一種光伏電動(dòng)車能源系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動(dòng)車能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏電動(dòng)車能源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，汽車在整個(gè)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著非常重要的角 色。目前，社會(huì)上廣泛使用的汽車仍為燃油汽車。然而，燃油汽車不但消耗大量的石油資源， 同時(shí)也是城市空氣污染的源頭之一，嚴(yán)重影響人們的身體健康。在此背景下，環(huán)保節(jié)能的電 動(dòng)汽車日益受到人們的重視。電動(dòng)汽車不僅具有無(wú)排放污染、噪聲低、易于操縱、維修以及 運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，它是解決當(dāng)今社會(huì)巨大能 源消耗和環(huán)境壓力的有效途徑，因此，電動(dòng)汽車是21世紀(jì)汽車的發(fā)展方向。
[0003] 隨著太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，光伏組件效率逐步增長(zhǎng)，同時(shí)成本逐漸降低，以太陽(yáng) 能為能量來(lái)源的電動(dòng)汽車（即太陽(yáng)能汽車）也日益受到人們的重視和青睞。太陽(yáng)能作為太 陽(yáng)能汽車的主要能量來(lái)源，光伏組件的性能、光伏陣列的鋪設(shè)面積、光照和陰影遮擋等都將 影響太陽(yáng)能汽車的平均發(fā)電功率、峰值發(fā)電功率和綜合性能。
[0004] 由于地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的影響，太陽(yáng)高度角會(huì)隨著時(shí)間和煒度的變化而變化，而對(duì) 于某地某天的太陽(yáng)高度角，其也會(huì)隨著當(dāng)天時(shí)間變化而變化。由于太陽(yáng)高度角不可能總是 90°，在太陽(yáng)能汽車駕駛艙的周圍勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生陰影，并且陰影面積隨太陽(yáng)高度角減小而增 大。當(dāng)有陰影遮擋時(shí)，被遮擋的光伏組件由于光電流過(guò)低呈現(xiàn)反向截止?fàn)顟B(tài)，從而使與之串 聯(lián)的光伏組件也受到影響而降低輸出電流，此時(shí)，采用集中式的峰值功率跟蹤器（MPPT)對(duì) 光伏陣列進(jìn)行功率追蹤，達(dá)不到最佳效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了降低駕駛艙陰影對(duì)整個(gè)光伏陣列性能的影響，本發(fā)明提供了一種光伏電動(dòng)車 能源系統(tǒng)，包括光伏陣列、峰值功率跟蹤器、繼電器、蓄電池組、電機(jī)控制器、電機(jī)，所述光伏 陣列包括兩組或兩組以上子光伏陣列，每組所述子光伏陣列連接一個(gè)所述峰值功率跟蹤 器，所述峰值功率跟蹤器以串聯(lián)和/或并聯(lián)的方式連接，并通過(guò)所述繼電器分別與所述蓄 電池組以及所述電機(jī)控制器電連接，所述電機(jī)控制器控制所述電機(jī)。
[0006] 優(yōu)選地，所述峰值功率跟蹤器具有CAN通信功能，可實(shí)時(shí)發(fā)送各組所述子光伏陣 列的性能參數(shù)，包括輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、溫度等。
[0007] 優(yōu)選地，每組所述子光伏陣列連接一個(gè)防反二極管。
[0008] 優(yōu)選地，所述子光伏陣列包括晶硅光伏組件、硅基薄膜光伏組件、半導(dǎo)體化合物薄 膜光伏組件中的一種或多種。
[0009] 本發(fā)明還提供了一種光伏電動(dòng)車能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其中包括對(duì)所述光伏電動(dòng) 車上鋪設(shè)的光伏陣列進(jìn)行分組的步驟：
[0010] Si.根據(jù)當(dāng)?shù)仄骄钚√?yáng)高度角及所述光伏電動(dòng)車的駕駛艙的尺寸，計(jì)算所述 駕駛艙在所述光伏電動(dòng)車的車頂產(chǎn)生的陰影面積；
[0011] S2.根據(jù)所述車頂?shù)目偯娣e、所述陰影面積、以及峰值功率跟蹤器的輸入輸出參數(shù) 及高效率區(qū)，對(duì)所述光伏陣列進(jìn)行分組，分為兩組或兩組以上子光伏陣列。
[0012] 每組子光伏陣列連接一個(gè)峰值功率跟蹤器。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟Sl中所述平均最小太陽(yáng)高度角的獲得包括以下步驟：
[0014] Sl-L根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)煒度及每天日出日落時(shí)間，計(jì)算每天每時(shí)刻的太陽(yáng)高度角；
[0015] S1-2.選擇合適的期望接收輻射量占全天總輻射量的比例值；
[0016] S1-3.根據(jù)步驟S1-2所確定的所述比例值，計(jì)算每天所需的最小太陽(yáng)高度角；
[0017] S1-4.根據(jù)步驟S1-3獲得的所述每天所需的最小太陽(yáng)高度角計(jì)算全年平均最小 高度角。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種用于光伏電動(dòng)車的能源系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法， 具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)考慮駕駛艙陰影對(duì)光伏陣列的影響，將光伏陣列分為多組子光伏陣列， 使陣列中未受陰影遮擋的電池組件不受被遮擋電池組件的影響，仍然能以最大功率輸出， 大大減少了傳統(tǒng)集中式MPPT系統(tǒng)中由于陰影遮擋造成的功率損失；2)各MPPT均帶有CAN 通信功能，實(shí)時(shí)向外發(fā)送與太陽(yáng)能電池板有關(guān)的參數(shù)，如輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸 出電流、溫度等，建立人性化的人機(jī)交互平臺(tái)；3)各子光伏陣列連接有防反二極管，減小對(duì) 與其串聯(lián)的光伏陣列的影響。本發(fā)明在光伏電動(dòng)車光伏陣列鋪設(shè)面積有限的情況下，大幅 提尚光伏陣列發(fā)電效率；而且，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、能量利用率尚、穩(wěn)定性和可靠性尚， 具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn) 單的介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中光伏電動(dòng)車能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中10月6日一天達(dá)爾文每時(shí)刻太陽(yáng)高度角變化圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中10月6日一天達(dá)爾文太陽(yáng)光照射在地面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng) 度隨時(shí)間變化的曲線圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中達(dá)爾文當(dāng)?shù)孛刻焯?yáng)能輻射總量達(dá)到75%所需最小太陽(yáng) 高度角的全年變化曲線。
[0024] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中光伏電動(dòng)車駕駛艙陰影示意圖。
[0025] 圖中附圖標(biāo)記表示為：1~4-子光伏陣列；5~8-峰值功率跟蹤器；9-蓄電池組； 10-電機(jī)控制器；11-電機(jī)；12~14-繼電器；15-CAN總線；16~19-陰影區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 現(xiàn)在結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化 的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。這些 實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容之 后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明做各種修改，這些等效的變化和修飾同樣落入本發(fā)明所 限定的保護(hù)范圍。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種光伏電動(dòng)車能源系統(tǒng)，包括光伏陣列、峰值功率跟 蹤器5~8、繼電器12~14、蓄電池組9、電機(jī)控制器10、電機(jī)11，所述光伏陣列包括四組子 光伏陣列1~4,每組子光伏陣列連接一個(gè)峰值功率跟蹤器，峰值功率跟蹤器5~8并聯(lián)連 接到總線，并通過(guò)繼電器12~14分別與蓄電池組9以及電機(jī)控制器10電連接，電機(jī)控制 器10控制電機(jī)11。
[0029] 其中，峰值功率跟蹤器5~8均具有CAN通信功能，并分別連接到CAN總線15,可 實(shí)時(shí)發(fā)送子光伏陣列1~4的性能參數(shù)，包括輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、溫 度等。
[0030] 根據(jù)實(shí)際需要，子光伏陣列可以是晶硅光伏組件、硅基薄膜光伏組件、半導(dǎo)體化合 物薄膜光伏組件中的一種或多種。子光伏陣列的串并聯(lián)模式也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行組合。 而為了降低串聯(lián)子光伏陣列相互之間的影響，每個(gè)子光伏陣列可連接一個(gè)防反二極管。
[0031] 本實(shí)施例中，子光伏陣列1~4由單晶娃C60光伏組件組成，且子光伏陣列1~4 并聯(lián)連接。
[0032] 子光伏陣列在光伏電動(dòng)車車頂?shù)匿佋O(shè)方式有兩種：直接粘貼或?qū)к壈惭b。本實(shí)施 例中，所述光伏電動(dòng)車車頂前后兩側(cè)粘貼有固定導(dǎo)軌，單晶硅C60光伏組件組成的子光伏 陣列封裝成剛性組件，兩側(cè)開(kāi)長(zhǎng)條槽，與導(dǎo)軌配合，并在車頂左右兩側(cè)做限位固定。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 本實(shí)施例提供了一種光伏電動(dòng)車能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例 的設(shè)計(jì)方法包括對(duì)所述光伏電動(dòng)車上鋪設(shè)的光伏陣列進(jìn)行分組的步驟：
[0035] SI.根據(jù)當(dāng)?shù)仄骄钚√?yáng)高度角及所述光伏電動(dòng)車的駕駛艙的尺寸，計(jì)算所述 駕駛艙在所述光伏電動(dòng)車的車頂產(chǎn)生的陰影面積；
[0036] 所述平均最小太陽(yáng)高度角的獲得包括以下步驟：
[0037] Sl-L根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)煒度及每天日出日落時(shí)間，計(jì)算每天每時(shí)刻的太陽(yáng)高度角；
[0038] S1-2.選擇合適的期望接收輻射量占全天總輻射量的比例值；
[0039] S1-3.根據(jù)步驟S1-2所確定的所述比例值，計(jì)算每天所需的最小太陽(yáng)高度角；
[0040] S1-4.根據(jù)步驟S1-3獲得的所述每天所需的最小太陽(yáng)高度角計(jì)算全年平均最小 高度角；
[0041] S2.根據(jù)所述車頂?shù)目偯娣e、所述陰影面積、以及峰值功率跟蹤器的輸入輸出參數(shù) 及高效率區(qū)，對(duì)所述光伏陣列進(jìn)行分組，分為兩組或兩組以上子光伏陣列。
[0042] 具體來(lái)說(shuō)，光伏組件輸出功率受太陽(yáng)光入射角度影響很大。陽(yáng)光直射時(shí)，光伏組件 接受的入射功率最大。當(dāng)光伏組件法線與陽(yáng)光的角度為Θ時(shí)，