CN101022225A

CN101022225A - 太阳能电池系统及其充电方法

Info

Publication number: CN101022225A
Application number: CN 200610033594
Authority: CN
Inventors: 黄允成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-22

Abstract

一种太阳能电池系统，包括：太阳能电池，蓄电池，设于所述太阳能电池与蓄电池之间用于蓄积电能的电容器装置，分别与所述电容器装置、蓄电池及太阳能电池相连用于控制各部件间连通或断开的电容充放电控制电路。本发明还提供一种太阳能电池系统充电方法，充电时，电容器与所述太阳能电池连通同时与蓄电池断开，太阳能电池对所述与其连通的电容器充电，当所述与太阳能电池连通的电容器电压上升到预定电压值时，所述电容器与太阳能电池断开同时与蓄电池连通对所述蓄电池充电。本发明具有太阳能利用效率高、蓄电池使用寿命长、系统稳定、成本较低等特点。

Description

太阳能电池系统及其充电方法

【技术领域】

本发明设计涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种太阳能电池系统及其充电方法。

【背景技术】

人类得以生存、延续、发展离不开能源。而人类长期以来所依赖的能源，不外乎水能、电能、核能。众所周知，我国是个能源匮乏的国家，常规能源储备只相当于世界总储备的10％。根据国家发改委可再生能源办公室研究报告披露，按照我国现有发展速度，国内现有资源，石油还能使用10年、天燃气25年、煤76年、核电用铀45年、水资源我国人均占有水资源仅为世界人均水资源的1/4，居世界110位，属严重缺水国家，不具备广泛使用水电的条件。

因此，寻找可替代现有能源的可再生资源是我国目前经济发展急需解决的一大问题。而太阳能又正好具备这一条件。在我国广阔的国土上，有着丰富的太阳能资源，全国各地平均年太阳幅射量为928-2333KWH/M²，中值为1626KWH/M²。我国绝大部分地区都符合使用太阳能条件。只要把我国现有的荒漠利用1％就可以解决全国的用电问题。

现在利用太阳能的瓶颈是太阳能电池的效率问题，太阳能电池的实用转换效率约为12-15％，在晴天正午前后两小时左右转换效率较好，但在此外时段及阴雨天效率低下。特别是当太阳能电池发出来的电流在蓄电池容量0.5％以下时，蓄电池几乎充不上电，因此蓄电池长期处在充不满电而每天都要超额放电的“饥饿”状态，导致蓄电池很快损坏。为了保证足够的富裕量，只能加大太阳能电池组件导致成本在幅增加，但在太阳能系统使用的特殊情况下，如太阳能路灯，由于要考虑风阻的情况，太阳能电池板又不可能无限扩大。这使得太阳能电池系统的电能供需造成矛盾，阻碍了其推广。

超级电容或双层电容是国外新发展的一项电容技术，它是从多孔碳基电极材料中得到其储存电荷的，这种材料的多孔结构使得它每克重量的表面积达到2000平方米，因此它的容量可以做到很大。日本、美国10多年前就开始研究其特征，并在最近几年将它用于工业用途，主要用汽车、电动车领域替代蓄电池。

中国发明专利CN95106136.4、CN01138685.1分别揭示了“太阳能电池系统及利用该系统的间歇运行装置”及“太阳能充电系统”，替代蓄电池采用电容器件(如超级电容或双层电容)作为储能元件，使整个系统在雨天或晚间也能向负载稳定的供电。但是，如果纯粹作为储能元件，毕竟容量有限，难以持久工作。如果将超级电容或双层电容做到像蓄电池那样长久工作的容量，该超级电容或双层电容造价目前将会是蓄电池造价几十倍至上百倍，这对任何工业产品来讲都是无法承受也是不现实的。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：提供一种太阳能电池系统及其充电方法，具有太阳能利用效率高、蓄电池使用寿命长、系统稳定、成本较低等特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种太阳能电池系统，包括：

太阳能电池，用于将光能转换为电能；

蓄电池，用于存储电能同时向负载供能，其中，还包括：

电容器装置，设于所述太阳能电池与蓄电池之间，用于蓄积太阳能电池产生的电能并向所述蓄电池充电；

电容充放电控制电路，分别与所述电容器装置、蓄电池及太阳能电池相连，用于控制所述电容器装置与太阳能电池或蓄电池的连通或断开。

上述技术方案的进一步改进在于：该电容器装置包括一个或多个相互并联的超级电容或双层电容。

上述技术方案的进一步改进在于：该电容充放电控制电路包括一与电容器装置相连的比较器电路，用于测量电容的电压值。

上述技术方案的进一步改进在于：该电容充放电控制电路与蓄电池间还设有一PWM充电控制电路，该PWM控制电路依据蓄电池的电压值确定所述蓄电池的充电状态。

上述技术方案的进一步改进在于：该PWM充电控制电路与所述电容充放电控制电路包含于一微处理器中。

本发明还提供一种太阳能电池系统充电方法，包括以下步骤：

a.电容器与所述太阳能电池连通同时与蓄电池断开；

b.太阳能电池对所述与其连通的电容器充电；

c.当所述与太阳能电池连通的电容器电压上升到预定电压值时，所述与太阳能电池连通的电容器与太阳能电池断开；

d.所述已达到预定电压值的电容器与蓄电池连通对所述蓄电池充电。

上述技术方案的进一步改进在于：该步骤a之前还包括电容器第一选择步骤，于多个电容器中选择其中一个与所述太阳能电池连通同时与蓄电池断开，其余电容器与所述太阳能电池断开。

上述技术方案的进一步改进在于：该步骤c、d间还包括电容器第二选择步骤，于所述与太阳能电池断开的电容器中选择一个电容器与太阳能电池连通同时与蓄电池断开，太阳能电池对其充电。

上述技术方案的进一步改进在于，该步骤d后还包括如下步骤：重复步骤c、电容器第二选择步骤及步骤d。

上述技术方案的进一步改进在于：该步骤c、d间还包括蓄电池状态检测步骤，检测蓄电池是否已充满，如未充满则转入步骤d；如已充满，则所述已达到预定电压值的电容器处于与蓄电池及太阳能电池断开状态。

本发明的有益效果是：由于本发明于所述太阳能电池与蓄电池之间设有用于蓄积太阳能电池产生的电能并向所述蓄电池充电的电容器装置，从而可将平常充不进蓄电池的小电流置入电容器中积累起来，待电容充满后，再以蓄电池最佳充电电流充入蓄电池，进而具有太阳能利用效率高、蓄电池使用寿命长、系统稳定、成本较低等特点。

【附图说明】

图1是本发明太阳充电系统的原理方框图。

图2是本发明太阳充电系统一实施例中PWM充电控制电路的工作流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明一种太阳能电池系统，包括：

一种太阳能电池系统，包括：

太阳能电池，用于将光能转换为电能；

蓄电池，用于存储电能同时向负载供能，其特征在于，还包括：

电容器装置，设于所述太阳能电池与蓄电池之间，用于蓄积太阳能电池产生的电能并向所述蓄电池充电；该电容器装置包括一个或多个相互并联的超级电容或双层电容。

电容充放电控制电路，分别与所述电容器装置、蓄电池及太阳能电池相连，用于控制所述电容器装置与太阳能电池或蓄电池的连通或断开；该电容充放电控制电路还包括一与电容器装置相连的比较器电路(图未示出)，用于测量电容的电压值。

同时，该电容充放电控制电路与蓄电池间还设有一PWM充电控制电路，该PWM控制电路依据蓄电池的电压值确定所述蓄电池的充电状态。

该PWM充电控制电路与所述电容充放电控制电路包含于一微处理器中。

以电容器装置包括两个相互并联的超级电容或双层电容为例，充电时，①电容充放电控制电路选择其中一个超级电容或双层电容与所述太阳能电池连通同时与蓄电池断开，为该超级电容或双层电容进行充电做好准备，另一超级电容或双层电容与所述太阳能电池断开；②太阳能电池对所述与其连通的超级电容或双层电容充电；③包含于电容充放电控制电路中的比较器电路检测所述超级电容或双层电容的电压值，当所述与太阳能电池连通的超级电容或双层电容电压上升到预定电压值时或其电流下降到设定的电流值时，所述与太阳能电池连通的超级电容或双层电容与太阳能电池断开；④所述与太阳能电池断开的另一超级电容或双层电容与太阳能电池连通同时与蓄电池断开，太阳能电池对其充电；⑤所述已达到预定电压值的电容器与蓄电池连通对所述蓄电池充电；重复步骤③④⑤，如此不断循环下去。

同时，该步骤③与⑤间还包括蓄电池状态检测步骤，PWM充电控制电路检测蓄电池电压值，控制确定所述蓄电池的充电状态，如蓄电池未充满则转入步骤⑤；如蓄电池已充满，则所述已达到预定电压值的电容器处于与蓄电池及太阳能电池断开状态。

在太阳能电池给超级电容或双层电容充电期间，太阳能电池传送出的电能具有较大的变化，但由于处于充电状态的超级电容或双层电容与后级的PWM充电控制电路是断开的，这就避免了后级对该超级电容或双层电容干扰，所以太阳能电池传送出的电能能够很好的充入到超级电容或双层电容。这也就为所述超级电容或双层电容充足电后为PWM充电控制电路提供稳定电流奠定了基础。

如图2所示，系统开始运行后，PWM充电控制电路通过蓄电池电压比较器对蓄电池的电压值B进行监测，当蓄电池电压值B低于8V或高于28.5V时PWM充电控制电路都将输出停止充电的控制信号，并通过LED或LCD显示出错的信息。同时该PWM充电控制电路还包括了蓄电池温度监测电路，进一步对蓄电池进行的保护。当蓄电池电压值B高于8V和低于28.5V且温度低于50℃时，PWM充电控制电路进行蓄电池电压的判断，如果是12V的蓄电池就转入到12V蓄电池充电模块，否则转入24V蓄电池充电模块。

现在以12V蓄电池为例进行说明：

系统上电后，PWM充电控制电路对蓄电池进行监测，如果蓄电池符合12V蓄电池设定的电压(8V≤蓄电池电压值B≤14.2V)且蓄电池温度小于50℃，PWM充电控制电路调入12V蓄电池充电控制子程序进一步判断蓄电池电压，当蓄电池电压值B低于11.2V时(设11.2V是以阀控式蓄电池为例)，PWM充电控制电路输出涓流充电脉冲给开关管用以控制充电电流以涓流的方式给蓄电池进行充电(涓流充电是因为低于或等于11.2V时阀控式蓄电池是在欠电状态下涓流充电对它最有益处)，当蓄电池电压值B高于11.2V并低于等于13.2V时，PWM充电控制电路输出正常充电脉冲给开关管用以控制充电电流以正常的方式给蓄电池进行充电。而当蓄电池电压值B高于13.2V并低于等于14.2V时，PWM充电控制电路将输出浮充脉冲给开关管使蓄电池工作在浮充状态下。当蓄电池电压值B高于14.2V时PWM充电控制电路停止输出充电脉冲给开关管用以停止蓄电池的充电(防止蓄电池过充电)。在整个充电过程中，PWM充电控制电路都实时监测蓄电池电压，并根据电压输出相关的控制信号。

由于本发明将超级电容或双层电容与蓄电池配合使用，则既发挥了超级电容或双层电容的耐过充、过放及小电流充电的特性，又发挥了蓄电池储存容量大的特点。该方式解决了太阳能电池阴雨天向蓄电池充电效果差的问题。另外从超级电容或双层电容中集中放出的大电流经过PWM控制可以模拟蓄电池最佳充电曲线，向蓄电池充电。这对于蓄电池在非常温状态特别是在-10℃以下、+30℃以上时对延长蓄电池寿命非常有好处。

Claims

1、一种太阳能电池系统，包括：

太阳能电池，用于将光能转换为电能；

2、如权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于：该电容器装置包括一个或多个相互并联的超级电容或双层电容。

3、如权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于：该电容充放电控制电路包括一与电容器装置相连的比较器电路，用于测量电容的电压值。

4、如权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于：该电容充放电控制电路与蓄电池间还设有一PWM充电控制电路，该PWM控制电路依据蓄电池的电压值确定所述蓄电池的充电状态。

5、如权利要求4所述的太阳能电池系统，其特征在于：该PWM充电控制电路与所述电容充放电控制电路包含于一微处理器中。

6、一种太阳能电池系统充电方法，包括以下步骤：

a.电容器与所述太阳能电池连通同时与蓄电池断开；

b.太阳能电池对所述与其连通的电容器充电；

7、如权利要求6所述的太阳能电池系统充电方法，其特征在于：该步骤a之前还包括电容器第一选择步骤，于多个电容器中选择其中一个与所述太阳能电池连通同时与蓄电池断开，其余电容器与所述太阳能电池断开。

8、如权利要求7所述的太阳能电池系统充电方法，其特征在于：该步骤c、d间还包括电容器第二选择步骤，于所述与太阳能电池断开的电容器中选择一个电容器与太阳能电池连通同时与蓄电池断开，太阳能电池对其充电。

9、如权利要求8所述的太阳能电池系统充电方法，其特征在于，该步骤d后还包括如下步骤：重复步骤c、电容器第二选择步骤及步骤d。

10、如权利要求6所述的太阳能电池系统充电方法，其特征在于：该步骤c、d间还包括蓄电池状态检测步骤，检测蓄电池电压值，控制确定所述蓄电池的充电状态，如蓄电池未充满则转入步骤d；如蓄电池已充满，则所述已达到预定电压值的电容器处于与蓄电池及太阳能电池断开状态。