接，DC-DC变换器的输出端与集成运算放大器的电源端相接；电阻R1的一端与集成运算放大器的反向端相接，另一端与超级电容器(2)的正极相接；电阻R2的一端与DC-DC变换器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接；电阻R3的一端与集成运算放大器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接；集成运算放大器的输出端与能量存储开关(5)的控制端相接，能量存储开关(5)的输出端与能量存储器(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高小功率光伏电池输出效率的装置，包括光伏电池（１）、能量存储器（３）、超级电容器（２）、二极管（６），其特征在于：还包括最佳电压控制器（３）和能量存储开关（５）；　其中，光伏电池（１）可等效为一个理想电流源Ｉ↓［ｐｈ］和二极管Ｄ 的并联，Ｒｓ为其等效内阻，其输出电压经二极管（６）给超级电容器（２）充电；最佳电压控制器（３）由升压式ＤＣ－ＤＣ变换器，电阻Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３，以及集成运算放大器组成；　光伏电池（１）的输出端与二极管（６）的正极相接，二极管（６）的负极 与超级电容器（２）的正极相接，ＤＣ－ＤＣ变换器的输入端与超级电容器（２）的正极相接，ＤＣ－ＤＣ变换器的输出端与集成运算放大器的电源端相接；电阻Ｒ１的一端与集成运算放大器的反向端相接，另一端与超级电容器（２）的正极相接；电阻Ｒ２的一端与ＤＣ－ＤＣ变换器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接；电阻Ｒ３的一端与集成运算放大器的输出端相接，另一端与集成运算放大器的同向端相接；集成运算放大器的输出端与能量存储开关（５）的控制端相接，能量存储开关（５）的输出端与能量存储器（４）的正极相接，能量存储开关（５）的输入端与超级电容器（２）的正极相接；光伏电池（１）的负极同时与超级电容器（２）、能量存储器（５）的负极相接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳秋，何永泰，刘丽辉，王磊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]