CN102244398A - 一种零损耗的光伏太阳能充电控制装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏太阳能对蓄电池充电控制技术的领域，具体为一种零损耗的光伏太阳能充电控制装置及实现方法，包括太阳能电池板、二极管、晶体管、蓄电池、及两个机械继电器A/B。所述的装置在防止反向放电二极管的两端并接可控的机械继电器A，使系统在工作时充电电流直接从机械继电器A触点流过，而不流经回路中的二极管，这样二极管本身就不存在管压降损耗了。为了提高太阳能充电系统的可靠性，充电电压控制不采用开关电源工作控制模式，而采取可控的机械继电器B与晶体管并联组合控制，通过合理控制可使系统既能有效地捕捉到太阳光正常时给蓄电池充电的机会,又能消除回路中晶体管控制器件所带来的无功损耗,从而达到零损耗控制效果。

Description

一种零损耗的光伏太阳能充电控制装置及实现方法

技术领域

本发明涉及光伏太阳能对蓄电池充电控制技术的领域，具体为一种可实现零损耗的光伏太阳能充电控制方法。

（背景技术）

随着能源危机和温室效应的日益严重，国家的产业逐渐转向节能减排。其中，太阳能开发的应用是所述节能减排的重要部分，也是可再生能源的重要部分，并已逐渐成为绿色能源的热点和主流。

现有太阳能系统一般包括太阳能电池、太阳能控制器和蓄电池。

目前存在的光伏太阳能电池对蓄电池充电控制方式有两类，一类是采用接通/断开方式控制，参考图1，在光伏太阳能对蓄电池充电控制的系统中, 为了避免在无太阳光的情况下蓄电池通过太阳能电池组件反向放电, 通常在太阳能电池组件正极与蓄电池正极的相连接回路中加串二极管, 而在太阳能电池组件负极与蓄电池负极的相连接回路中加串机械开关或者起开关作用的晶体管, 用于控制充电。 当太阳光照射在光伏太阳能电池板上时, 由于光电效应，太阳能电池板上产生直流电压, 利用太阳能电池组件所产生的直流电压给蓄电池充电。在充电过程中, 当蓄电池的电压被充电额定值(称被充满)时，控制回路自动断开; 只有在蓄电池电压回落到一定值时，控制回路才重新接通充电。

此类设计方法存在的问题是：① 由于正极回路中有防止反充二极管存在, 所以在充电过程中该二极管存在一定的压降, 将损耗一定的电能源, 这对于本来转换效率就不高的光电转换工程而言, 要达到同样的效果就会增加工程的成本; ② 负极回路中的开关主要是控制被充蓄电池的充电电压值, 常用的控制器件有继电器或晶体管, 继电器控制虽然没有回路损耗，但必须要求充电的关闭点（充满电）和充电的恢复点（停充后电池自然回落）的电压差大, 如果关闭点的电压值与恢复点的电压值相差过小, 将引起继电器切换跳动过于频繁，减少系统的寿命，可如果将这个电压差加大, 又会导致蓄电池电压未达到恢复点而不充电，这样容易错过太阳光正常时的最佳充电机会；而晶体管控制虽然不存在切换导致影响系统寿命的问题，但晶体管导通充电时会产生管耗,同样也不理想。 

另一类是采用脉宽调制型控制，参考图2，在大电流充电的控制系统中,使用回路中串接二极管来防止蓄电池通过太阳能电池组件反向放电显然是不现实的。为此采用了由晶体管组成的开关电路隔离转换(即DC-DC)，通过改变晶体管的导通和截止时间来控制太阳能电池对蓄电池充电的电压和电流，这种控制方式可以很好的捕捉到太阳光正常时给蓄电池充电的机会。 只要太阳能电池能量足够，便可随时向蓄电池维持浮充电能。

脉宽调制型控制设计方法存在的问题是：由于采用开关电源工作模式，而开关电源的故障率偏高，从而降低了系统的可靠性。此外，虽然晶体管是工作在饱和区和截止区，但晶体管同样存在开关损耗、饱和压降损耗等，同时转换电路中也存在转换效率的问题, 所以仍然造成无功消耗太阳能电池板的珍贵电能源。 

另外，通常太阳能充电控制系统中防止反向放电的二极管采用锗管, 对于一个10安培的充电控制系统来讲，防止反向放电的二极管损耗就高达2—5瓦，目前太阳能电池板的价格在10—30元/瓦，此外，能承受10安培的锗二极管价格也是很昂贵的。而对于10安培的继电器价格也只是几块钱左右，因此采用继电器能降低材料成本。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种可实现零损耗的光伏太阳能充电控制装置及方法，使得光伏太阳能充电系统工作在无损耗、高可靠性状态，同时大幅度降低了系统的材料成本，真正达到了低碳、节能、环保的控制效果。

     本发明的目的是通过下述技术方案实现：

一种零损耗的光伏太阳能充电控制装置，包括太阳能电池板、二极管、晶体管、蓄电池、及两个机械继电器A/B；所述的太阳能电池板的负极与晶体管相连接，正极与二极管的正极相连接；二极管的负极与蓄电池的正极相连接，晶体管与蓄电池的负极相连接；在所述的二极管两端并联接入可控的机械继电器A，机械继电器B与晶体管并联连接。

所述的二极管用于防止蓄电池对太阳能电池反向放电，所述的晶体管用于控制太阳能电池对蓄电池充电的电压和电流。

    实现零损耗的光伏太阳能充电控制装置的方法，其特征在于，太阳能电池板所产生的电能由二极管向蓄电池充电，此时回路中对充电电流进行检测，如果充电电流大于1安培，则控制并联在二极管上的机械继电器A吸合，充电电流流经机械继电器A给蓄电池充电，此时从太阳能电池板正端到蓄电池正极的电压差为零；如果充电电流小于1安培时，将控制机械继电器A脱开，充电电流流经所述二极管给所述蓄电池充电。

   实现零损耗的光伏太阳能充电控制装置的方法，其特征在于，蓄电池两端的电压未达到充饱时端电压95%之前，机械继电器B吸合，充电电流流经机械继电器B到所述太阳能电池板负端；蓄电池两端电压超过充饱时端电压的95%时，机械继电器B脱开，由晶体管给蓄电池维持浮充工作，一直维持到把所述蓄电池充分充饱电，此时晶体管停止工作。

   本发明的有益效果是，本发明采用所述的二极管两端并接可控的所述机械继电器A，所述机械继电器B与所述晶体管并联连接，替代开关电源工作控制，不但提高了太阳能充电系统的可靠性，降低了系统的材料成本，而且还充分地利用太阳能电池板所产生的珍贵的能源最大限度的给蓄电池充电，实现了低碳、节能、环保的控制效果。   

附图说明

    图1是应用现有技术的光伏太阳能充电控制方法的示意图。

    图2是应用现有技术的光伏太阳能充电控制方法的示意图。

  图3是应用本发明光伏太阳能充电控制方法的示意图。

具体实施方式

如图3所示，零损耗的光伏太阳能充电控制装置，包括太阳能电池板、二极管、晶体管、蓄电池、及两个机械继电器A/B；所述的太阳能电池板的负极与晶体管相连接，正极与二极管的正极相连接；二极管的负极与蓄电池的正极相连接，晶体管与蓄电池的负极相连接；在所述的二极管两端并联接入可控的机械继电器A，机械继电器B与晶体管并联连接。

当开启太阳能充电系统时，所述太阳能电池板所产生的电压由所述二极管向所述蓄电池充电，此时回路中对充电电流进行检测，如果充电电流大于1安培，则控制并联在所述二极管上的所述机械继电器A吸合，充电电流流经所述机械继电器A给蓄电池充电，此时从所述太阳能电池板正端到所述蓄电池正极的电压差为零，如果充电电流小于1安培时，将控制所述机械继电器A脱开，充电电流流经所述二极管给所述蓄电池充电。

在蓄电池两端的电压未达到充饱时端电压95%之前，机械继电器B吸合，充电电流流经机械继电器B到所述太阳能电池板负端；蓄电池两端电压超过充饱时端电压的95%时，机械继电器B脱开，由晶体管给蓄电池维持浮充工作，一直维持到把所述蓄电池充分充饱电，此时晶体管停止工作。 

Claims (3)

1.零损耗的光伏太阳能充电控制装置，包括太阳能电池板、二极管、晶体管、蓄电池、及两个机械继电器A/B；所述的太阳能电池板的负极与晶体管相连接，正极与二极管的正极相连接；二极管的负极与蓄电池的正极相连接，晶体管与蓄电池的负极相连接；在所述的二极管两端并联接入可控的机械继电器A，机械继电器B与晶体管并联连接。

2.  实现如权利要求1所述的零损耗的光伏太阳能充电控制装置的方法，其特征在于，太阳能电池板所产生的电能由二极管向蓄电池充电，此时回路中对充电电流进行检测，如果充电电流大于1安培，则控制并联在二极管上的机械继电器A吸合，充电电流流经机械继电器A给蓄电池充电，此时从太阳能电池板正端到蓄电池正极的电压差为零；如果充电电流小于1安培时，将控制机械继电器A脱开，充电电流流经所述二极管给所述蓄电池充电。

3.    如权利要求2所述的零损耗的光伏太阳能充电控制的方法，其特征在于，蓄电池两端的电压未达到充饱时端电压95%之前，机械继电器B吸合，充电电流流经机械继电器B到所述太阳能电池板负端；蓄电池两端电压超过充饱时端电压的95%时，机械继电器B脱开，由晶体管给蓄电池维持浮充工作，一直维持到把所述蓄电池充分充饱电，此时晶体管停止工作。

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