一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制器制造技術

本發明專利技術公開了一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制器，該控制器由光伏電池組單元、執行單元、FPGA單元、上位監控機和信號調理單元組成。光伏電池組單元由溫度傳感器、光照傳感器及數控雙向開關組成；執行單元由DC-DC電路和太陽能應用模塊組成，主要完成太陽能的應用；FPGA單元由FPGA模塊、時鐘模塊和報警模塊組成；上位監控機主要通過專家系統對控制器進行策略指令控制；信號調理單元主要應用FPAA技術設計各種需求的調理電路。本發明專利技術很好地克服的串聯光伏電池的熱島效應，使光伏電池熱島內耗有效降低，提高了太陽能的利用率；同時充分利用可編程集成電路的特性提高系統的柔性和智能性，擴大了太陽能應用范圍。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種太陽能光伏系統的MPPT控制器，屬于太陽能電池

技術介紹
太陽能電池組件大多數由多片太陽能電池片串聯而成，電池組件工作時不可避免地會遇到云層、鳥糞、樹葉等遮擋物的遮擋造成陣列的輸出性能不匹配，進而產生光伏陣列功率自身內耗，甚至引起熱島效應使得組件發生不可恢復的損壞，這嚴重影響了光伏電池的工作效率。目前的通常做法是在太陽能電池組件上并聯多個旁路二極管，以減少遮蔽電池對系統能量的消耗。這種方法在一定程度上提高了光伏電池組件的發電功率，但不能從根本上排除熱島效應的產生。目前MPPT控制電路存在升級難、電路柔性和智能性差的問題，阻礙了太陽能應用的推廣。
技術實現思路
本專利技術目的是通過雙向數控開關電路合理布置，對被遮擋光伏電池進行開路處理，使電路始終保持穩定并排除熱島效應，從根本上解決熱島效應的產生；同時通過應用具有可重構特性的集成芯片，提高MPPT控制模塊的柔性和智能性，有利于太陽能更加廣泛地應用到日常生活中，緩解了能源緊缺問題。本專利技術的技術方案是 一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制器，包括光伏電池組單元、執行單元、FPGA單元、上位監控機和信號調理單元。其中光伏電池組單元用于完成調控信息參數的采集；執行單元用于完成太陽能的應用；FPGA單元用于完成整個電路的控制、各種策略的執行以及上位監控機通信；上位監控機用于通過軟件里面的專家系統對控制器進行策略指令控制；信號調理單元用于對各種傳感器信號根據不同器件的需求進行相應的調理。進一步，光伏電池組單元包括溫度傳感器、光照傳感器、電池功率測量傳感器和數控雙向開關。其中數控雙向開關與光伏電池串聯并由FPGA單元控制；溫度傳感器的數量比光伏電池多一個，其中一個溫度傳感器用于測定周圍環境的溫度，其他溫度傳感器分別測量各個光伏電池的溫度，通過溫度的明顯差異來定位出現熱島效應的電池，然后通過控制相應數控雙向開關斷路出現熱島效應的光伏電池，并通過上位監控機專家系統智能判斷熱島效應的原因，并決策出相應的排除操作。進一步，FPGA單元包括FPGA核心模塊、時鐘模塊和報警模塊。其中FPGA核心豐吳塊由JTAG下載電路、存儲電路、晶振電路和復位電路組成；時鐘I吳塊提供當時的時間，為MPPT決策提供時間參考；報警模塊在光伏電池熱島問題需要人工操作時，提醒工作人員進行相應的排除操作。進一步，上位監控機用于為電路提供MPPT策略控制，上位機軟件安有MPPT決策專家系統，為MPPT控制模塊智能提供策略指令，同時對熱島效應原因進行分析，例如云朵遮擋、漂浮物遮擋、粘固物遮擋等。進一步，信號調理單元應用FPAA技術實現，FPAA技術具有在線重構特性，能更好的滿足電路的柔性，同時利于硬件電路不變情況下的系統升級。進一步，FPGA核心模塊包括編碼器、譯碼器、控制器、PWM信號發生器模塊、MPPT算法模塊、信號保存模塊，應用FPGA高頻特性對傳感器的采集及執行單元的控制實行分時控制。本專利技術的有益效果是通過引入數控雙向開關并合理的與光伏電池串聯連接，使熱島效應得到及時控制并且保持光伏電池電路的平衡使得太陽能利用率最大化；充分利用FPGA和FPAA技術的可重構特性實現控制柔性，同時加入上位監控機專家系統的協助實現控制的智能性；將本專利技術與不同的執行器相結合，可以使太陽能應用面積更加廣泛。附圖說明圖1是太陽能柔性智能控制器整體結構 圖2是雙向數控開關連接圖。圖中1、光伏電池組單元；2、執行單元；3、FPGA單元；4、上位監控機；5、信號調理單元。具體實現方式 下面結合附圖，對本專利技術進行進一步說明。如圖1所示，一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制器，包括光伏電池組單元1、執行單元2、FPGA單元3、上位監控機4和信號調理單元5。光伏電池組單元I由溫度傳感器、光照傳感器及數控雙向開關組成，主要完成調控信息參數的采集；執行單元2由DC-DC電路和太陽能應用模塊組成，主要完成太陽能的應用；FPGA單元3由FPGA模塊、時鐘模塊和報警模塊組成，主要完成整個電路的控制和各種策略的執行以及和上位監控機通信；上位監控機4主要通過軟件里面的專家系統對控制器進行策略指令控制；信號調理單元5主要應用FPAA技術設計各種需求的調理電路。光伏電池組單元I將采集的溫度、光照強度、電池功率參數傳輸給FPGA單元2，FPGA單元2芯片內部的編碼電路對輸入的信號進行編碼，然后傳輸給信號調理電路5在FPGA單元2內部控制電路的控制下對傳感器信號進行分時調理，調理后的信號返回到FPGA單元2內部的控制模塊為后邊熱島效應和MPPT控制判斷做參考；當某一個溫度傳感器的溫度明顯高于其他溫度傳感器時，可以判定此光伏電池被遮擋，FPGA單元控制模塊發出控制信號給譯碼模塊控制數控雙向開關多熱島電池進行處理。如圖2所示，數控雙向開關默認狀態接通1，將數控雙控打到2將被遮擋的電池從光伏電池陣列中斷路開進行保護。FPGA單元2接收到調理后的功率信號后發送給MPPT算法模塊并結合上位監控機4和時鐘模塊發來的時間參考信息對MPPT算法進行選擇并運算，運算好的的參數傳輸個PWM模塊對脈沖參數進行調制，然后傳輸到信號保持模塊對執行單元進而實現集中控制，減少電路面積和器件能量消耗；通過上位監控機單元4專家系統判斷遮擋情況，如果遮擋是恒久時警報模塊發出警報信號提醒管理員進行遮擋處理，以保持光伏電池穩定、持久工作。控制器主要通過超大規模集成芯片FPGA實現的，FPGA芯片內部主要設計編碼器、譯碼器、控制器、PWM信號發生器模塊、MPPT算法模塊、信號保存模塊，應用FPGA高頻特性對傳感器的采集及執行單元的控制實行分時控制以減少電子器件的應用；同時信號調理電路應用新穎的超大規模的FPAA芯片來設計；這很好的減少電路面積和降低電路電能消耗。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制器，包括光伏電池組單元（1）、執行單元（2）、FPGA單元（3）、上位監控機（4）和信號調理單元（5），其中：光伏電池組單元（1）用于完成調控信息參數的采集；執行單元（2）用于完成太陽能的應用；FPGA單元（3）用于完成整個電路的控制、各種策略的執行以及上位監控機通信；上位監控機（4）用于通過軟件里面的專家系統對控制器進行策略指令控制；信號調理單元（5）用于對各種傳感器信號根據不同器件的需求進行相應的調理。

【技術特征摘要】
1.一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制器，包括光伏電池組單元(I)、執行單元(2 )、FPGA單元(3 )、上位監控機(4)和信號調理單元(5 )，其中光伏電池組單元(I)用于完成調控信息參數的采集；執行單元(2)用于完成太陽能的應用；FPGA單元(3)用于完成整個電路的控制、各種策略的執行以及上位監控機通信；上位監控機(4)用于通過軟件里面的專家系統對控制器進行策略指令控制；信號調理單元(5)用于對各種傳感器信號根據不同器件的需求進行相應的調理。2.根據權利要求1所述的一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制器，其特征在于所述光伏電池組單元(I)包括溫度傳感器、光照傳感器、電池功率測量傳感器和數控雙向開關；所述數控雙向開關與光伏電池串聯并由FPGA單元控制；所述溫度傳感器的數量比光伏電池多一個，其中一個溫度傳感器用于測定周圍環境的溫度，其他溫度傳感器分別測量各個光伏電池的溫度，通過溫度的明顯差異來定位出現熱島效應的電池，然后通過控制相應數控雙向開關斷路出現熱島效應的光伏電池，并通過上位監控機(5)智能判斷熱島效應的原因做相應的排除操作。3.根據權利要求1所述的一種消除串聯太陽能電池熱島效應的柔性智能控制...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱正偉，孫廣輝，馮瑞如，毛生，張丹，鮑海虹，
申請(專利權)人：常州大學，常熟市森源電氣科技有限公司，
類型：發明
國別省市：