CN100495875C - 太阳能光伏电池大启动电流的供电系统 - Google Patents
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Abstract
一种可提供大启动电流的太阳能光伏电池供电系统，具有包含太阳能电池组和蓄电池组的能源部分、包含DC/DC升压电路的升压部分、逆变输出部分和包含微处理器的控制部分，其特征在于：该能源部分还设置有超级电容；该升压部分共有三个独立的DC/DC升压电路，该三个DC/DC升压电路的输入端各自通过一个开关分别与太阳能电池组、蓄电池组或超级电容对应连接，该三个DC/DC升压电路的输出分别通过均流电路相互连接，且所述的相互连接的输出与逆变输出部分的输入相连接；该控制部分对该逆变输出部分的正弦波脉冲宽度调制。解决太阳能电池供电系统可安全超载提供瞬时大启动电流满足负载设备用电需求的技术问题。
Description
技术领域
本发明是关于供电系统，特别是关于将太阳能电池和蓄电池组结合在一起，经逆变装置可向负载提供交流大启动电流的太阳能电池系统。
背景技术：
太阳能是一种可再生的绿色能源，在现今石油、煤炭、天然气等矿物燃料因大量开采而资源日益枯竭的形势下，开发利用太阳能受到世界各国普遍重视。与风力、水力、潮汐力等自然力的可再生的能源相比，太阳能具有不受场地限制的优越性，特别是它可以充分利用建筑物的屋顶、外墙，不必为收集太阳能而专门占用大量土地，而且难能可贵的是利用屋顶、外墙来收集太阳能，不仅对周围的生态环境不会造成负面影响，还可对建筑物室内温度产生冬暖夏凉的有益效果。
目前人类利用的太阳能主要是太阳的光辐射能量，并且通过两种不同的途径将其转换为热能或电能加以应用。太阳能热水器就是一种直接将太阳的光辐射能量转换成热能的装置，进一步还可以再利用这种热能来发电，即太阳能热利用技术；另一种则是用太阳能电池直接将太阳的光辐射能量转换为电能加以利用，也就是太阳能光伏技术，通常又将太阳能电池称为太阳能光伏电池。
随着科学技术的综合发展，太阳能电池也是由最初的单晶硅逐渐地向多晶硅、以及现今的非晶硅发展。它们各有优点和不足之处，其中非晶硅的光伏簿膜电池，虽然发电效率低，但具有重量轻、安装要求低、材料来源广、使用寿命可长达30年、价格低廉的优势，特别是其对弱光响应性好，散光接受率高，具有最宽的阳光入射角范围，使其在阴雨或沙尘天仍然可以继续发电的特性，是单晶硅和多晶硅太阳能电池所不及的。
由于太阳能电池产生的是直流电，而我们日常使用的电器(例如电灯、冰箱、空调、电视机等)却要求交流电，同时其要求的电压也远高于太阳能电池的电压。因此，要将太阳能电池所发的低压直流电力变为220～380V交流电需要一整套设备和装置组成一个完整的供电系统。例如日本ATSUGIDEVICE CO.LTD公司生产的型号为DA-1001S的逆变器，就是这样一种将24伏光伏电池的直流转变为220伏交流的供电装置。图1所示的即为这种现有的太阳能光伏电池供电系统，它包含直流能源部分A、直流升压部分B、逆变输出部分C和控制部分D组成，其中直流能源部分A由太阳能电池组和蓄电池组组成；直流升压部分B由常规的DC/DC升压电路、高频整流电路和电抗滤波电路构成，逆变输出部分C由4个按SPWM正弦波脉冲调制技术工作的功率输出管构成，它将升压后的直流电转变为交流电输出供各电器负载用电；而控制部分D由微处器组成，主要检测直流能源部分A输出的电流和太阳能电池组、蓄电池组电压；以及检测逆变输出部分C的输出电流，同时向逆变输出部分C的各功率器件发送SPWM正弦波脉冲调制信号，来控制其输出交流电流。十分明显这一供电系统的供电能力首先受到蓄电池组容电量的限制，其次受到逆变效率的影响。一般情况下，在高效控制的条件下，逆变为正弦波后的效率为80％，即便系统许可短时过载系数达130％，那么系统实际输出的最大功率也只与其标称容量相当。也就是说这样的太阳能电池供电系统只能用于非大电流启动的阻抗性用电负载(如灯光照明)，而对于启动电流为工作电流8-10倍的容抗性用电负载(如电冰箱、电视机、空调等)就不能适应。第三，仅有一条DC/DC升压电路输出高压直流，形成一个瓶颈，制约了电流瞬时超载的能力。当太阳能电池供电系统的标称容量愈小，这些缺陷愈突出，从而限制了太阳能电池供电系统应用的范围。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种太阳能光伏电池大启动电流的供电系统，解决太阳能电池供电系统可安全超载提供瞬时大启动电流满足负载设备启动用电需求的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种可提供大启动电流的太阳能光伏电池供电系统，具有包含太阳能电池组和蓄电池组的能源部分、包含DC/DC升压电路的升压部分、逆变输出部分和包含微处理器的控制部分，其特征在于：该能源部分还设置有超级电容；该升压部分共有三个独立的DC/DC升压电路，该三个DC/DC升压电路的输入端各自通过一个开关分别与太阳能电池组、蓄电池组或超级电容对应连接，该三个DC/DC升压电路的输出分别通过均流电路相互连接，且所述的相互连接的输出与逆变输出部分的输入相连接；该控制部分对该逆变输出部分的正弦波脉冲宽度调制。
其特征在于：该太阳能电池组为由单晶硅、多晶硅或非晶硅薄膜的单体电池组成。
其特征在于：该超级电容应具有≥1000法拉的电容量。
本发明具有下述的有益效果：
1.可瞬时提供工作电流8-10倍的启动电流，而不影响其它负载的的正常工作。
2.可防止蓄电池组的过度放电，延长其使用寿命。
3.扩大了系统直流能源部分的储电能力，可充分利用太阳能电池的发电能力。
4.超级电容无需维护，体积小，使用寿命长。
5.扩大了太阳能电池使用的范围。
6.可方便地实现自动化操作。
附图说明：
图1是现有太阳能电池供电系统电路框图。
图2是本发明的电路框图。
具体实施方式：
请参阅图2所示，本发明与现有技术同样具有直流电源部分A、直流升压部分B、逆变输出部分C和控制部分D四大部分，但其直流部分A除具有由一定数量单体的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池组成的太阳能电池组和蓄电池组外，还设置有超级电容；而直流升压部分B设置有三条并列的主要由DC/DC升压电路、高频整流电路构成的直流升压电路，每一条直流升压电路通过各自的开关与直流电源部分A中的一个组成(也即太阳能电池组、蓄电池组或超级电容)对应连接，且每一直流升压电路中还设置有均流滤波电路，该均流滤波电路与现有技术中滤波电路的差异在于前者除有滤波线圈和接地电容外，还串联有均流电阻。其逆变输出部分C与现有技术完全相同，主要由四个功率器件(如IGBT式绝缘栅极双极功率管或MOS功率)组成的按SPWM正弦波脉宽调制方式将直流升压部分B三条直流升压电路输出的220-380V高压直流转换成相应电压的交流电供负载使用。控制部分D主要由微处理器构成，它与现有的太阳能电池供电系统的完全相同，其微处理器的型号选择以能满足对系统中直流电源部分A中太阳能电池组、蓄电池组、超级电容的电压和电流的检测，对逆变输出部分C的输出电流的检测，和对逆变输出部分C的功率器件发送SPWM正弦波脉冲宽度调制信号等的功能即可，通常可使用廉价的无A/D模似数字信号转换功能的两个互联的微处理器，如STC89C54RD微处理器，其中一个微处理器专门处理由电压、电流检测元件传送的信号，另一微处理器专门对逆变输出部分C发送SPWM信号。
本发明的太阳能电池组产生的电力在系统无负载或负载低于其发电功率的情况下向蓄电池和超级电容充电，超级电容的电容值可以从一法拉到几千法拉，具体视系统负载需要的最大启动电流而定，通常超级电容的电容值≥1000法拉已能满足电冰箱、电视机及空调等多件容阻性家用电器的启动电流要求，例如杨州电容器厂生产的SPSCAP商标的超级电容，其电容值可达2400法拉。超级电容具体的电容值还应以在该系统功率范围内同时能启动所有或绝大部分用电设备为准，从目前太阳能光伏电池供电系统的功率范围来看，要求超级电容值最大不会超出10000法拉。当蓄电池组充足电后，可切断其充电电路，或进行小电流浮充；而超级电容充足后，应切断其与太阳能电池组的连接，这些都是现有常规技术，本发明不再赘述。
本发明在负载功率小于太阳能电池板功率且无大启动电流时，只要开通与太阳能电池组连通的一条直流升压电路的开关即可。当负载功率接近系统功率，且需要有较小的启动电流启动一些电器时，还开通与蓄电池组连通的一条直流升压电路的开关，由太阳能电池组与蓄电池组共同向负载供电。当需要启动具有大启动电流(如空调、大频幕电视等)的负载时，再开通与超级电容连通的一条直流升压电路，使三条直流升压电路同时向负载供电，电器启动完毕，负载进入正常工作电流状态后，切断该连接超级电容与对应的直流升压电路相连通的开关，开通太阳能电池组与超级电容相连的电路或开关，恢复向超级电容充电过程，超级电容在其额定电压范围内可以任意充电至任意电压值，而放电时可以放出所储存的全部能量。
本发明由于其控制部分C使用了微处理器，因此为对其实现自动化的操作提供了良好的物质基础，因此利用现有的各种常规技术很容易地就可实现自动化操作。
由于非晶硅薄膜太阳能电池可以利用弱光或散光发电，为此从充分发挥本发明超级电容的蓄能优势，本发明的太阳能电池组以选用非晶硅薄膜太阳能电池组为优。
Claims (3)
1、一种可提供大启动电流的太阳能光伏电池供电系统，具有包含太阳能电池组和蓄电池组的能源部分、包含DC/DC升压电路的升压部分、逆变输出部分和包含微处理器的控制部分，其特征在于：该能源部分还设置有超级电容；该升压部分共有三个独立的DC/DC升压电路，该三个DC/DC升压电路的输入端各自通过一个开关分别与太阳能电池组、蓄电池组或超级电容对应连接，该三个DC/DC升压电路的输出分别通过均流电路相互连接，且所述的相互连接的输出与逆变输出部分的输入相连接；该控制部分对该逆变输出部分的正弦波脉冲宽度调制。
2、根据权利要求1所述的可提供大启动电流的太阳能光伏电池供电系统，其特征在于：该太阳能电池组为由单晶硅、多晶硅或非晶硅薄膜的单体电池组成。
3、根据权利要求1所述的可提供大启动电流的太阳能光伏电池供电系统，其特征在于：该超级电容应具有大于等于1000法拉的电容量。
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