CN102684297B - 太阳能发电系统及其n+1备份配电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种太阳能发电系统及其N+1备份配电控制方法，涉及太阳能技术领域，有利于提高太阳能电池所产生的能量的利用率，提高太阳能发电系统的整体供电效率及系统稳定性，实现了太阳能控制器的N+1备份功能。该太阳能发电系统，包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，还包括：备用太阳能控制器；切换单元，用于根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至所述备用太阳能控制器。

Description

太阳能发电系统及其N+1备份配电控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能发电系统及其N+1备份配电控制方法。

背景技术

由于全球不可再生能源日益紧缺，各种可再生能源日益受到重视，目前，可再生能源中的太阳能的应用已较为成熟，随着太阳能电池价格的进一步下降，太阳能电池的应用前景越来越广阔。

太阳能电池的输出特性具有非线性特征，其输出功率受光照强度、环境温度和负载状况的多重影响，为了使得太阳能电池能够工作在最大输出功率点，同时为了降低系统造价，提高系统整体效率，在以太阳能为能源的通信电源系统中，一种常用方法为实时侦测太阳能电池的发电电压，并追踪最高电压电流值，使太阳能电池始终工作在最大功率点附近。这个过程称为最大功率点跟踪，最大功率点跟踪太阳能控制器具有输出电压稳定、体积小、便于维护和扩容等优点，使最大功率点跟踪太阳能控制器成为现阶段太阳能发展的主流技术。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中的太阳能发电系统通过单个或多个最大功率点跟踪太阳能控制器与太阳能电池的组合向应用系统提供电能，其中，最大功率点跟踪太阳能控制器与太阳能电池组一一对应连接，通过最大功率点跟踪太阳能控制器跟踪与其相连的太阳能电池最大输出功率点，当一个最大功率点跟踪太阳能控制器由于故障不能使用，无法跟踪与其相连的太阳能电池的最大功率点，导致该太阳能电池产生的能量不能被充分利用，降低了太阳能电池所产生的能量的利用率，从而降低了太阳能发电系统的整体效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种太阳能发电系统及其N+1备份配电控制方法，有利于提高太阳能电池所产生的能量的利用率，提高太阳能发电系统的整体供电效率及系统稳定性，实现了太阳能控制器的N+1备份功能。

为解决上述技术问题，本发明太阳能发电系统及其故障处理方法采用如下技术方案：

一种太阳能发电系统，包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，还包括：

备用太阳能控制器；

切换单元，用于根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至所述备用太阳能控制器。

一种太阳能发电系统的N+1备份配电控制方法，所述太阳能发电系统包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，所述太阳能发电系统的配电控制方法包括：

切换单元根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至备用太阳能控制器。

在本实施例的技术方案中，所述太阳能发电系统包括：该太阳能发电系统包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，还包括：备用太阳能控制器；切换单元，用于根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至所述备用太阳能控制器。该发电系统可以提高太阳能发电系统的输出功率的稳定性，可以提高对太阳能电池所产生的能量的利用率，还可以提高该太阳能发电系统的整体效率，实现了太阳能控制器的N+1备份功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的太阳能发电系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例中的太阳能发电系统的结构示意图二；

图3为本发明实施例中太阳能发电系统的N+1备份方法的流程图一；

图4为本发明实施例中太阳能发电系统的N+1备份方法的流程图二；

图5为本发明实施例中太阳能发电系统的N+1备份方法的流程图三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供一种太阳能发电系统，如图1所示，该太阳能发电系统包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，还包括：

备用太阳能控制器；

切换单元，用于根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至所述备用太阳能控制器。

在现有技术中，太阳能发电系统中的每一个所述太阳能电池仅与一个对应的太阳能控制器连接，由于太阳能控制器较易损坏，一旦太阳能控制器损坏，由于太阳光照强度不稳定，与损坏的太阳能控制器相连的太阳能电池受太阳光照的强度的影响，无法向负载的电路或用电设备输出持续稳定的功率，影响负载的电路或用电设备的正常工作。

在本发明实施例中，如图1所示，所述太阳能发电系统包括备用太阳能控制器和切换单元，当所述切换单元接收到控制命令时，切换单元根据控制命令，通过切换故障的太阳能控制器及其对应的太阳能电池之间的开关（开关形式包含且不限于电磁继电器、金属-氧化层-半导体-场效应晶体管、逻辑开关等多种形式），将故障的太阳能控制器对应连接的太阳能电池连接到备用太阳能控制器上，利用备用的太阳能控制器替代故障的太阳能控制器，保证了太阳能供电系统能够输出持续稳定的有效功率，确保了由太阳能发电系统供电的负载的电路或用电设备的正常工作。

进一步的，由于一个太阳能发电系统中通常具有数个甚至十多个太阳能电池，为了使得所述切换单元能够准确地将对应的太阳能电池连接至备用太阳能控制器上，具体地，所述切换单元根据控制命令中所携带的标识符进行正确的切换，将与故障的太阳能控制器对应连接的太阳能电池连接至备用太阳能控制器上，其中，该标识符可为任何使得所述切换单元分辨所需切换的开关的标识符，所述控制命令中所携带的标识符还可为太阳能电池或故障的太阳能控制器的标识符。

进一步的，如图1所示，所述太阳能发电系统还包括：

监控单元，用于检测各所述太阳能控制器的故障状态，当检测到太阳能控制器故障时，向所述切换单元输出控制命令。

在本实施例的一个具体情境中，假设此时的双路开关为电磁继电器，当所述太阳能发电系统中的任一太阳能控制器正常工作时，电磁继电器处于常闭触点，此时各太阳能电池的负极输出端通过对应的电磁继电器与对应连接的太阳能控制器的负极输入端相连，各太阳能电池的正极输出端通过对应的电磁继电器与对应连接的太阳能控制器的正极输入端相连，各太阳能控制器的负极输出端与-48伏特的线路连接，各太阳能控制器的正极输出端通过对应的电磁继电器与回路相连。当其中某一太阳能控制器（例如太阳能控制器1）故障时，监控单元可迅速检测到太阳能控制器1的故障状态，查询到与所述太阳能控制器1相连的太阳能电池1的标识符，之后向所述切换单元发送携带有该太阳能电池1的标识符的控制命令。

当所述切换单元接收到该携带有所述太阳能电池1的标识符的控制命令时，切换单元进入工作状态，通过断开所述太阳能电池1的正极输出端与太阳能控制器1的正极输入端之间的电磁继电器，以及断开所述太阳能电池1的负极输出端与太阳能控制器1的负极输入端之间的电磁继电器，使两个电磁继电器均不再处于常闭触点，这时，在所述电磁继电器的作用下，所述太阳能电池1的正极输出端将连接至备用太阳能控制器的正极输入端，所述太阳能电池1的负极输出端将连接至备用太阳能控制器的负极输入端，使得所述太阳能发电系统可保持其正常供电的状况，有效地持续为负载的电路或用电设备供电。

另外，所述太阳能发电系统的连接关系还可为图2所示，与图1的区别为，图2的各太阳能电池的负极输出端始终与对应的太阳能控制器及备用太阳能控制器连接，而图1中的各太阳能电池的负极输出端与对应的太阳能控制器的负极输入端之间设置有开关，可通过切换开关，将原本与对应的太阳能控制器的负极输入端连接的太阳能电池的负极输出端连接至备用太阳能控制器的负极输入端。

一般的，同一太阳能发电系统中的所有太阳能控制器的额定输出功率均一致，即所述备用太阳能控制器的额定输出功率与任一太阳能控制器的额定输出功率一致。

需要说明的是，可同时将多个故障的太阳能控制器对应连接的太阳能电池连接至所述备用太阳能控制器，此时所述备用太阳能控制器输出的功率为其额定的输出功率。

另外，各太阳能电池及直接相连的太阳能控制器相当于负载电路的多个电源，并且这多个电源之间并联。在本发明实施例的另一具体情境中，此时（例如阴雨天气、一天的早晨或傍晚等）的太阳光照强度较弱时，各太阳能电池所接收到的太阳光的光子的数目远远低于阳光普照的天气所接收到的太阳光的光子，故而此时基于太阳能电池的电源的输出功率也大大小于阳光普照时的同一电源的输出功率，负载电路此时无法获得正常工作时所需的有效功率，故而负载电路无法正常工作。

故而，所述监控单元还用于当所述太阳能控制器的实际输出功率小于或等于太阳能控制器的实际输出功率的预设值时，向所述切换单元输出控制命令。

需要说明的是，所述太阳能控制器的实际输出功率的预设值可由有关技术人员根据实际情况进行设置，一般的，该预设值可位于太阳能控制器的额定输出功率的20%至30%之间。

当切换单元接收到控制命令时，即表示太阳能发电系统此时无法向所述负载电路提供充足的输出功率，负载电路无法正常工作，为了使得负载电路能够正常工作，切换单元根据控制命令，将对应的太阳能电池连接至备用太阳能控制器上，具体地，切换单元根据控制命令中所携带的标识符来切换太阳能电池连接至的太阳能控制器，其中，该标识符可为太阳能电池与对应的太阳能控制器之间的开关或是所需切换连接的太阳能电池或是太阳能控制器的硬件地址、软件地址或其他任何使得所述切换单元识别、分辨太阳能电池的标识符。

将多个太阳能电池连接至备用太阳能控制器上后，所述备用太阳能控制器就可对多个太阳能电池的总的输出功率进行调整，最终输出符合该太阳能发电系统的额定功率的功率。

一般的，本实施例中所提到的太阳能控制器可为最大功率点跟踪太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。最大功率点跟踪太阳能控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出越多的电量，从而提高充电效率。理论上讲，使用最大功率点跟踪太阳能控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%。

在本实施例的技术方案中，所述太阳能发电系统包括：该太阳能发电系统包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，还包括：备用太阳能控制器；切换单元，用于根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至所述备用太阳能控制器。该发电系统可以提高太阳能发电系统的输出功率的稳定性，可以提高对太阳能电池所产生的能量的利用率，还可以提高该太阳能发电系统的整体效率，实现了太阳能控制器的N+1备份功能。

实施例二

本发明实施例提供一种太阳能发电系统的配电控制方法，该太阳能发电系统包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，如图3所示，该太阳能发电系统的配电控制方法包括：

步骤S101、切换单元根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至备用太阳能控制器。

在现有技术中，太阳能发电系统中的每一个所述太阳能电池仅与一个对应的太阳能控制器连接，由于太阳能控制器较易损坏，一旦太阳能控制器损坏，由于太阳光照强度不稳定，与损坏的太阳能控制器相连的太阳能电池受太阳光照的强度的影响，无法向负载的电路或用电设备输出持续稳定的功率，影响负载的电路或用电设备的正常工作。

在本发明实施例中，如图3所示，所述太阳能发电系统包括备用太阳能控制器和切换单元，当所述切换单元接收到控制命令时，切换单元根据控制命令，通过切换故障的太阳能控制器及其对应的太阳能电池之间的开关（开关形式包含且不限于电磁继电器、金属-氧化层-半导体-场效应晶体管、逻辑开关等多种形式），将故障的太阳能控制器对应连接的太阳能电池连接到备用太阳能控制器上，利用备用的太阳能控制器替代故障的太阳能控制器，保证了太阳能供电系统能够输出持续稳定的有效功率，确保了由太阳能发电系统供电的负载的电路或用电设备的正常工作。

进一步的，由于一个太阳能发电系统中通常具有数个甚至十多个太阳能电池，为了使得所述切换单元能够准确地将对应的太阳能电池连接至备用太阳能控制器上，具体地，所述切换单元根据控制命令中所携带的标识符进行正确的切换，将与故障的太阳能控制器对应连接的太阳能电池连接至备用太阳能控制器上，其中，该标识符可为任何使得所述切换单元分辨所需切换的开关的标识符，所述控制命令中所携带的标识符还可为太阳能电池或故障的太阳能控制器的标识符。

进一步的，如图4所示，在步骤S101之前，还包括：

步骤S201、监控单元检测到太阳能控制器故障时，向所述切换单元输出控制命令。

在本实施例的一个具体情境中，假设此时的双路开关为电磁继电器，当所述太阳能发电系统中的任一太阳能控制器正常工作时，电磁继电器处于常闭触点，此时各太阳能电池的负极输出端通过对应的电磁继电器与对应连接的太阳能控制器的负极输入端相连，各太阳能电池的正极输出端通过对应的电磁继电器与对应连接的太阳能控制器的正极输入端相连，各太阳能控制器的负极输出端与-48伏特的线路连接，各太阳能控制器的正极输出端通过对应的电磁继电器与回路相连。当其中某一太阳能控制器（例如太阳能控制器1）故障时，监控单元可迅速检测到太阳能控制器1的故障状态，查询到与所述太阳能控制器1相连的太阳能电池1的标识符，之后向所述切换单元发送携带有该太阳能电池1的标识符的控制命令。

当所述切换单元接收到该携带有所述太阳能电池1的标识符的控制命令时，切换单元进入工作状态，通过断开所述太阳能电池1的正极输出端与太阳能控制器1的正极输入端之间的电磁继电器，以及断开所述太阳能电池1的负极输出端与太阳能控制器1的负极输入端之间的电磁继电器，使两个电磁继电器均不再处于常闭触点，这时，在所述电磁继电器的作用下，所述太阳能电池1的正极输出端将连接至备用太阳能控制器的正极输入端，所述太阳能电池1的负极输出端将连接至备用太阳能控制器的负极输入端，使得所述太阳能发电系统可保持其正常供电的状况，有效地持续为负载的电路或用电设备供电。

另外，所述太阳能发电系统的连接关系还可为图2所示，与图1的区别为，图2的各太阳能电池的负极输出端始终与对应的太阳能控制器及备用太阳能控制器连接，而图1中的各太阳能电池的负极输出端与对应的太阳能控制器的负极输入端之间设置有开关，可通过切换开关，将原本与对应的太阳能控制器的负极输入端连接的太阳能电池的负极输出端连接至备用太阳能控制器的负极输入端。

一般的，同一太阳能发电系统中的所有太阳能控制器的额定输出功率均一致，即所述备用太阳能控制器的额定输出功率与任一太阳能控制器的额定输出功率一致。

需要说明的是，可同时将多个故障的太阳能控制器对应连接的太阳能电池连接至所述备用太阳能控制器，此时所述备用太阳能控制器输出的功率为其额定的输出功率。

另外，各太阳能电池及直接相连的太阳能控制器相当于负载电路的多个电源，并且这多个电源之间并联。在本发明实施例的另一具体情境中，此时（例如阴雨天气、一天的早晨或傍晚等）的太阳光照强度较弱时，各太阳能电池所接收到的太阳光的光子的数目远远低于阳光普照的天气所接收到的太阳光的光子，故而此时基于太阳能电池的电源的输出功率也大大小于阳光普照时的同一电源的输出功率，负载电路此时无法获得正常工作时所需的有效功率，故而负载电路无法正常工作。

故而，如图5所示，在步骤S101之前，还包括：

步骤S301、所述监控单元检测到太阳能控制器的实际输出功率小于或等于太阳能控制器的实际输出功率的预设值时，向所述切换单元输出控制命令。

需要说明的是，所述太阳能控制器的实际输出功率的预设值可由有关技术人员根据实际情况进行设置，一般的，该预设值可位于太阳能控制器的额定输出功率的20%至30%之间。

当切换单元接收到控制命令时，即表示太阳能发电系统此时无法向所述负载电路提供充足的输出功率，负载电路无法正常工作，为了使得负载电路能够正常工作，切换单元根据控制命令，将对应的太阳能电池连接至备用太阳能控制器上，具体地，切换单元根据控制命令中所携带的标识符来切换太阳能电池连接至的太阳能控制器，其中，该标识符可为太阳能电池与对应的太阳能控制器之间的开关或是所需切换连接的太阳能电池或是太阳能控制器的硬件地址、软件地址或其他任何使得所述切换单元识别、分辨太阳能电池的标识符。

将多个太阳能电池连接至备用太阳能控制器上后，所述备用太阳能控制器就可对多个太阳能电池的总的输出功率进行调整，最终输出符合该太阳能发电系统的额定功率的功率。

一般的，本实施例中所提到的太阳能控制器可为最大功率点跟踪太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。最大功率点跟踪太阳能控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出越多的电量，从而提高充电效率。理论上讲，使用最大功率点跟踪太阳能控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%。

在本实施例的技术方案中，所述太阳能发电系统方法包括：切换单元根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至备用太阳能控制器。该发电系统可以提高太阳能发电系统的输出功率的稳定性，可以提高对太阳能电池所产生的能量的利用率，还可以提高该太阳能发电系统的整体效率，实现了太阳能控制器的N+1备份功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种太阳能发电系统，包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，其特征在于，还包括：

备用太阳能控制器；

监控单元，用于检测各所述太阳能控制器的故障状态，当检测到太阳能控制器故障时，向所述切换单元输出控制命令；

切换单元，用于根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至所述备用太阳能控制器，所述备用太阳能控制器的额定输出功率与任一太阳能控制器的额定输出功率一致，以保证太阳能供电系统能够输出持续稳定的有效功率。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述监控单元还用于当所述太阳能控制器的实际输出功率小于或等于太阳能控制器的实际输出功率的预设值时，向所述切换单元输出控制命令。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述控制命令携带有所述太阳能控制器对应连接的太阳能电池的标识符。

4.根据权利要求3所述的太阳能发电系统，其特征在于，

所述太阳能控制器为最大功率点跟踪太阳能控制器。

5.一种太阳能发电系统的N+1备份配电控制方法，所述太阳能发电系统包括：数个太阳能电池；每个太阳能电池连接一个用于使所述太阳能电池工作在所述太阳能电池的最大功率点的太阳能控制器，其特征在于，所述太阳能发电系统的配电控制方法包括：

监控单元检测到太阳能控制器故障时，向所述切换单元输出控制命令；

切换单元根据接收到的控制命令将太阳能电池切换连接至备用太阳能控制器，所述备用太阳能控制器的额定输出功率与任一太阳能控制器的额定输出功率一致，以保证太阳能供电系统能够输出持续稳定的有效功率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

所述监控单元检测到太阳能控制器的实际输出功率小于或等于太阳能控制器的实际输出功率的预设值时，向所述切换单元输出控制命令。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，

所述控制命令携带有所述太阳能控制器对应连接的太阳能电池的标识符。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述太阳能控制器为最大功率点跟踪太阳能控制器。