本發(fā)明涉及一種基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于碳化硅二極管的特性對(duì)光伏電池陣列的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)與監(jiān)控的系統(tǒng)，屬于電源系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、碳化硅(sic)雪崩光電二極管(apd)是一種高性能的光電探測(cè)器，它結(jié)合了雪崩倍增機(jī)制與碳化硅材料的優(yōu)異特性。當(dāng)光子入射到apd時(shí)，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)下發(fā)生雪崩倍增，從而放大信號(hào)。與傳統(tǒng)的硅基apd相比，sic?apd具有更寬的禁帶寬度和更高的熱穩(wěn)定性，能夠顯著提高探測(cè)靈敏度和信噪比，特別適用于低光強(qiáng)度下的光信號(hào)檢測(cè)。sic材料能夠在更高的電壓和溫度下穩(wěn)定工作，并具有更低的暗電流和更高的增益，這在航空航天、軍事和工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域尤為重要。此外，sic?apd還具有快速響應(yīng)時(shí)間和低暗電流，使其在高速光通信和光子計(jì)數(shù)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。目前，sic?apd在激光雷達(dá)、光通信、空間探測(cè)、核物理和高能物理等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。

2、光伏電源系統(tǒng)由光伏電池板、電路控制芯片和dc-dc電路組成，其中光伏電池板是產(chǎn)生電能的核心裝置，其輸出功率和工作效率決定了整個(gè)電源系統(tǒng)的工作效率。光伏電池板是由多組光伏電池片以串并聯(lián)的方式形成陣列。光伏電池板的輸出功率主要由表面光照強(qiáng)度決定，理論上存在單個(gè)最大功率點(diǎn)。但實(shí)際情況下在光伏電池陣列中的不同電池片可能受到陰影遮擋或者灰塵遮蔽的情況，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)的工況并不相同。受到遮擋的電池片會(huì)出現(xiàn)熱板效應(yīng)，輸出功率降低，甚至成為電路負(fù)載，影響整體的輸出效率，嚴(yán)重情況下會(huì)損壞電池片。在此情況下，整組光伏電池陣列的輸出曲線呈現(xiàn)多波峰，存在多個(gè)最大功率點(diǎn)。因此需要檢測(cè)光伏電池板表面的光照強(qiáng)度，計(jì)算得到光伏電池陣列的功率輸出曲線，有助于調(diào)節(jié)光伏電池板的電路電壓，使其維持在最大功率點(diǎn)上工作。同時(shí)監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，防止出現(xiàn)異?，F(xiàn)象損壞光伏電池板。

3、基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于碳化硅二極管的特性對(duì)光伏電池陣列的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)與監(jiān)控的系統(tǒng)。利用碳化硅二極管檢測(cè)光伏電池陣列上各個(gè)電池片受到的光照情況，帶入光伏電池板輸出功率模型得到在實(shí)時(shí)工況下的整體功率輸出曲線，針對(duì)性的調(diào)整電路電壓，提高輸出功率，保護(hù)電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

4、光伏電池陣列、buck-boost電路、電源控制芯片模塊、碳化硅apd模塊、溫度傳感器模塊；所述碳化硅apd模塊包括滑動(dòng)裝置及碳化硅apd，所述碳化硅apd由所述滑動(dòng)裝置帶動(dòng)能夠在所述光伏電池陣列上移動(dòng)，用于掃描探測(cè)光伏電池陣列中每個(gè)電池片表面的紫外輻射強(qiáng)度，所述溫度傳感器模塊包括在每個(gè)電池片設(shè)置的溫度傳感器，用于檢測(cè)各電池片的實(shí)時(shí)溫度，所述電源控制芯片模塊接收碳化硅apd及溫度傳感器模塊采集的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理，根據(jù)每個(gè)電池片的狀態(tài)調(diào)整buck-boost電路占空比，以調(diào)節(jié)光伏電池陣列輸出功率在其最大輸出功率點(diǎn)。

5、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步的，所述的滑動(dòng)裝置包括兩組相互垂直的滑軌及驅(qū)動(dòng)部，其中第二滑軌固定，第一滑軌能夠被所述驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)沿第二滑軌移動(dòng)，碳化硅apd安裝于所述第一滑軌上能夠被所述驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)沿第一滑軌移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中所述碳化硅apd始終位于光伏電池陣列上方。

6、進(jìn)一步的，所述的光伏電池陣列為由若干串聯(lián)的電池片陣列并聯(lián)構(gòu)成，其中每個(gè)電池片兩端并聯(lián)有旁路二極管，在各串聯(lián)的電池片陣列兩端串聯(lián)有防回流二極管。

7、進(jìn)一步的，在每個(gè)檢測(cè)時(shí)段，控制碳化硅apd移動(dòng)從而依次掃描各電池片，獲取各電池片表面紫外輻射強(qiáng)度并傳輸至電源芯片控制模塊，各溫度傳感器檢測(cè)各電池片的溫度并傳輸至電源芯片控制模塊，所述的電源芯片控制模塊將每個(gè)電池片表面的紫外輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光照輻射強(qiáng)度，基于各電池片的光照輻射強(qiáng)度及溫度信息，同時(shí)考慮旁路二極管及防回流二極管的影響，電源控制芯片模塊計(jì)算得到該檢測(cè)時(shí)段工況下的輸出功率曲線，調(diào)整buck-boost電路的占空比，使光伏電池陣列的輸出電壓位于最大功率點(diǎn)處的電壓。

8、進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括通信模塊，當(dāng)電源控制芯片模塊檢測(cè)到光伏電池陣列表面出現(xiàn)異常溫度點(diǎn)或者單個(gè)電池片受遮擋時(shí)，受影響的電池片輸出功率會(huì)降低，此時(shí)該電池片的旁路二極管會(huì)被接通，整體輸出曲線成多波峰的情況，此時(shí)通過(guò)通信模塊發(fā)出需維修信號(hào)。

9、本發(fā)明通過(guò)利用碳化硅二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列電池的監(jiān)控，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有的有益效果至少有：

10、1)采用sic?apd光照強(qiáng)度檢測(cè)靈敏，能夠更準(zhǔn)確地計(jì)算出光伏電池板表面輻射強(qiáng)度分布和輸出功率曲線，更精準(zhǔn)地調(diào)控輸出功率位于最大功率點(diǎn)。

11、2)sic?apd環(huán)境適應(yīng)能力好，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境下的使用場(chǎng)景。在高溫、強(qiáng)輻射等環(huán)境下仍能維持良好狀態(tài)。

12、3)本發(fā)明針對(duì)光伏電池板有遮擋，表面有灰塵等情況，sic?apd能計(jì)算得到多波峰的功率輸出曲線圖，調(diào)節(jié)電路電壓至全局最大功率點(diǎn)，避免陷入局部最大功率點(diǎn)，造成能量損失。

13、4)本發(fā)明系統(tǒng)考慮到了光伏電池陣列中旁路二極管和串聯(lián)二極管保護(hù)電路在真實(shí)情況下對(duì)輸出功率的影響，綜合上述影響因素得到整體輸出功率曲線，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明模型擬合度較高。相比現(xiàn)有技術(shù)，本系統(tǒng)的模型準(zhǔn)確性更好，調(diào)控更精準(zhǔn)。

14、5)本發(fā)明系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了滑動(dòng)裝置，可以使用單個(gè)sic?apd檢測(cè)光伏電池陣列大片區(qū)域中各電池片的紫外強(qiáng)度，兼顧了低成本和高效率。

技術(shù)特征：

1.一種基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的滑動(dòng)裝置包括兩組相互垂直的滑軌及驅(qū)動(dòng)部，其中第二滑軌固定，第一滑軌能夠被所述驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)沿第二滑軌移動(dòng)，碳化硅apd安裝于所述第一滑軌上能夠被所述驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)沿第一滑軌移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中所述碳化硅apd始終位于光伏電池陣列上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的光伏電池陣列為由若干串聯(lián)的電池片陣列并聯(lián)構(gòu)成，其中每個(gè)電池片兩端并聯(lián)有旁路二極管，在各串聯(lián)的電池片陣列兩端串聯(lián)有防回流二極管。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，在每個(gè)檢測(cè)時(shí)段，控制碳化硅apd移動(dòng)從而依次掃描各電池片，獲取各電池片表面紫外輻射強(qiáng)度并傳輸至電源芯片控制模塊，各溫度傳感器檢測(cè)各電池片的溫度并傳輸至電源芯片控制模塊，所述的電源芯片控制模塊將每個(gè)電池片表面的紫外輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光照輻射強(qiáng)度，基于各電池片的光照輻射強(qiáng)度及溫度信息，同時(shí)考慮旁路二極管及防回流二極管的影響，電源控制芯片模塊計(jì)算得到該檢測(cè)時(shí)段工況下的輸出功率曲線，調(diào)整buck-boost電路的占空比，使光伏電池陣列的輸出電壓位于最大功率點(diǎn)處的電壓。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括通信模塊，當(dāng)電源控制芯片模塊檢測(cè)到光伏電池陣列表面出現(xiàn)異常溫度點(diǎn)或者單個(gè)電池片受遮擋時(shí)，受影響的電池片輸出功率會(huì)降低，此時(shí)該電池片的旁路二極管會(huì)被接通，整體輸出曲線成多波峰的情況，此時(shí)通過(guò)通信模塊發(fā)出需維修信號(hào)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于碳化硅二極管的光伏陣列電池監(jiān)控系統(tǒng)，包括：光伏電池陣列、Buck?Boost電路、電源控制芯片模塊、碳化硅APD模塊、溫度傳感器模塊；碳化硅APD模塊包括滑動(dòng)裝置及碳化硅APD，碳化硅APD由滑動(dòng)裝置帶動(dòng)能夠在光伏電池陣列上移動(dòng)，用于掃描探測(cè)光伏電池陣列中每個(gè)電池片表面的紫外輻射強(qiáng)度，溫度傳感器模塊包括在每個(gè)電池片設(shè)置的溫度傳感器，用于檢測(cè)各電池片的實(shí)時(shí)溫度，電源控制芯片模塊接收碳化硅APD及溫度傳感器模塊采集的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理，根據(jù)每個(gè)電池片的狀態(tài)調(diào)整Buck?Boost電路占空比，以調(diào)節(jié)光伏電池陣列輸出功率在其最大輸出功率點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：夏文彥,樓海君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28