專利名稱：一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，屬于光電技術(shù) 領域。
背景技術(shù)：
光伏電池的制造技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相當成熟。但是，在光伏能源自 治微系統(tǒng)中利用光電微能源給系統(tǒng)供電，最近幾年才得到研究與應用。在光伏 能源自治微系統(tǒng)中，光伏電池的面積通常小于幾十平方厘米，輸出電壓較低(一 般為幾伏)，功率小于1瓦。因此，需要提高微系統(tǒng)的光伏電池輸出效率。
在發(fā)明專利申請"鋰離子電池-超級電容器混合儲能光伏系統(tǒng)"(申請?zhí)枮?br> 200710178894)中，介紹了利用超級電容器和鋰離子電池進行光伏能量存儲的
結(jié)構(gòu)。在"太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤方法及裝置"(專利申請?zhí)枮?br> CN200610098495.1)中，介紹了一種利用DC-DC變換器進行最大功率點跟蹤的 方法。在文獻"超級電容器蓄電池混合儲能獨立光伏系統(tǒng)研究"(太陽能學報， 第28巻第2期，ppl78-183)中提出了超級電容器與鉛酸蓄電池混合能量存儲 的方案。這些系統(tǒng)在大功率光伏電池發(fā)電系統(tǒng)中具有良好的應用前景，但不適 用于小功率光伏電池系統(tǒng)。其主要原因在于控制系統(tǒng)復雜、控制電路自身功 耗較大以及BUCK變換電路轉(zhuǎn)換損耗大等，在小功率光電能源中使用時，將增 加系統(tǒng)的功耗，使系統(tǒng)的輸出功率降低。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為提高小功率光伏電池系統(tǒng)中光伏電池的輸出效率， 提出一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下 一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，包括
光伏電池l、超級電容器2、最佳電壓控制器3、能量存儲開關(guān)4、能量存儲器5和二極管6。
光伏電池1將太陽能轉(zhuǎn)換為電能；
二極管6起反向偏壓保護作用，防止光伏電池l被反向輸入。
將超級電容器2作為能量緩存器，暫存光伏電池1的輸出能量，在最佳電 壓控制器3的控制下，為能量存儲器5充電。這是因為超級電容器2具備長壽 命、內(nèi)阻小、輸出功率密度大的特性，可避免由于光伏電池1輸出不穩(wěn)定對能 量存儲器5頻繁充放電造成的不良影響。
最佳電壓控制器4通過檢測超級電容器2的輸出電壓，經(jīng)過運算產(chǎn)生最佳 電壓控制信號，控制能量存儲開關(guān)的通斷，從而達到控制充放電過程的作用。 為了使光伏電池1工作在最佳電壓變化區(qū)，最佳電壓控制器2由具有遲滯特性 的控制器組成。
能量存儲器5用于存儲光伏電池1的輸出電能。
其中，光伏電池l可等效為一個理想電流源Iph和二極管D的并聯(lián)，Rs為其 等效內(nèi)阻。其輸出電壓經(jīng)二極管6 (Dl)給超級電容器2充電。最佳電壓控制 器3由升壓式DC-DC變換器，電阻R1、 R2、 R3，以及集成運算放大器組成。
光伏電池1的輸出端與二極管Dl的正極相接，Dl的負極與超級電容器2 的正極相接。DC-DC變換器的輸入端與超級電容器2的正極相接，DC-DC變換 器的輸出端與集成運算放大器的電源端相接。電阻R1的一端與集成運算放大器 的反向端相接，另一端與超級電容器2的正極相接。電阻R2的一端與DC-DC 變換器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接。電阻R3的一端 與集成運算放大器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接。集 成運算放大器的輸出端與能量存儲開關(guān)5的控制端相接，能量存儲開關(guān)5的輸 出端與能量存儲器4的正極相接，能量存儲開關(guān)5的輸入端與超級電容器2的 正極相接。光伏電池l的負極同時與超級電容器2、能量存儲器5的負極相接。
有益效果
本實用新型提出的提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，基于最佳電壓控 制法，通過在光伏電池與能量存儲器之間配置超級電容器和最佳電壓控制器， 使光伏電池的輸出電壓處于最佳電壓變化區(qū)，從而有效的提高了光伏電池的輸 出效率。具有電路簡單、自身功耗低，適合于在小功率微光伏系統(tǒng)中使用。


圖1為采用最佳電壓控制方法提高光伏電池輸出效率的電路原理圖； 其中，l-光伏電池、2-超級電容器、3-最佳電壓控制器、4-能量存儲開關(guān)、 5-能量存儲器、6-二極管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做一進步詳細說明。
如圖1所示，本實用新型的提高小功率光伏電池輸出效率的裝置包括
光伏電池l、超級電容器2、最佳電壓控制器3、能量存儲開關(guān)4、能量存 儲器5和二極管6。
其中，光伏電池1可等效為一個理想電流源Iph和二極管D的并聯(lián)，Rs為其 等效內(nèi)阻。其輸出電壓經(jīng)二極管6 (Dl)給超級電容器2充電。最佳電壓控制 器3由升壓式DC-DC變換器，電阻R1、 R2、 R3，以及集成運算放大器組成。
光伏電池1的輸出端與二極管D1的正極相接，Dl的負極與超級電容器2 的正極相接。DC-DC變換器的輸入端與超級電容器2的正極相接，DC-DC變換 器的輸出端與集成運算放大器的電源端相接。電阻R1的一端與集成運算放大器 的反向端相接，另一端與超級電容器2的正極相接。電阻R2的一端與DC-DC 變換器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接。電阻R3的一端 與集成運算放大器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接。集 成運算放大器的輸出端與能量存儲開關(guān)5的控制端相接，能量存儲開關(guān)5的輸 出端與能量存儲器4的正極相接，能量存儲開關(guān)5的輸入端與超級電容器2的 正極相接。光伏電池l的負極同時與超級電容器2、能量存儲器5的負極相接。
實施例
假定某面積為150mmx67mm的光伏電池，處于平均太陽輻照度E = 93mW/cn^的條件下，在一個最佳電壓控制周期中，光伏電池輸出能量存儲在2 個120F串聯(lián)超級電容器中。
當超級電容器的電壓從4.3V升至5.3V時，光伏電池的輸出功率Wi如下
巧=丄C(7 _ J^2) = 30x (5.32 -4.32) 2
=288( /光伏電池平均輸出轉(zhuǎn)換效率Tlo=9.1%。
作為對比，若不采用最佳電壓控制，即，不將電壓控制在最佳電壓范圍中，
如圖5中b所示，而是將光伏電池的輸出直接存儲在一個70F的超級電容器中， 此時，電壓從0.46V至U62V，光伏電池1的輸出能量W2 = 79.38(J)。經(jīng)上式 計算后，光伏電池的輸出轉(zhuǎn)換效率"0=2.5%。
可見，采用最佳電壓控制后，光伏電池的輸出轉(zhuǎn)換率提高了近3倍。
權(quán)利要求1、一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，包括光伏電池(1)、能量存儲器(3)、超級電容器(2)、二極管(6)，其特征在于還包括最佳電壓控制器(3)和能量存儲開關(guān)(5)；其中，光伏電池(1)可等效為一個理想電流源Iph和二極管D的并聯(lián)，Rs為其等效內(nèi)阻，其輸出電壓經(jīng)二極管(6)給超級電容器(2)充電；最佳電壓控制器(3)由升壓式DC-DC變換器，電阻R1、R2、R3，以及集成運算放大器組成；光伏電池(1)的輸出端與二極管(6)的正極相接，二極管(6)的負極與超級電容器(2)的正極相接，DC-DC變換器的輸入端與超級電容器(2)的正極相接，DC-DC變換器的輸出端與集成運算放大器的電源端相接；電阻R1的一端與集成運算放大器的反向端相接，另一端與超級電容器(2)的正極相接；電阻R2的一端與DC-DC變換器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接；電阻R3的一端與集成運算放大器的輸出端相接，另一端與集成運算放大器的同向端相接；集成運算放大器的輸出端與能量存儲開關(guān)(5)的控制端相接，能量存儲開關(guān)(5)的輸出端與能量存儲器(4)的正極相接，能量存儲開關(guān)(5)的輸入端與超級電容器(2)的正極相接；光伏電池(1)的負極同時與超級電容器(2)、能量存儲器(5)的負極相接。
專利摘要本實用新型公開了一種提高小功率光伏電池輸出效率的裝置，屬于光電技術(shù)領域。通過在光伏電池與能量存儲器之間配置超級電容器和最佳電壓控制器，利用超級電容器內(nèi)阻小的特點，使得超級電容器端電壓Vc直接影響光伏電池的輸出電壓Vs；通過控制超級電容器的充放電過程來控制光伏電池的輸出電壓，使光伏電池工作在最大輸出功率區(qū)，從而有效的提高了光伏電池的輸出效率。具有電路簡單、自身功耗低，適合于在小功率微光伏系統(tǒng)中使用。
文檔編號H02J7/00GK201328012SQ20082013665
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者何永泰, 劉麗輝, 李艷秋, 磊 王 申請人:北京理工大學