一種光伏太陽能發電系統控制方法與流程

本發明申請涉及太陽能光伏發電，尤其涉及一種光伏發電系統、光伏控制器及其光伏發電多路控制負載功率的方法.

背景技術：

1、現有的太陽能光伏控制器pwm控制、mppt控制器和其他控制器一般都無法脫離電池運行，或者脫離電池運行效率底下，同時無法直接適配家用電器負載等。需要多個產品相互配合才能在家庭使用，無法單獨使用或單獨使用不好用等。

2、晶科高效單晶硅單面n型半片太陽能組件430-455w為例子，最佳工作電壓是1000光照強度的最高功率的工作電壓，最大功率點是不同光照強度的最大功率點，太陽能電池的最大功率點，看圖11在不同光照強度下，電流變化較大，電壓變化很小，最大功率點電壓都和最佳工作電壓非常接近，最佳工作電壓和不同光照最大功率點電壓誤差非常小。

3、離網儲能發電或離網發電，適合房車或無市電的情況下使用，而不適合家用、戶用和屋頂光伏，因沒有專用的光伏儲能電池，儲能成本高于電價，維護成本居高不下，無法適用于普通戶用、家用和屋頂光伏等日常用電需求。

4、高頻逆變器，一般高頻逆變器會把，電池電壓從12v-96v左右的電池升壓到340v后通過推挽電路或其他電路轉變為正弦波直流電，并且以獨立產品配合電池和光伏控制器來組成離網光伏系統，來滿足日常用電。

技術實現思路

1、本發明目的是為了解決現有家用或商用屋頂光伏系統種，家用屋頂光伏高效率使用問題，解決脫離儲能系統后以更高效率運行的問題，脫離電池后降低建設成本，同時盡可能的提高光伏發電的使用效率，減少棄電情況發生。

2、太陽能分級降壓控制器控制方法是屋頂光伏光伏系統，屬于戶用光伏系統，通過對多路輸出電路，分優先級別，每路電路分別采用不同的升降壓方法，必要時候限制優先級低的電路負載功率，時刻調整各路功率，不鏈接電池，配合市電的情況下，輸出功率可以達到太陽能光伏發電功率的95%以上，并長時間相對穩定。

3、本發明克服了，光伏控制器對電池依賴，同時效率提升到理論最高值附近，并把光伏發電功率的不穩性縮小到局部，優先級高局部輸出端獲得穩定的電源輸出，降低不穩定性的影響力，從而獲得一定的穩定性。

4、本發明太陽能升降壓控制器，光伏適用于戶用或家用，家用光伏主要適用于家用電器和企業用電等。太陽能升降壓控制器采用前后兩端同步升降壓分級，分優先級去限制控制輸出功率，實時限制優先級低的用電負載的功率，從而保證優先級高的用電電路的穩定。

5、輸出端優先級分級

6、太陽能分級降壓控制器控制方法，對輸出電路分優先級，分級從高到低級分別：t0、t1、t2、.......。

7、輸出端優先級分級對太陽能升降壓控制器控制方法是很重要的。為了保障整個電路的穩定性，理論上分級越多越容易對輸出端控制，越容易對整個電路的穩定性有保障，但是實際中可能是單路沒有分級，雙路分兩級或三路分三級，而分4-10級情況比較少，很少會出現在家用這些方面。

8、如圖2所示，其中6、7、8和......是所有的分級，這里省略掉9、10、11......等分級，所有的分級都有一個對應的核心功率組件，并且這個核心功率組件（2）和（1）控制部分相鏈接，并且分級輸出端還連接負載電源端口。圖（3）、（4）、（5）、（7）、（8）和（9）都有多個分級其中很多分級被省略，而圖5圖6圖8圖9是兩個分級三個輸出端，輸出端比分級多了一個也是正常現象。其中圖5和圖8是有前中后三級，比其他電路前級后記多出一個中級級，同時也多出一個核心功率組件，每一個分級都相當于有兩個核心功率組件，電能需要經過兩處核心功率組件。

9、高優先級可以稱為t0級別，中優先級稱t1，低優先級稱t2，而企業或商用用戶可能有t3、t4等。

10、優先級負載家用電優先級是用戶自行設定的，每個用戶習慣不同，最終設定千差萬別。但是一般可以安裝用電器，電腦、空調、冰箱和洗衣機等算高優先級，電飯鍋、電熱扇、通風設備、備用電池充電、冰柜、驅蚊設施、魚缸水泵等算中等優先級，儲水式電暖器、太陽能制氫等算低優先級。

11、在日常使用中，如果高優先級負載過多時候，會限制低優先級之后限制中優先級，必要的時候會接入市電來維持穩定，高優先級直接影響用戶使用家電的體驗，一般情況是全力保障其穩定性。而中優先級是次與高優先級，強于低優先級的。

12、低優先級又稱t2級電，是太陽能升降壓控制器控制方法高效率的核心，其中儲水式電暖器是利用水的高比熱容的特性，把白天發出多余的電，存儲在水中，只要水比較多，1米長寬高的水箱可以存儲1噸水，而1噸水從0度到100度需要116度電，而家用多個小水箱500升的水箱放至多個房間，每個水箱簡單改裝加入一個加熱棒，就可以變成儲水式熱水器，白天家中無人時候，可以用厚布蓋起來，等下班或家中有人的時候，在去掉蓋布，由于水箱比較大，會持續散熱，保持冬季房屋內部的取暖效果。

13、太陽能制氫和太陽能制甲醇是現在科研的一個技術方向，也是未來低碳環保的一個趨勢，也是太陽能升降壓控制器控制方法高效率的未來的一個方向，積極增加可以使用t2級電的大功率產品，是保障太陽能升降壓控制器控制方法高效率核心路徑，豐富t2級電用電器是影響太陽能升降壓控制器控制方法高效率的關鍵。

14、改造各種家用電器，如客廳空調等其他用電器，通過改造后的家電，可以直接使用t2級電力，通過在電器內部增加電池或電容等物理辦法，在通過修改軟件或控制方法就可以在很多不能用t2級電力的情況下變成可以用二級電了，同時也保留使用正常電力的能力，這樣也可以間接提高t2級電力的使用情況，如夏天客廳空調在沒有客人的情況下，也可以有一定的工作能力，可以增加t2級電力的應用，減少電力的浪費，提高太陽能的利用效率。

15、t2級電現在可以適配的用電器比較少，但是這是一個先有雞還是先有蛋的問題，必須先開發出可以用的家用光伏產品后，才有可能誕生適配這個家用光伏產品的產品，目前來講儲水式電暖器是太陽能升降壓控制器控制方法的一種實現方式，只有在滿載、飽和和過載的情況下，太陽能升降壓控制器控制方法才能有比較高的效率，同時不用電池的協助，是完成脫離電池可以高效率運行的一種方法。或者說光伏發電和電池本來就不一體的，本來就是兩個不相關的東西，而現實很多光伏系統的大部分成本都是電池，導致光伏系統運行維護成本過高，收益產出不及投入，導致離網光伏無人問津。

16、核心功率組件和電路前后級

17、核心功率組件前端為輸入端，后端為輸出端。核心功率組件是控制部分直接控制的部分，是可以被控制而影響到整個電路的部件，而核心功率組件，是由多個元件組成，一般由功率管、電容、電感、二極管、變壓器等，如圖圖2中（2)這個部件表示核心功率組件部分，核心功率組件與(1)控制部分相連接，與輸入輸出端相連接。圖3是一個全磁力電路，其中(q1)、變壓器、(ejg)和(d1)是一個核心功率模塊組件，圖4是一個半磁力電路，其中(q1)、(e)、(g1)和(f)是一個核心功率模塊組件，圖5是一個無磁力電路，其中有(q0)和(d1)是一個核心功率模塊，同時前級同并聯兩個核心功率組件，其中q1和d3是一個核心功率組件，圖3圖4圖5圖中還包括其他核心功率組件。反激、正激、推挽、全橋、半橋、bauk、boost等開關電源升降壓電路中都包含核心功率組件，核心功率組件能被控制并且有一定的調節范圍，并且與功率輸入端和負載相連接。

18、太陽能升降壓控制器控制方法的核心功率組件，核心功率組件前的電路是前級電路，而核心功率組件后面的電路是后級電路，同時太陽能升降壓控制器控制方法會分多個優先級，每一個優先級都分出一個后級電路，有些情況下會多出來一個后級電路輸出端。在工作中前級和太陽能光伏板相連接，后級和電源輸出端和用電器相連接，前級和后級電壓和功率是實時變化的，而且前級是共用的，而后級是分別控制的，必要時候可以限制后級的輸出功率，保持整個太陽能光伏系統整體平穩。

19、而前后中級，如圖5和8中分別是前中后三級，其中中間級是零線可能會接地，而太陽能前級在圖下面，在330伏光伏發電系統中，前級電路的負極可能在0伏和負200+伏之間變化，在空載時候前級負極的負數值會達到最大，而滿載、飽和和過載時候負極就接近0伏，電路控制端通過調整電路的電壓和功率，實現對前級電路太陽能光伏板發電的棄電，棄電不會進入整個發電系統的核心部分。

20、無磁力、半磁力和全磁力工作模式，是以核心功率組件是否有磁力轉換為電能來確定的，電能變磁能來區分的，電能通過核心功率組件時候是否變成磁能，然后又變成變成電能。

21、1.無磁力就是電能通過核心功率組件時候，是以電能以電流開關通斷，來經過核心功率組件，沒有轉換磁能，也沒有磁能轉化為電能，近乎全部都是沒有轉換，與磁能無關。

22、2.半磁力在一定的條件下是不會轉換，會以電能通過，根據負載和發電情況，控制部分實時調整，在一些情況下又會以一定的磁力工作，又一定的電能流過，半磁力有兩種情況，一種是電能通過，另外一種是部分電能通過，部分是轉換為磁能，磁能又裝換為電能為負載供電，最后一種是少量或無量電能，幾乎全是磁能通過。

23、3.全磁力是功率部分全部的電能都以電能轉換為磁能，之后磁能再次轉換為電能，全部的電能功率都以電能換磁能，磁能換電能傳導到后端。

24、太陽能升降壓控制器采用前后兩端同步升降壓分級，前后兩端同步升降壓中的前后，必要時候可以分成前中后三部分，如圖5圖8圖9的電路中，可以認為分成前中后三部分。

25、前后分級是按照開關管或變壓器等核心功率組件組件電路，在之前或之后的稱為前電路或后電路。前后兩端同步升降壓，前電路和后電路，在工作中電壓是實時不穩定狀態，電壓會隨時變化，控制電路按照用戶要求，對棄電、空載、輕載、滿載、飽和、過載進行處理，并且實時反應到前后兩端的電壓上面，并檢測電路發電功率和用電功率，實時調整在保證電源穩定同時，輸出接近理論效率最高值附近的功率，來滿足用戶的要求。

26、空載、輕載、滿載、飽和、過載的控制方法

27、太陽能升降壓控制器控制方法對棄電、空載、輕載、滿載、飽和、過載的控制方法，棄電，當用戶用電量小而發電也沒有用途，在沒有任何一種可以被再次利用的可能的時候，被迫的一種選擇棄電。光伏發電受到天氣影響，發電功率是實時變化的，當負載功率小于滿載功時候，當負載功變小時候，控制部分降低升級壓的比例，后端輸出端開始下調功率，于是反饋到前端后，前端因為控制下調后端功率，會繼續升高前端電壓，控制部分檢測到前端繼續升高電壓，繼續控制后端下調功率......直到調整到位，調整到一定范圍內，在一個合理區間就能到達穩定的同時，前端電壓升高后，電流變小，對于光伏發電板，高電壓下發電功率下降，高電壓下功率變小，從而間接棄電，通過減小控制后端電路功率，前端光伏自然升壓來把用不到的電力棄掉。

28、空載、輕載和棄電大同小易，空載是指沒有負載，在這種情況下，后端功率幾乎為零，只有太陽能升降壓控制器控制自身的耗電，前端光伏板的電壓幾乎等于開路電壓，前后兩端功率幾乎都是零，這樣整個電路就是穩定狀態。輕載情況也是差不太多，前端光伏板的電壓會下降到開路電壓和最佳電壓之間的位置，這個時候光伏發電板的功率比較低，但是這個時候是整個電路比較穩定的時候也是一種理想狀態，而后端功率也是比較低，前后兩端功率相等，電路進入穩定狀態，不需要過多的外部支援，或限制部分優先級低的電路輸出，可以全力保障所有優先級的電路輸出滿載，滿足所有優先級別電路的要求。

29、在的負載功率近乎是0瓦空載時候，從輕載到空載后，是空載狀態下，光伏板組電壓繼續升高，達到90%-99.999%開路電壓值，如果光伏發電功率比較低，不高于5kw時候，光伏發電系統自身功耗較高的情況從輕載到空載后，光伏板組電壓繼續升高，達到85%-99%開路電壓值。

30、滿載、飽和和過載是一種極端，但是也是理論極限效率的必要條件，否則無法實現理論極限效率，必須要積極制造這種工作條件，讓太陽能光伏板盡可能的滿載工作，減少棄電，減少浪費電力的情況發生。滿載、飽和和過載是整個發電系統來講的，一般情況是指光伏板的滿載和飽和情況，過載是指光伏發電即便理論最大值，也無法滿足負載的要求，這個時候視為過載，負載電器的總功率超過了光伏輸入功率，即使超功率模式，過載就是進入超功率模式，即使光伏100%工作也無法滿足負載需求，這個時候太陽能光伏發電玻璃可以連續接近100%的工作，在這樣的情況下，經濟效益才能達到最大值，不用通過電池來提高效率，效率完全有負載決定的，太陽能升降壓控制器控制有多路輸出，負載過多的時候通過多路輸出連接到負載上，輸出按照優先權有分級，優先級高的輸出電力是穩定的，優先級低的輸出也能滿足部分需求，這樣情況下，太陽能升降壓控制器控制方法可以連續不斷的接近理論極限功率輸出，實現光伏系統發電用電的效率最大化，由于不需要電池成本也比較合理。

31、滿載、飽和和過載的情況，當從輕載到滿載的過程中，輕載是所有的分級都會參與工作，而滿載的時候，控制部分會檢測所有的分級電路和輸入電壓，發現輸出功率變高的，會調整分級升降壓比例，直到穩定狀態。當升降壓比例到達極限，光伏板到最佳工作電壓不適合繼續調整的時候，這個時候進入飽和狀態，如果穩定在這個地方就是飽和狀態，而且接近太陽能光伏板發電的極限效率附近，實際情況這種飽和是很難維持的，光伏玻璃受到天氣或其他影響，發電功率最高值是一直在變化的狀態，所以過載是隨時都會發生，所以滿載、飽和和過載是在互相切換狀態中，這樣狀態下要維持發電用電效率，就必須對輸出分優先級級管理，對優先級低的負載，可以適當的限制其功率，讓其功率降低。而當過載發生的時候，對有優先級高的輸出端和鏈接的負載，是全力保障的，保障其穩定性，必要是引入市電來匯入電路來補充，確保優先級高的電路的穩定性，而優先級中等的視情況而定，優先級中等的會在低優先級已經被關掉的狀態下，依然無法維持穩定情況下，會根據情況引入市電來匯入電路來補充還是會限制其功率。這樣即便負載很大是太陽能光伏發電玻璃的數倍，電路也可以滿載部分用電器的穩定的需求。

32、而用戶用電也是不穩定，有時候用電多，有時候又無人用電，用戶用電高峰期過去后，用電低峰時候讓優先級中等和優先級低的負載也可以用電進行工作，這樣不管是不是高峰期低峰期都是滿載工作，短時間可能無法滿足低優先級的用電需求，但是從長一些時間來看，可以滿足低優先級的一些用電要求，而且可以滿足優先級高的輸出端負載的所有要求。這樣把太陽能光伏板發電的不穩定性和用戶用電不穩定性都限制的影響都限制了，讓不穩定性影響變小，讓比較重要的一些用電器，依然非常穩定，這樣太陽能升降壓控制器控制可以滿足用戶的基本要求的情況下，可以在滿載、飽和和過載的連續工作，讓太陽能升降壓控制器控制方法以接近太陽能板發電效率滿載極限連續工作，實現效率收益最大化。

33、升壓或降壓

34、太陽能升降壓控制器控制方法，關于升壓控制實際中的應用，用戶在安裝太陽能光伏玻璃的是，受到場地和空間的影響，無法有足夠的空間來安裝足夠的光伏玻璃，這個時候光伏玻璃數量少，電壓比較低，這個時候適用于升壓控制，太陽能升降壓控制器控制方法在電壓比較低的時候采用升壓工作，而升壓工作一般是全磁力或半磁力核心功率組件來工作。

35、同理，當場地比較大，太陽能光伏板數量比較多，串聯后電壓比較高，這個時候比較適合用降壓控制，降壓控制更加適合半磁力和無磁力核心功率組件來工作。一般情況下，光伏發電組發出的電壓低于300v以下采用升壓控制，全磁力或半磁力核心功率組件來工作，而300v以上采用降壓控制，一般是全磁力或半磁力核心功率組件來工作。這樣做在實際應用中更容易接近功率輸出的理論極限值，也更加合理。

36、太陽能光伏發電不穩定電源，日常生活中，太陽能光伏的開路電源電壓比較高，遠遠高于工作電壓。例如晶科能源的440w太陽能電池板，開路電壓50多伏，而最佳工作電壓33伏左右，隨著使用功率越高，光伏玻璃輸出功率也越高，從50多伏很小電流，此時功率最低，當負載過高后，電流變大，電壓變小，當電壓下降到最佳工作電壓時候，電流也增加到合適位置，此時理論功率最高的時候，實際要考慮天氣和其他因素。當光伏玻璃輸出電壓到最佳工作電壓33v伏左右時候，光伏發電玻璃已經到達最佳工作電壓附近，功率已經不能在增加，功率達到最大值，控制部分，通過檢查輸出電壓來及時調整降壓比例，從1.6：1左右到1：1倍的。當控制部分調整降壓比例達到1：1時候，整個降壓電路功率也達到最佳最高的狀態，此時單塊光伏玻璃的發電系統輸出電壓是33v，而光伏板通過串聯達到10塊太陽能電池板的時候，整個系統最佳輸出功率的電壓是330v，此時使用半磁力或無磁力太陽能降壓控制方法，可以通過調整降壓比例，來穩定輸出330v。330v的輸出電壓，相當于交流電的230v左右的功率，是可以直接對用電要求不高的電器直接供電，如電暖器、電熱扇、電熱毯、電熱鍋、電熱水壺、甚至家用電腦等。

37、而實際使用中，可能因空間、場地和其他原因，無法或者不適用多塊太陽能光伏板的時候，就必須用單塊或較少的塊數來構建發電系統的時候，就必須要采用，全磁力或半磁力來升壓，通過調整升壓比例來升壓，兩塊最佳工作電壓33v的太陽能電池板，控制部分，通過檢查輸出電壓來及時調整降壓比例，最高升壓5倍比例左右，通過升壓到320v左右，320v直接適配一些家用電器，來用電。

38、其他

39、本發明控制單元既可以是簡單的穩壓二極管、芯片類也可以是數字芯片，如圖6中（w1）和（w2）是兩個不同電壓的穩壓二極管管，具體電路中還有其他零部件參與其中，必要時候會通過穩壓二極管檢測電路，關鍵時候介入220vac整流后并入穩壓。如圖7就是數字類芯片控制信號放大芯片進行間接控制，而其他圖片中一般都是普通模擬芯片控制，太陽能升降壓控制器的控制部分既可以是簡單的穩壓二極管，也可以是模擬芯片和數字芯片控制。

40、t2級別負載安全儲能取暖水箱，水箱可以是各種形狀，甚至內置在墻壁、柜子、床、設備等里面，也可以在保溫材料加持下放在屋內屋外，甚至必要時候可以去掉保溫材料，在需要時候加強散熱。安全儲能水箱是鏈接地線，在漏電時候可以導向大地，而且水箱加熱棒加入構建放于水箱偏頂部位置，便于在漏出一定高度水的情況下，可以快速脫離水位線，漏水時減少地面水和水箱水帶電的問題，減少安全隱患。

41、相對穩定是指，在對重要的用電設備盡可能滿足用電需求，重要的用電設備t0占比小于發電總功率50%為佳，必要時候接入市電補充到t0電路，完全保障重要的用電設備的同時，在缺電時候，限制次要的用電設備的功率，如電暖器、電熱鍋、電烤箱等，保障高優先級的穩定同時，整體到達相對的穩定。

42、太陽能升降壓控制器控制系統本身供電，一般采用反激式開關供電，降低成本可以采用阻容方法來為系統控制系統和元器件降壓供電，阻容效率低功耗大，但是光伏發電系統本身電力充沛，所以光伏系統本身降壓方式多，而且功耗本身差別很大，在空載的情況下，如圖5所示，當負載空載的情況下，實際負載需要的功率是0瓦，如果光伏系統本身功耗大，空載情況下光伏板組gfb發電量不大的情況下，光伏板組gfb電壓值與開路電壓值有一定距離。

43、智能家居，太陽能升降壓控制器控制，通過wifi或者網絡對負載進行網絡鏈接，實時統籌智能家用電器的使用情況，在必要時候自動降低智能家用電器的功率，通過網絡數字控制所以的負載，用更少的電，提供更多的服務。

44、如圖7，太陽能升降壓控制器控制方法，其中（11）數字檢測電路、（1）控制部分和（10）數字轉換電路，數字控制部分通過wifi與其他智能家用電器鏈接，通過網絡對家用電器用電情況實時了解，通過延后啟動或者降低功率等方法，在負載功率過高的時候實時減少功率，從而減少尖峰用電，在谷峰時候多用電。數字控制部分通過網絡，可以了解天氣情況，必要是通過大數據，可以預判烏云遮陽光的準確時間，提前或者推后用電高峰。

45、太陽能光伏電池板最佳工作電壓,是指單塊或整組太陽能光伏玻璃的最大功率點的電壓值，當然不同光照強度下會有差值，但是目前主流一般情況下相差不是很大，可以多次測量取電壓中間值或平均值，具體根據安裝用戶的習慣可能有所不同。

46、當輸入功率不足，負載過載情況下。

47、必要時可以在任何一路中加入ac、交流電匯入；zl、整流；在功率不足時候并入電路。

48、必要時可以在任何一路中加入dc、電池；jhnbq、簡化逆變器；來讓電路功能更加完善。