[发明专利]一种提高小功率光伏电池输出效率的装置及方法

权利要求书

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、能量存储器、超级电容器、二极管，其特征在于：还包括最佳电压控制器和能量存储开关；

其中，光伏电池将太阳能转换为电能；

二极管起反向偏压保护作用，防止光伏电池被反向输入；

超级电容器作为能量缓存器，暂存光伏电池的输出能量，在最佳电压控制器的控制下，为能量存储器充电；所述最佳电压是指光伏电池最大功率点的变化区域所对应的电压范围；

最佳电压控制器通过检测超级电容器的输出电压，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；为实现光伏电池工作在最佳电压变化区，最佳电压控制器由具有迟滞特性的控制器组成；

能量存储器用于存储光伏电池的输出电能；

上述组成元件的连接关系为：

光伏电池经二极管与超级电容器的正极相联，超级电容器的正极同时与最佳电压控制器和能量存储开关的一端相接，能量存储开关的另一端与能量存储器的正极相接，光伏电池的负极同时与超级电容器、能量存储器的负极相接。

2.如权利要求1所述的一种提高小功率光伏电池输出效率的装置，其特征在于：

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；

其中，光伏电池(1)的输出端与二极管D1的正极相接，D1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(4)的控制端相接，能量存储开关(4)的输出端与能量存储器(5)的正极相接，能量存储开关(4)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。

3.一种使用权利要求1所述装置的提高小功率光伏电池输出效率的方法，其特征在于：

首先，光伏电池将能量存储在超级电容器中，然后，在最佳电压控制器的控制下，利用超级电容器内阻小的特点，使得超级电容器电压V_c直接影响光伏电池的输出电压Vs，V_c＝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，实现光伏电池的最大输出效率，其中，超级电容器的额定工作电压V要求大于光伏电池的最佳输出电压V_PM，即V＞V_PM；

为实现光伏电池输出电压的控制，最佳电压控制器具备三个工作状态，即：能量缓存状态、最佳电压控制状态I和最佳电压控制状态II；

当超级电容器电压V_c小于光伏电池最大功率区下限电压V_L时，最佳电压控制器处于能量缓存状态，此时，光伏电池只对超级电容器充电，超级电容器电压变化如式(1)所示：

其中，V_start为超级电容器(2)的初始电压，i_c为超级电容器的充电电流，i_s为光伏电池（1）的输出电流；

当超级电容器电压V_c大于等于V_L时，此时，最佳电压控制器处于最佳电压控制状态I下；若V_c增加，光伏电池继续给超级电容器充电，超级电容器电压变化如式(2)所示：

当超级电容器电压V_c达到光伏电池最大功率区的上限电压V_h时，能量存储开关导通，此时，最佳电压控制器处于最佳电压控制状态II下，光伏电池与超级电容器一起给能量存储器充电，实现能量存储；此时，超级电容器放电，其电压下降，V_c如(3)式所示：

(3)式中，i_b为能量存储器的充电电流；随着超级电容器持续放电，光伏电池电压逐渐下降，当V_c＝V_L时，能量存储开关断开，光伏电池又开始为超级电容器充电，重复最佳电压控制状态I和II，始终使光伏电池的输出电压控制在最大输出功率区内。