太阳能电池单元、太阳能电池板及其控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种太阳能电池单元、太阳能电池板及其控制方法。

背景技术

目前的太阳能电池板，通常是由多个太阳能电池片串联组成的，每一个太阳能电池片在一个标准光照下的开路电压在0.6V左右，一旦有一个太阳能电池片的阳光被遮挡，将会导致整个太阳能电池板的输出功率大幅下降。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种太阳能电池单元、太阳能电池板及其控制方法，能够减少太阳能电池片被遮挡时对太阳能电池板的输出功率的影响。

一方面，根据本发明实施例的太阳能电池单元，包括：

太阳能电池片；

开关模块，与所述太阳能电池片并联连接；

检测模块，用于检测所述太阳能电池片的电压或电流；

控制器，用于根据所述检测模块的检测结果，判断所述太阳能电池片是否被遮挡，并在所述太阳能电池片被遮挡时，控制所述开关模块导通，将所述太阳能电池片旁路。

另一方面，根据本发明实施例的太阳能电池板，包括多个如上述方面实施例所述的太阳能电池单元，多个所述太阳能电池单元的所述太阳能电池片依次串联。

根据本发明的一些实施例，所述太阳能电池板还包括中央处理器，所述中央处理器分别与每个所述太阳能电池单元的所述控制器电性连接，用于实现对所有所述太阳能电池单元的状态检测和管理控制。

根据本发明的一些实施例，所述太阳能电池板还包括以下模块的至少之一：定位模块、时钟模块、光检测模块和速度检测模块；所述定位模块用于获取所述太阳能电池板所在的位置，并发送给所述中央处理器；所述时钟模块用于获取当前的时间，并发送给所述中央处理器；所述光检测模块用于检测光照强度，并发送给所述中央处理器；所述速度检测模块用于获取所述太阳能电池板的移动速度，并发送给所述中央处理器。

另一方面，根据本发明实施例的太阳能电池板的控制方法，基于上述方面实施例所述的太阳能电池板，包括以下步骤：

获取太阳能电池片在对应的开关模块处于断开状态时的电压；

根据所述电压与第一电压阈值的比较结果，判断所述太阳能电池片是否被遮挡；

当所述太阳能电池片被遮挡时，控制所述开关模块导通，将所述太阳能电池片旁路。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括检测所述太阳能电池片是否恢复未被遮挡的状态的步骤，所述步骤具体包括：

获取所述太阳能电池片在对应的所述开关模块处于导通状态时的电压，并根据所述电压与第二电压阈值的比较结果，判断所述太阳能电池片是否恢复未被遮挡的状态，若是，则控制所述开关模块断开；

或者，获取所述太阳能电池片在对应的所述开关模块处于导通状态时的电流，并根据所述电流与第一电流阈值的比较结果，判断所述太阳能电池片是否恢复未被遮挡的状态，若是，则控制所述开关模块断开；

或者，在所述开关模块导通后，等待预设时间后将所述开关模块断开，获取所述太阳能电池片此时的电压，并根据所述电压与所述第一电压阈值的比较结果，判断所述太阳能电池片是否恢复未被遮挡的状态，若是，则使所述开关模块保持断开的状态。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括以下步骤：

获取所述太阳能电池板所在位置的历史上的当前日期和当前时刻的平均光照强度；

根据所述平均光照强度，调节所述第一电压阈值或所述第一电流阈值的取值。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括以下步骤：

获取所述太阳能电池板的表面的光照强度；

根据所述光照强度，调节所述第一电压阈值或所述第一电流阈值的取值。

根据本发明的一些实施例，当所述太阳能电池板放置于可移动平台上时，所述控制方法还包括以下步骤：

获取所述太阳能电池板的移动速度；

根据所述移动速度，调节所述预设时间的取值。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括以下步骤：

获取并计算所有未受遮挡的所述太阳能电池片的平均工作电压；

根据所述平均工作电压，调节所述第一电压阈值或所述第一电流阈值的取值。

根据本发明实施例的太阳能电池单元、太阳能电池板及其控制方法，至少具有如下有益效果：当太阳能电池板的某个太阳能电池单元的太阳能电池片被遮挡时，则控制该太阳能电池片对应的开关模块导通，将该太阳能电池片旁路，从而使太阳能电池板只损失一个太阳能电池片的输出功率，而不影响其他太阳能电池片的功率输出，尽可能减小对太阳能电池板的影响，并实现对该太阳能电池片的保护，避免损坏。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的太阳能电池单元的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的太阳能电池单元的结构示意图；

图3为本发明实施例的中央处理器与其它模块的连接关系示意图；

图4为本发明实施例的太阳能电池板的控制方法的步骤流程图；

附图标记：

太阳能电池片100、开关模块200、检测模块300、控制器400、中央处理器500、定位模块600、时钟模块700、光检测模块800、速度检测模块900。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

一方面，如图1和图2所示，根据本发明实施例的太阳能电池单元，包括太阳能电池片100、开关模块200、检测模块300和控制器400；其中，开关模块200与太阳能电池片100并联连接；检测模块300用于检测太阳能电池片100的电压或电流；控制器400用于根据检测模块300的检测结果，判断太阳能电池片100是否被遮挡，并在太阳能电池片100被遮挡时，控制开关模块200导通，将太阳能电池片100旁路。

具体地，在本示例中，开关模块200可以采用继电器或者电子开关(如MOSFET、IGBT、BJT、GaN FET等)，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的开关元器件，在此不做具体限定。检测模块300可以包括模拟电压比较器或者是模数转换器加上数字比较器，负责检测太阳能电池片100的电压或者电流(电流的采集可以通过采样电阻或是一段有一定电阻的导线来实现)，并将采集到的电压或电流与预设的阈值进行比较，产生比较结果并发送给控制器400，使得控制器400根据比较结果判断太阳能电池片100是否被遮挡，并在太阳能电池片100被遮挡时，控制开关模块200导通，将太阳能电池片100旁路；当太阳能电池片100恢复未被遮挡的状态时，控制器400可控制开关模块200断开，使太阳能电池片100正常工作。

根据本发明实施例的太阳能电池单元，可以应用在太阳能电池板上，当太阳能电池板的某个太阳能电池片100被遮挡时，则控制该太阳能电池片100对应的开关模块200导通，将该太阳能电池片100旁路，从而使太阳能电池板只损失一个太阳能电池片100的输出功率，而不影响其他太阳能电池片100的功率输出，尽可能减小对太阳能电池板的影响，并实现对该太阳能电池片100的保护，避免损坏。

另一方面，基于上述的太阳能电池单元，本发明实施例还提出了一种太阳能电池板，该太阳能电池板包括多个上述方面实施例所述的太阳能电池单元，且多个太阳能电池单元的太阳能电池片100依次串联。

根据本发明实施例的太阳能电池板，通过采用上述的太阳能电池单元，并将多个太阳能电池单元的太阳能电池片100依次串联，从而使得当某个太阳能电池单元的太阳能电池片100被遮挡时，能够控制该太阳能电池片100对应的开关模块200导通，将该太阳能电池片100旁路，而不影响其他太阳能电池片100的正常工作，使得太阳能电池板只损失一个太阳能电池片100的输出功率，尽可能地减小对太阳能电池板的影响，并实现对该太阳能电池片100的保护，避免损坏。

进一步地，如图3所示，在本发明的一些实施例中，太阳能电池板还包括中央处理器500，中央处理器500分别与每个太阳能电池单元的控制器400电性连接，用于实现对所有太阳能电池单元的状态检测和管理控制。

具体地，中央处理器500可以通过总线实现与控制器400的电性连接，所有控制器400由中央处理器500集中统一管理，从而方便中央处理器500检测每个太阳能电池单元的运行状态；同时，中央处理器500内设置有控制流程和算法，可以针对每一个太阳能电池单元设置不同的控制流程和算法，也可以对所有太阳能电池单元都设置同样的控制流程和算法，实现状态检测和智能控制，并基于时间、地点、阳光强度、太阳能电池板的移动速度等调节检测模块300设定的阈值，使得控制方式更为精准。此外，中央处理器500还可以通过总线或无线通信方式(如蓝牙、WiFi等)与用户终端(如计算机、手机、车载计算机等)通信，将太阳能电池板的发电状态，如太阳能电池板的输出电压、输出电流、是否被遮挡、哪些太阳能电池单元被遮挡、发电量等信息发送给用户终端，供用户查看；同时，用户可以在用户终端上向中央处理器500发送如下信息：启动或停止输出电力、优化遮挡处理的流程、调整阈值等。

中央处理器500或者控制器400可以通过以下几种方式来判断太阳能电池片100是否被遮挡，进而控制开关模块200的导通和断开：

第一种方式：在开关模块200断开的情况下，检测太阳能电池片100的电压V，并将其与检测模块300设定的第一电压阈值V1进行比较，如果检测到V>V1，则表明太阳能电池片100正常工作，开关模块200的状态保持不变；如果检测到VV2，则将开关模块200断开，使得太阳能电池片100在正常光照下发电，并输出电能。在实际应用中，V1可以设定为0.4V，V2可以设定为0V；当然，V1和V2的具体取值可以根据实际情况进行设定，而不受具体限定。

第二种方式：在开关模块200断开的情况下，检测太阳能电池片100的电压V，并将其与V1进行比较，如果检测到V>V1，则表明太阳能电池片100正常工作，开关模块200保持断开状态；如果检测到VIt，说明遮挡物被移除，太阳能电池片100处于正常光照并发电，则将开关模块200断开，使得太阳能电池片100正常工作，并输出电能。其中，It可以设定为太阳能电池片100在一个标准光照下的短路电流的50％。

第三种方式：在开关模块200断开的情况下，检测太阳能电池片100的电压V，并将其与V1进行比较，如果检测到V>V1，则表明太阳能电池片100正常工作，开关模块200保持断开状态；如果检测到VV1，表示遮挡物已经被移除，太阳能电池片100处于正常工作状态，则开关模块200维持断开状态；如果检测到VV1。其中，T的取值可设定为但不限于0.5s。

在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的方式来进行开关模块200的状态的控制，综合考量采取哪种方式更为方便，也可以交替采用多种控制方式。

进一步地，如图3所示，在本发明的一些实施例中，太阳能电池板还包括以下模块的至少之一：定位模块600、时钟模块700、光检测模块800和速度检测模块900；定位模块600用于获取太阳能电池板所在的位置，并发送给中央处理器500；时钟模块700用于获取当前的时间，并发送给中央处理器500；光检测模块800用于检测光照强度，并发送给中央处理器500；速度检测模块900用于获取太阳能电池板的移动速度，并发送给中央处理器500。中央处理器500可以从客户端获得或者从定位模块600、时钟模块700，光检测模块800、速度检测模块900等获取太阳能电池板所在的地点、时间、光照强度、移动速度等信息，进而基于这些信息调整第一电压阈值V1、第二电压阈值V2、第一电流阈值It、预设时间T等参数的取值，使得对开关模块200的状态控制更为精准。

具体地，定位模块600可以通过GPS获取太阳能电池板所在的地区，由于低纬度地区的日照时间和光照强度均大于高纬度地区，因此低纬度地区的V1、It的取值应高于高纬度地区的取值。时钟模块700用于获取太阳能电池板在一年中所处的日期，根据时间合理调节各参数的取值，例如夏天的V1、It的取值应高于其它季节的取值。光检测模块800可以通过光传感器获取太阳能电池板接收的光照强度，光照强度越强，则V1、It的取值应越大。当太阳能电池板放置在可移动的平台时，速度检测模块900可以通过速度传感器检测太阳能电池板的移动速度，并根据移动速度来调节预设时间T的取值，移动速度越大的情况下，T的取值应越小。

另一方面，如图4所示，基于上述方面实施例的太阳能电池板，本发明实施例还提出了一种太阳能电池板的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

步骤S100：获取太阳能电池片100在对应的开关模块200处于断开状态时的电压V；

步骤S200：根据电压V与第一电压阈值V1的比较结果，判断太阳能电池片100是否被遮挡；

步骤S300：当太阳能电池片100被遮挡时，控制开关模块200导通，将太阳能电池片100旁路。

具体地，在开关模块200断开的情况下，检测太阳能电池片100的电压V，并将其与V1进行比较，如果检测到V>V1，则表明太阳能电池片100正常工作，开关模块200保持断开状态；如果检测到V

进一步地，在本发明的一些实施例中，太阳能电池板的控制方法还包括检测太阳能电池片100是否恢复未被遮挡的状态的步骤，该步骤具体包括：

获取太阳能电池片100在对应的开关模块200处于导通状态时的电压V，并根据电压V与第二电压阈值V2的比较结果，判断太阳能电池片100是否恢复未被遮挡的状态，若是，则控制开关模块200断开；

或者，获取太阳能电池片100在对应的开关模块200处于导通状态时的电流I，并根据电流I与第一电流阈值It的比较结果，判断太阳能电池片100是否恢复未被遮挡的状态，若是，则控制开关模块200断开；

或者，在开关模块200导通后，等待预设时间T后将开关模块200断开，获取太阳能电池片100此时的电压V，并根据电压V与第一电压阈值V1的比较结果，判断太阳能电池片100是否恢复未被遮挡的状态，若是，则使开关模块200保持断开的状态。

具体地，对于上述第一种方式，在开关模块200导通的情况下，继续检测太阳能电池片100的电压V，如果此时遮挡物被移除，且太阳能电池片100处于正常光照下并发电，则此时太阳能电池片100两端的电压V应大于检测模块300设定的第二电压阈值V2，因此如果检测到VV2，则将开关模块200断开，使得太阳能电池片100在正常光照下发电，并输出电能。在实际应用中，V1可以设定为0.4V，V2可以设定为0V；当然，V1和V2的具体取值可以根据实际情况进行设定，而不受具体限定。

对于上述第二种方式，在开关模块200导通的情况下，检测太阳能电池片100的电流I，并将其与检测模块300设定的第一电流阈值It进行比较，如果检测到IIt，说明遮挡物被移除，太阳能电池片处于正常光照并发电，则将开关模块200断开，使得太阳能电池片100正常工作，并输出电能。其中，It可以设定为太阳能电池片100在一个标准光照下的短路电流的50％。

对于上述第三种方式，在开关模块200导通的情况下，等待预设时间T后，将开关模块200断开，如果检测到此时太阳能电池片100的电压V>V1，表示遮挡物已经被移除，太阳能电池片100处于正常工作状态，开关模块200维持断开状态；如果检测到VV1。其中，T的取值可设定为但不限于0.5s。

在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的方式来判断太阳能电池片100是否恢复未被遮挡的状态，进而控制开关模块200的导通状态，综合考量采取哪种方式更为方便，也可以交替采用多种控制方式。

进一步地，在本发明的一些实施例中，太阳能电池板的控制方法还包括以下步骤：

获取太阳能电池板所在位置的历史上的当前日期和当前时刻的平均光照强度；

根据所述平均光照强度，调节第一电压阈值V1或第一电流阈值It的取值。

具体地，中央处理器100可以通过定位模块600获取太阳能电池板所在的位置，通过时钟模块700获取太阳能电池板当前位于一年当中的哪个日期和时刻，并从用户端获取所处位置的历史上的当前日期和当前时刻的平均光照强度，并根据平均光照强度计算出合适的V1和It的取值，具体的计算公式如下：

V1＝a1*log(F1)*Vsat；

It＝b1*F1*Isat；

其中，F1表示平均光照强度，a1和b1为常数，Vsat和Isat分别表示太阳能电池片100在一个标准光照下的开路电压和短路电流。

进一步地，在本发明的一些实施例中，太阳能电池板的控制方法还包括以下步骤：

获取太阳能电池板的表面的光照强度；

根据所述光照强度，调节第一电压阈值V1或第一电流阈值It的取值。

具体地，中央处理器500可以通过光检测模块800获取太阳能电池板表面的光照强度，并依据光照强度调节V1、It的值，光照强度越强，则V1和It的值应越大，具体的计算公式如下：

V1＝a2*log(F2)*Vsat；

It＝b2*F2*Isat；

其中，F2表示检测到的光照强度，a2和b2为常数。

进一步地，在本发明的一些实施例中，当太阳能电池板放置在可移动平台上时，太阳能电池板的控制方法还包括以下步骤：

获取太阳能电池板的移动速度；

根据所述移动速度，调节预设时间T的取值。

具体地，中央处理器500可以通过速度检测模块900获取太阳能电池板的移动速度，并依据移动速度调节T的取值，当移动速度越快时，T的取值应越小，具体的计算公式如下：

T＝(s/speed)+c；

其中，s和c为常数，speed表示检测到的移动速度。

进一步地，在本发明的一些实施例中，太阳能电池板的控制方法还包括以下步骤：

获取并计算所有未受遮挡的太阳能电池片100的平均工作电压；

根据所述平均工作电压，调节第一电压阈值V1或第一电流阈值It的取值。

具体地，实时采集太阳能电池板上未受遮挡的太阳能电池片100的工作电压，并计算所有未受遮挡的太阳能电池片100的平均工作电压，依据平均工作电压调节V1和It的取值，平均工作电压越大，则V1和It的取值也应越大，具体的计算公式如下：

V1＝a3*Avg(Vop)；

It＝b3*exp(Avg(Vop))*Isat；

其中，a3和b3为常数，Avg(Vop)表示平均工作电压。

在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的方式来调节V1、It和T的取值，进而优化太阳能电池板的控制方式，进一步减少太阳能电池片100被遮挡时对太阳能电池板的输出功率的影响，并对太阳能电池片100起到很好的保护作用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。