太阳能市电互补的供电装置及供电方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种太阳能市电互补的供电装置及供电方法，所述供电装置包括：太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块，用于采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率位置操作；以及负载恒流源模块，用于控制负载上的电流保持在一固定范围内；其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。本发明专利技术能经济有效的把太阳能光伏的电能最大化使用，不需要做两次或三次的追踪、转换、再驱动，而直接利用最大输出功率操作点的变动电压和电流去直接驱动恒流的负载，节省了硬件成本，减小设备空间，降低转换损耗。

Power supply device and power supply method of solar energy complementation

The invention provides a solar electric complementary power supply device and method, the power supply device comprises: MPPT solar photovoltaic maximum power tracking module for output voltage acquisition of photovoltaic module and output current control, the solar photovoltaic module output current makes the solar photovoltaic module in the position of the maximum output power and load operation; the constant current source module is used to control the current load is maintained in a fixed range; the power required by the load power is greater than the output of photovoltaic module, solar photovoltaic module output under load required power supply, electricity powered by voltage source. The invention can effective solar photovoltaic power maximum use, do not need to do two or three times of the tracking, conversion, drive, and direct use of the variable voltage and current maximum output power of the operating point to directly drive the constant current load, save hardware costs, reduce equipment space, reduce the conversion loss.

【技术实现步骤摘要】
太阳能市电互补的供电装置及供电方法
本专利技术属于太阳能供电领域，特别是涉及一种并网不逆流的太阳能市电互补的供电装置及供电方法。
技术介绍
现有的工商业屋顶电站绝大部分属于轻钢结构建筑，潜在装机规模将达100GW，但很多单位架设了太阳能却无法并网，或者并网发出电来了，电网却无法消化，由于国家电网的限制，或者并网技术不足，或者政令复杂，因而无法拿到并网供电补助，加上当低压侧无法消化生产过多的太阳能电量时，这些过多的电量是无法逆向转到电网高压侧，将成为浪费。为此有人设置不并网的专用设备，将所发出的太阳能用在不并网专用的直流或交流电力设备，但当太阳能供电不足时，这些设备将切换回一般市电供电，这成为现在的一种解决方案，这类型的方案如图1A，不管是单一切换开关或者多个切换开关都无法完全利用太阳能，图2A显示为单个切换开关的太阳能市电切换的太阳能利用率的概念图，图2B显示为多个切换开关的太阳能市电切换的太阳能利用率的概念图，由图2A及图2B可以看出，在太阳能充裕时高过专用设备之瓦数时，会有很大一部份太阳能无法用于设备，成为浪费，在而在太阳能不足专用设备瓦数时，专用设备切换到市电，此时所产生的太阳能无法成为辅助电力，只能虚耗所产生的太阳能，成为更大的浪费。因为上述问题与缺点，不使用专用设备而利用逆变器将太阳能转换为220Vac并网，这种直接上网卖电的模型简单，并且相对可靠，而逐渐被青睐成为目前太阳能光伏发电应用的主流。但是低压侧并网，如果用户用电无法消纳，会通过变压器反送到上一级电网，而配电变压器设计是不允许用于反送电能的，必须需要安装防逆流装置来避免电力的反送，结果如之前所述多发的电力只能在低压侧虚耗。此外电力公司无法获得用户自发自用电量的购售电差价，对于地方电力公司是一个实际损失。既增加电网的工作量，对电网又没有实际利益，因此会设置各种理由让投资商不选择这种并网方案。业界还有一个无法突破的问题就是光伏发电的MPPT最大输出功率操作点追踪的转换损失，太阳能光伏的输出在开路时有最高的电压但是没有电流，在输出短路时电流最大，但是电压为零，这两个极端状况都是有发电，但是输出功率为零，在这两个极端状况中间的操作，输出的电压电流在不同的日照，不同的温度都会变化，在日照充裕电流变大，但是温度升高则电压变低,以上海早晚温差12度为例，在中午时候太阳日照充裕电流最大，但中午太阳能能模块最热输出电压为最低，在早上时候气温低所以输出电压高但是日照不足电流很小，两者相比，整体而言中午输出瓦数比早上瓦数高很多，MPPT控制器必须在中午以较低压较大电流输出才能得到最大的输出瓦数，在早上则是在较高电压较小电流输出才会得到最大输出瓦数，这种特性在日夜温差更大的高原或者沙漠地带更为显著，冬天夏天也有非常明显的差异，最大输出功率点的电流电压在每天都一直在剧烈的变化着，现实世界的电器是以100/110/220Vac交流供电为主，而MPPT控制器的输出则以12V/24V/48Vdc直流恒定电压输出为主，那么如LED灯具需要恒流供电的应用，MPPT控制器必须先追踪到最大输出功率点，在那个最大功率电流电压操作点上把太阳能转换出的电能取出后，再经由逆变控制转换成为市电交流电或者12V/24V/48V直流电压，再经过LED驱动转换成LED的恒流源形态，每次的转换都要增加硬体成本，还要损失能量。基于以上所述，提供一种能够有效提高太阳能光伏发电利用率的太阳能市电互补的供电装置及供电方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种太阳能市电互补的供电装置及供电方法，用于解决现有技术中太阳能光伏发电利用率较低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种太阳能市电互补的供电装置，所述供电装置包括：太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块，用于采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率状态操作；以及负载恒流源模块，用于控制负载上的电流保持在一固定的范围内；其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。优选地，所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块包括MPPT控制单元，第一PWM波宽调变装置，电压传感器和电流传感器，所述MPPT控制单元控制所述第一PWM波宽调变装置的占空比以调整所述太阳能光伏模块输出电流大小，并分别从所述的电压传感器及电流传感器采集太阳能光伏模块输出的电压值及电流值，所述MPPT控制单元经过所述第一PWM波宽调变装置调整占空比到太阳能光伏模块输出电压乘以输出电流的输出功率为最大值的最大输出功率操作点。优选地，所述负载恒流源模块包括第二PWM波宽调变装置及负载电流传感器，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比使得负载电流传感器的回馈值符合设定的负载恒流大小。优选地，所述MPPT最大输出功率模块还包括第一储能电感，所述第一PWM波宽调变装置控制占空比将太阳能光伏模块的输出电流以磁能形态储存在所述第一储能电感。优选地，所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由所述第一储能电感再经过第一NMOS开关下地。。进一步地，当第一NMOS开关断开时，由于所述第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感的电流由电路参考地经由一个二极管与所述第一储能电感输出至负载线路，所述第一储能电感对外释放磁能，电感电流逐渐减小。优选的，所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块的输出采用正激式变压器电路，所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由正激式变压器电路从第一NMOS开关储能到所述第一储能电感；当第一NMOS开关断开时，由于第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感中的电流从电路参考地经由一个二极管输出至负载线路。优选地，所述负载恒流源模块还包括第二储能电感，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比将负载恒流源模块的电流以磁能形态储存在所述第二储能电感，所述第一储能电感的输出电流和第二储能电感的输出电流与市电供电的电压源的输出电流三个电流并联合流进入负载，做电流合流时所述第一储能电感及第二储能电感的电感电压各自自适应变化，所述市电供电的电压源供应的输出电流则自适应的成为第一储能电感的输出电流与第二储能电感的输出电流的差值。优选地，所述的市电供电的电压源经过一个二极管供电到负载，使得所述MPPT最大输出功率追踪模块及负载恒流源模块的电流不会逆流到市电供电的电压源。优选地，所述市电供电的电压源的防逆流的二极管之后，还包括一个由第一PWM波宽调变装置和第二PWM波宽调变装置所共用的储能电容，用以回收所述负载恒流源模块中的第二PWM波宽调变装置开关打开时无法经由负载下地的电流，以及吸收所述MPPT模块中第一PWM波宽调变装置输出的纹波电流。进一步地，所述第二PWM波宽调变装置控制有第二NMOS开关，所述第二NMOS开关通过一电流感测电阻接地，所述第二PWM波宽调变装置经过所述电流感测电阻采集电流对应的回馈电压，以回馈电压值决定增加或者减小占空比使得恒流负载上的电流符合产品电流要求，当所述第二P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能市电互补的供电装置，其特征在于，所述供电装置包括：太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块，用于采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率位置操作；负载恒流源模块，用于控制负载上的电流保持在一固定的范围内；其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能市电互补的供电装置，其特征在于，所述供电装置包括：太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块，用于采集太阳能光伏模块的输出电压与输出电流，控制所述太阳能光伏模块输出电流大小使得太阳能光伏模块在最大输出功率位置操作；负载恒流源模块，用于控制负载上的电流保持在一固定的范围内；其中，负载所需功率大于太阳能光伏模块输出的功率时，太阳能光伏模块输出不足负载所需要功率的部分，由市电供电的电压源供应。2.根据权利要求1所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块包括MPPT控制单元，第一PWM波宽调变装置，电压传感器和电流传感器，所述MPPT控制单元控制所述第一PWM波宽调变装置的占空比以调整所述太阳能光伏模块输出电流大小，并分别从所述的电压传感器及电流传感器采集太阳能光伏模块输出的电压值及电流值，所述MPPT控制单元经过所述第一PWM波宽调变装置调整占空比到太阳能光伏模块输出电压乘以输出电流的输出功率为最大值的最大输出功率操作点。3.根据权利要求2所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述负载恒流源模块包括第二PWM波宽调变装置及负载电流传感器，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比使得负载电流传感器的回馈值符合设定的负载恒流大小。4.根据权利要求3所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述MPPT最大输出功率模块还包括第一储能电感，所述第一PWM波宽调变装置控制占空比将太阳能光伏模块的输出电流以磁能形态储存在所述第一储能电感。5.根据权利要求4所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由所述第一储能电感再经过第一NMOS开关下地。6.根据权利要求5所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：当第一NMOS开关断开时，由于所述第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感的电流由电路参考地经由一个二极管与所述第一储能电感输出至负载线路，所述第一储能电感对外释放磁能，电感电流逐渐减小。7.根据权利要求4所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述太阳能光伏MPPT最大功率追踪模块的输出采用正激式变压器电路，所述第一PWM波宽调变装置控制有第一NMOS开关，当第一NMOS开关导通时，太阳能光伏模块的电流输出经由正激式变压器电路从第一NMOS开关储能到所述第一储能电感；当第一NMOS开关断开时，由于第一储能电感中储存的磁能，第一储能电感中的电流从电路参考地经由一个二极管输出至负载线路。8.根据权利要求4所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述负载恒流源模块还包括第二储能电感，所述第二PWM波宽调变装置控制占空比将负载恒流源模块的电流以磁能形态储存在所述第二储能电感，所述第一储能电感的输出电流和第二储能电感的输出电流与市电供电的电压源的输出电流三个电流并联合流进入负载，做电流合流时所述第一储能电感及第二储能电感的电感电压各自自适应变化，所述市电供电的电压源供应的输出电流则自适应的成为第一储能电感的输出电流与第二储能电感的输出电流的差值。9.根据权利要求1所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述市电供电的电压源经过一个二极管供电到负载，使得所述MPPT最大输出功率追踪模块及负载恒流源模块的电流不会逆流到市电供电的电压源。10.根据权利要求9所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述市电供电的电压源的防逆流的二极管之后，还包括一个由第一PWM波宽调变装置和第二PWM波宽调变装置所共用的储能电容，用以回收所述负载恒流源模块中的第二PWM波宽调变装置开关打开时无法经由负载下地的电流，以及吸收所述MPPT模块中第一PWM波宽调变装置输出的纹波电流。11.根据权利要求10所述的太阳能市电互补的供电装置，其特征在于：所述第二PWM波宽调变装置控制有第二NMOS开关，所述第二NMOS开关通过一电流感测电阻接地，所述第二PWM波宽调变装置经过所述电流感测电阻采集电流对应的回馈电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄世蔚，
申请(专利权)人：上海博恩世通光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31