[发明专利]基于MPPT升压的二次升压电路及分布式太阳能电池组

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于太阳能发电系统的高效能太阳能电池组，特别是涉及一种基于MPPT升压的二次升压电路的太阳能电池组设计。 

背景技术

在太阳能发电系统中，需要先将太阳能电池板发出的低压交流电升高到与交流市电相匹配的电压，再将直流电变成交流正旋波，与市电同步后并入电网。目前普遍采用的方法是将数百块至一千块太阳能电池串联后形成太阳能电池组，这样可得到一百伏至5百伏的电压。但是，这种现有技术中的串联太阳能电池组，由N串太阳能电池板组并联而成，每串电池板组由一个连接器进行自由连接，从而分别连接MPPT电路，其电路如图1所示。这种方案存在的技术缺陷是： 

1）当一串太阳能电池板组中的一个单板坏掉时，需摘除整串电池板组，影响了对太阳能的发电功率； 

2）这种设计看似简单，但实际上由于太阳能电池的不匹配及使用环境不同，造成输出电压低的太阳能电池组输出电流小，更多的电能变成热能使太阳能电池变热，形成热岛，造成太阳能电池损坏。 

为了解决这一问题，本发明在每一个封装好的太阳能电池板上加装带最大输出功率点跟踪的基于MPPT升压的二次升压电路，将每块电池板输出的电压升高到200伏至400伏以上。这样一来，可将电路的输出直接并联，送入并网逆变器。 并且，由于电路可以精确控制每一块太阳能电池板的输出功率和电路的输出电压，这样就可避免热岛的形成，同时可提高太阳能电池板的输出功率2%-4%。 

但是，上述设计的主要问题是：由于输出电压高，造成的开关损耗也随之增大。对于PWM系统而言，开关损耗是一个固定值。这样在光照不足的情况下，系统的效率就会大大降低。如对于一个300W的太阳能电池板，开关损耗为14W，仅为4.7%；在300瓦输出时，效率为95.3%,是可以接受的。但当早晚或阴天时，太阳能电池板的输出功率只有30瓦，这时的转换效率下降为53%。这样的系统是不可以接受的。 

因此，本发明正是针对如何利用最大输出功率点跟踪的基于MPPT升压的升压电路，保证太阳能电池系统始终有较高的转换效率的而提出的解决方案。 

发明内容

基于上述现有技术问题，本发明提出了一种基于MPPT升压的二次升压电路，利用超级电容和充电均衡模块，使得二次升压后的输出功率在一定时间内稳定，并且进一步利用超级电容祈祷稳定输出功率的作用； 

另外，本发明提出了一种基于MPPT升压的高效太阳能电池组，通过并联设置的多个太阳能电池组及该多个太阳能电池组与基于MPPT升压的二次升压电路的连接设置，实现控制升压电路输出相位的数量，改变开关损耗的大小，从而保证电路始终有较高的转换效率的高效太阳能电池组。 

本发明提出的一种基于MPPT升压的二次升压电路，该电路包括MPPT升压模块、充电均衡模块、两个超级电容以控制器、及两个二次升压模块， 

MPPT升压模块有两路输出，一路经充电均衡模块，一路未经充电均衡模块，输出功率分别为P1，P2，通过控制器对输出功率进行分配，太阳能电池板的平均 输出功率P0等于P1平均值和P2平均值的和；P1，P2之后分别连接二次升压电路然后并联，输出功率恒定为Pout=P1+P2≠P0，其中MPPT升压电路的使能信号CON3来自控制器； 

充电均衡模块，保证每个超级电容的电压不超过最大耐压，而且保证每个超级电容电压相同以获得P2点的最高电压；当充电均衡模块给MPPT电路的信号CON1代表充电均衡模块处于等待请求状态request；充电均衡模块给二次升压电路的信号CON2代表充电均衡就绪状态ready； 

超级电容EDLC，作为储能元件，起到在稳定输出功率的作用； 

控制器，其输入一路为第一参考电压Vref1，另一路P0则由MPPT升压电路产生，两路作为控制器的输入参数计算出参考电压二Vref2，用于第二路二次升压电路的输出功率计算，保证一定时间内输出功率恒定，当P1=P0时，充电均衡模块将自动开启，用于补电，保证二次升压后的输出功率恒定；控制器通过通讯接口，接入通讯总线，和远程终端相连接； 

二次升压电路：其输入信号一路直接由MPPT升压电路输出，通过普通电容滤波，直接连接二次升压电路；另一路则通过充电均衡电路和超级电容EDLC，输出连接二次升压电路，；输入电压为第一、第二参考电压Vref1，Vref2，用于确定P1和P2的值，其中Vref2是由控制器计算得出的，输出并联之后，短时间内输出功率恒定，即Pout=P1+P2。