一种通过使用分线将光伏列阵串并联混接以获取充电电流最大化的设备、方法与装置制造方法及图纸

在MPPT太阳能充电控制系统中，将太阳能光伏板列阵重新排列，使大多数的光伏板并接，同时保留一部分MPPT太阳能充电控制系统中串接的光伏板。所有并接的光伏板和串接的光伏板中具有相同电压的“分线”可与“大电流充电控制器”连接而直接对直流系统供电并对具有相同公称电压的储能电池充电。无论光照条件与太阳能逆变器输出功率如何变化，“大电流充电控制器”都可与MPPT太阳能充电控制器同时工作以使太阳能光伏板阵列系统的输出功率最大化。阳能光伏板阵列系统的输出功率最大化。阳能光伏板阵列系统的输出功率最大化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种通过使用分线将光伏列阵串并联混接以获取充电电流最大化的设备、方法与装置
[0001]此专利的领域
[0002]本专利技术涉及一种具有可充电太阳能光伏储能电池的太阳能光伏供电系统。储能电池可以带电池管理系统(BMS),或不带BMS系统。本专利技术用于离网逆变器的离网太阳能光伏供电系统或带有自动转换开关的离网太阳能光伏供电系统。通过使用分线(PVs)，将太阳能光伏阵列的容量和效率最大化，并可使太阳能光伏列阵在对太阳能光伏储能电池充电的同时，也对直流负载直接供电。本专利技术还可用于并网系统，甚至较大容量的太阳能光伏发电厂。
[0003]背景知识
[0004]传统的最大功率点跟踪(MPPT)太阳能光伏充电控制器虽然比(PWM)太阳能光伏充电控制器更高效，但它们的容量都相当有限。在负载能力方面，一般的MPPT和PWM充电控制器都不允许直接接大容量的直流负载，最大直流负载不会超过5安培或10安培或20安培。每个MPPT系统允许接的光伏列阵的容量也十分有限。多余的光伏列阵容量也会由于MPPT等的容量限制而浪费。而一般离网太阳能光伏逆变器的电流容量可以是100安培，200安培，甚至400安培。
[0005]MPPT和PWM太阳能光伏充电控制器的容量都被限制在最大100安培左右的充电电流。较高的充电电流会导致MOSFET或JFET,CMOS或其他晶体管过热。大多数太阳能光伏充电控制器必须运行内部冷却风扇来降低组件的温度以防止其组件在充电电流达到20安培及以上时过热，即便控制器内有大块的铝散热器也是如此。冷却过程的结果是大量能源浪费，并产生大量风扇噪音。有些太阳能光伏充电控制器不得不在1安培的充电电流时启动冷却风扇以延长充电控制器的使用寿命。致使光伏列阵产生的能量不能被充分利用。
[0006]在多个MPPT充电控制器系统中，总充电电流可能会增加。然而，几乎不可能所有的MPPT控制器都工作在最大功率点上。同时，当其中一个MPPT控制器扫描不同的操作点以找到晴天时最大的太阳辐射条件时的最大功率点时，其它的MPPT控制器就失去对最佳太阳光照条件的跟踪。
[0007]此外，MPPT充电控制器在阴天时工作得更好。在较小，柔和，均匀的在太阳辐射条件下，可以轻松地跟踪到最大功率点。它确实能接受较高的输入电压，也能节省太阳能光伏电池阵列的布线成本。但是在太阳光照较好，以及太阳辐射量不断大量变化的条件下，MPPT充电控制器无法实时保持最佳的工作点。特别是多个MPPT充电控制器系统中，更不可能保证每个MPPT充电控制器都工作在最佳工作点上。
[0008]近年来已经开发了大量太阳能光伏阵列系统，太阳能光伏通过并网逆变器直接输送到电网上，也可能含有许多微型逆变器。此类系统还可能包括一个大容量锂离子太阳能光伏储能电池或电池组储存能量以便在电网断电时应急使用。它也可能包括用于远程控制的复杂的、基于网络的电源管理系统。一个这样的典型系统是TESLA POWERWALL系统，配备13.5KWH锂离子电池和集成并网逆变器。但当电网停电超过几天后，系统就无法工作，因为这种类型的电池不是设计成由太阳能光伏板直接充电的的系统。
[0009]事实上，向当地电力公司申请具有所谓“净用量电表”的并网系统并非易事。涉及的利益相关者也很多，如能源零售商、消费者、发电方、分销商、服务承包商、安装承包商、检查员、当地电力公司、当地政府等
……
法律法规也在不断变化。对于普通家庭或小企业主来说，申请过程是一项艰巨的任务。对于加拿大10KW以下的微型发电设施，并网逆变器还必须遵循“不超过0.5％的直流注入电网”的规则，而且“谐波同步水平必须满足相关的标准”。在并网系统中还有很多规则需要遵循。尽管太阳能光伏板价格多年来大幅下降，但这种规模的微型FIT并网系统通常是不可行的。
[0010]与此同时，锂离子电池的价格也大幅下降。本专利技术恰逢其时，在独立住宅和小型建筑市场中有巨大的潜力。对于住宅或小型建筑服务的离网或混合太阳能光伏系统,可以将业主的水电费减少30％到100％。减少的程度取决于总用电量、白天用电量、电池组的总容量和安装的太阳能光伏板的数量。对离网逆变器也没有特别的要求，即使是非正弦波逆变器也可用于一般的非电感负载供电，例如用于烹饪的炉子。对于混合离网系统的情况，纯正弦波逆变器甚至可以用来为个人电脑供电。一个5.0KW的自动转换开关(ATS)可以在10到16毫秒内在公用电网和逆变器电源之间切换，而不会中断或重置未连接UPS不间断电源的个人计算机。本专利技术中的大电流太阳能光伏充电器可以以最小的额外成本将MPPT系统的100安培容量限制提高到最大300安培。具有300安培的24v标称电压的太阳能光伏大电流充电系统可支持高达7.2KW总容量的太阳能光伏板。
[0011]本专利技术概述
[0012]当前面临的技术问题：
[0013]一、
[0014]由于申请程序复杂且规则不断变化，在个人家庭屋顶或有限面积的小型建筑物上安装几千瓦至20千瓦容量的并网光伏系统通常是不可行的。尽管可以不用储能电池的并网光伏系统具有低成本的优势，但世界各地的“净电量电表”计划存在诸多障碍。并网逆变器和上网电表也有很多限制性的技术要求。一旦系统并网，家庭或企业主在严格意义上来说就成为发电着。对于普通家庭或小企业主来说，这是一项艰巨的任务，也有关于申请流程延迟的报告。一些房主已经花费了超过$60,000.00美元来安装太阳能光伏板，但只是闲着等待并网批准。有些系统虽然已经并网，但分销商可以在未来任何时候向法院上诉，要求降低从电表到电网输出电力的的价格。另一方面，电力供应商家也必须保证整个电网的纯正正弦波电源质量。电网中过多的小型太阳能光伏发电机肯定会导致供电质量问题或造成电网中存在更高的直流电含量，并进一步影响同一电网中的所有其他客户的供电质量。
[0015]二、
[0016]有一些具有太阳能光伏存储能力的并网系统。但在并网申请审批过程中，此类系统也不例外。另外，此类系统仍需要来自电网的交流电为电池充电。当电网断电时，电池中的能量耗尽后系统也会关闭。
[0017]三、
[0018]传统的开/关太阳能光伏电池充电方法已被PWM和MPPT太阳能光伏充电控制器所取代。MPPT太阳能光伏充电控制器确实具有更高、更灵活的太阳能光伏输入电压的优势。MPPT太阳能光伏充电控制器也可以在稳定的太阳辐射条件下正常工作。MPPT太阳能光伏充电控制器也能适应不同的电池电压。然而，MPPT太阳能光伏充电控制器主要被用于对GEL电
池、密封和浸没式铅酸电池和AGM电池的充电和保护。来自离网或混合逆变器的高电流消耗通常会导致这些类充电控制器限制电流输出以“保护”电池，并最终浪费光伏阵列的可用光伏太阳能。
[0019]四、
[0020]在离网系统中，传统的铅酸、GEL、AGM太阳能光伏储能电池已逐渐被锂离子电池所取代，如磷酸铁锂离子(LiFePo4)电池。锂离子电池不需要与传统电池相同的保护。锂离子电池总是有自己的电池管理系统(BMS)，只要充电电流低于锂离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.太阳能光伏板阵列可以配置为让一些太阳能光伏板并联连接，同时让其他一些太阳能光伏板串联连接。在一个共负极的MPPT太阳能充电控制器(“PV
‑”
和BAT
‑“
终端在MPPT太阳能充电控制器内部连接)对储能电池充电的系统中，并联的太阳能光伏板的正极线可以与串接的太阳能光伏板中具有相同标称电压的分线相连。并联的太阳能光伏板的正极线与串接的太阳能光伏板中具有相同标称电压的分线可以同时连接到太阳能大电流充电器上，由太阳能大电流充电器控制，直接为直流负载供电，以及为储能电池或电池组充电。储能电池或电池组的电压保持在最佳充电电压范围内以使整个光伏板列阵系统在不断变化的光照条件下都能等到充电电流的最大化。2.在共负极的光伏太阳能系统的“权利要求一”中，串接的太阳能光伏板中具有与并联的太阳能光伏板相同标称电压的线称为分线。分线可通过共负极的大电流充电器(SCM)控制直接对直流负载供电和对电池或电池组充电。3.在光伏列阵系统的“权利要求一”中，包括*与共负极大电流充电器(SCM)相对应的共负极的MPPT太阳能充电控制器，而且共负极大电流充电器(SCM)的充电开关工作状态并不影响共负极的MPPT太阳能充电控制器对相同标称电压的直流负载供电和对相同标称电压的电池充电，或者，*与共正极大电流充电器(SCM)相对应的共正极的MPPT太阳能充电控制器，而且共正极大电流充电器(SCM)的充电开关工作状态并不影响共正极的MPPT太阳能充电控制器对相同标称电压的直流负载供电和对相同标称电压的电池充电。4.在“权利要求一”中，光伏列阵中并接的光伏板数量不必与光伏列阵中串接的光伏板数量相同，光伏列阵中并接的光伏板数量可以远远多于光伏列阵中串接的光伏板的数量，以减少光伏板上的阴影和持续不断变化的光照条件对系统输出功率的影响。5.在“权利要求一”中的共负极光伏系统中，只要MPPT太阳能充电控制器是共负极的设计，而且该控制器与共负极的大电流充电器(SCM)同时对相同的太阳能储能电池充电，且连接电池负极的导线粗细与其传导的电流流量相对应，那么共负极的太阳能光伏系统的MPPT太阳能充电控制器的"PV
‑
"就可以不用连接。6.在“权利要求一”中的光伏系统中，包括*接地的光伏板铝框或其它金属框，和、或者，*按当地的电器标准也接地的其它的电器元件，如逆变器、自动转换开关(ATS)、MPPT太阳能充电控制器等。7.在“权利要求一”中的共负极光伏系统中，光伏板(PV
‑
)端或者(PV+)端可以接地，但两者不可同时接地。8.在“权利要求一”中的光伏系统中，*无论是共负极或共正极的设计，分线总是由大电流充电器(SCM)的控制对直流系统供电，和、或对电池或电池组充电；*分线绝不可接地。9.在“权利要求一”中的大电流充电器(SCM)中，包括*一个机械继电器触点开关，或*多个分阶段闭合的机械继电器触点开关，以便使大电流通过。这样即使没有大的散热器或冷却风扇也不会造成大电流充电器的元件过热。
10.在“权利要求一”中的大电流充电器(SCM)系统中，含有一个或多个热感应开关或元件，或直流电流感应元件，用以分阶段激活大电流充电器内的一个或多个机械继电器。在光照条件弱的时候，小电流就可只激活小继电器。另外，内置的另一个热感应元件在太阳能大电流充电器内部温度达到不可接受的水平(如65℃时)，可断开所有的继电器以防过热。11.在“权利要求一”中的太阳能光伏系统中，可包括一个或多个串并联混接的光伏列阵对同一直流负载供电，和、或对同一储能电池或电池组充电，但是大电流充电器(SCM)和MPPT太阳能充电控制器必须具有相同的共正极设计，或相同的共正极设计。12.在“权利要求一”中的大电流充电器(SCM)中，含有开关，可用于手动或自动对带有电源管理系统(BMS)的磷酸铁锂太阳能储能电池由于过流或短路保护而断开的唤醒。13.在“权利要求十二”中的开关，也可用于对太阳能离网逆变器的预充电，以防止储能电池的瞬间过流保护。14.在“权利要求一”中的大电流充电器(SCM)中，可包括*电池电压，充电电流，充电功率，和总充电能量的显示屏显示，和*唤醒状态和工作状态的LED指示，和*基于网路和云端技术的电脑和手机控制的远程控制。15.在“权利要求一”中的太阳能光伏系统中，可包括一个或多个具有相同共负极或共正极设计的大电流充电器(SCM)，对相同的电池或电池组充电，和对相同的直流负载供电，以增加容量。但是所有大电流充电器(SCM)都必须具有相同的共负极设计，或相同的共正极设计。16.在“权利要求一”中的大电流充电器(SCM)中，可包括可对磷酸铁锂太阳能储能电电池充电控制用的，在安装工地可调节“起始”和“终止”充电电压设置的模块，该模块可控制分线与电池正极的通断(在共正极系统中，控制分线与电池负极的通断)。17.在“权利要求一”中的太阳能光伏系统中，太阳能储能电池通常指具有电源管理系统的磷酸铁锂太阳能储能电池(LiFePo4)。也可能是其他类型的深度循环的没有BMS的太阳能储能电池，如GEL、密封或浸没式铅酸、AGM等，但须将太阳能大电流充电器的“停止”充电电压的值设置低于此类电池或电池的浮动充电电压值。18.在“权利要求三”中的MPPT太阳能充电控制器中，可包括控制系统对电池或电池组进行大电流快速充电，慢充电和浮动充电。19.在“权利要求三”中的MPPT太阳能充电控制器中，可包括一个或多个MPPT太阳能充电控制器连接具有相同公称电压的一个或多个的光伏板列阵。20.在“权利要求十九”中的MPPT太阳能充电控制器中，MPPT太阳能充电控制器可以有不同的工作电压(PV+)，如PV1+、PV2+、、、等，对同一电池充电，和对同一直流负载供电，但它们必须连接于各自不同电压的光伏列阵上。21.在“权利要求一”中的太阳能储能电池或电池组，其允许的最大充电电流必须大于太阳能光伏列阵在最大光照条件下的电流容量，减去白天最小直流负载的用电电流流量。(一个100A...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛伟海，
申请(专利权)人：薛伟海，
类型：发明
国别省市：