CN102778644A - 太阳能照明系统性能检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可再生能源技术领域，公开了一种太阳能照明系统性能检测装置及方法，该装置包括：依次连接的电流传感器、采集卡以及计算机，所述电流传感器用于对太阳能电池的输出电流，蓄电池的充电电流、放电电流进行不间断的采样，所述采集卡端用于对太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压进行采集并将将所述传感器采样得到的数据以及太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压传输到计算机中，所述计算机用于将所接收到的数据进行编辑，并将编辑的结果进行存储和显示。本发明所设计的装置能够实现现场实时、定量采集太阳能照明系统的数据，有助于分析所采集的数据从而评价太阳能照明系统的性能。

Description

太阳能照明系统性能检测装置及方法
技术领域
本发明涉及可再生能源技术领域，特别是涉及一种太阳能照明系统性能检测装置及方法。
背景技术
当前能源危机日趋严重，世界各国均从寻找可再生能源和提高能源效率两方面化解危机，其中太阳能照明系统是典型代表。我国太阳能半导体照明产业发展迅速，各种型号的太阳能半导体照明系统相继出现，并已投入市场。相对于蓬勃发展的太阳能光伏照明市场，其相应的检测技术却发展缓慢。到目前为止，国内还没有推出成型的太阳能光伏照明系统现场测试设备，迫切需要一种能够现场定量测试、分析系统性能的装置。
光伏电池是一种利用太阳光能直接发电的半导体薄片，在光的照射下，能够瞬间输出电流。图1所示为太阳能电池的一般结构，它的主要部分就是两层不同掺杂的半导体。根据太阳能电池的结构原理，描述其性能的主要有以下几个参数：开路电压VOC、短路电流ISC、填充因子（指最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比,是由于电池内阻而导致的能量损失，体现了电池带动负载的能力）、能量转换效率（是指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比，表示产生的电能与入射光能量之比）。
蓄电池是太阳能照明装置中重要的组成部分，蓄电池白天存储太阳能电池产生的电能，晚上向半导体LED灯供电，使太阳能照明系统能够正常、稳定的工作。所以蓄电池的性能好坏直接影响整个系统工作的稳定性。因此蓄电池充放电的性能测试，必须紧密结合其充放电的实际情况，能在其实际工作状态下对其充放电性能正确的测试。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种能够实现现场实时、定量采集太阳能照明系统的数据的装置。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能照明系统性能检测装置，所述太阳能照明系统包括依次连接的太阳能电池、蓄电池，包括：依次连接的电流传感器、采集卡以及计算机，所述电流传感器用于对太阳能电池的输出电流，蓄电池的充电电流、放电电流进行不间断的采样，所述采集卡端用于对太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压进行采集并将将所述传感器采样得到的数据以及太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压传输到计算机中，所述计算机用于将所接收到的数据进行编辑，并将编辑的结果进行存储和显示。
优选地，所述计算机具体用于将所接收到的数据进行编辑得到太阳能电池的发电安时数、蓄电池的充电安时数、蓄电池的放电安时数、太阳能电池的发电能量累计值、蓄电池的充电能量累计值以及蓄电池的放电能量累计值中的一种或几种。
优选地，所述电流传感器为霍尔电流传感器。
优选地，所述霍尔电流传感器有三个。
优选地，所述采集卡为USB数据采集卡。
本发明还提供了一种太阳能照明系统性能检测方法，包括以下步骤：
对太阳能照明系统中太阳能电池的端电压、输出电流，太阳能照明系统中蓄电池的端电压、充电电流、放电电流进行不间断的采样；
将采样得到的数据传输到计算机中；
将所接收到的数据进行编辑，并将编辑的结果进行存储和显示。
优选地，所述编辑的结果为太阳能照明系统中太阳能电池的发电安时数、太阳能照明系统中蓄电池的充电安时数、所述蓄电池的放电安时数、所述太阳能电池的发电能量累计值、所述蓄电池的充电能量累计值以及所述蓄电池的放电能量累计值。
优选地，利用LabVIEW软件将所接收到的数据进行编辑。
（三）有益效果
上述技术方案具有如下优点：本发明所设计的装置能够实现现场实时、定量采集太阳能照明系统的数据，有助于分析所采集的数据从而评价太阳能照明系统的性能，从而研究太阳能照明系统中太阳能电池与LED电学性能的最佳匹配，并为合理利用系统中的蓄电池，延长蓄电池寿命提供技术参数，最大限度发挥太阳能光伏照明系统的效能，对光伏的设计、运行评价均有较大的实用价值。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；
图2是本发明的装置实施方式示意图；
图3是本发明的装置中霍尔电流传感器与采集卡的连接示意图；
图4是现有太阳能电池的结构示意图；
图5是本发明的太阳能照明系统中过充过放保护电路及强电电路原理图；
图6是本发明的装置中霍尔电流传感器电路原理图；
图7是本发明采集到的太阳能电池的端电压变化曲线图；
图8是本发明采集到的充电时蓄电池端电压变化图；
图9是本发明采集到的太阳能电池的输出电流变化曲线图；
图10是本发明采集到的蓄电池的充电电流变化图；
图11是本发明采集到的太阳能电池的输出电流和蓄电池的充电电流比较图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种太阳能照明系统性能检测装置，所述太阳能照明系统包括依次连接的太阳能电池（如图4所示）、蓄电池（如图2所示），包括：依次连接的霍尔电流传感器、USB数据采集卡以及计算机，所述霍尔电流传感器（如图6所示）用于对太阳能电池的输出电流，蓄电池的充电电流、放电电流进行不间断的采样，所述采集卡端用于对太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压进行采集并将将所述传感器采样得到的数据以及太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压传输到计算机中，所述计算机用于将所接收到的数据进行编辑，并将编辑的结果进行存储和显示。
其中，由于使用了USB数据采集卡，因此可方便地用于热插拔及即插即用，连接计算机即可实现现场数据监测。
所述太阳能照明系统还包括过充过放保护电路、灯具，所述过充过放保护电路连接于太阳能电池与蓄电池之间，所述灯具与蓄电池连接。
所述计算机具体用于将所接收到的数据进行编辑得到太阳能电池的发电安时数、蓄电池的充电安时数、蓄电池的放电安时数、太阳能电池的发电能量累计值、蓄电池的充电能量累计值以及蓄电池的放电能量累计值，编辑时所用到的公式为现有技术。
所述霍尔电流传感器有三个。
本发明还提供了一种太阳能照明系统性能检测方法，包括以下步骤：
对太阳能照明系统中太阳能电池的端电压、输出电流，太阳能照明系统中蓄电池的端电压、充电电流、放电电流进行不间断的采样；
将采样得到的数据传输到计算机中；
利用LabVIEW软件将所接收到的数据进行编辑，并将编辑的结果进行存储和显示。所述编辑的结果为太阳能照明系统中太阳能电池的发电安时数、太阳能照明系统中蓄电池的充电安时数、所述蓄电池的放电安时数、所述太阳能电池的发电能量累计值、所述蓄电池的充电能量累计值以及所述蓄电池的放电能量累计值。LabVIEW是一种程序开发环境，与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式，能够实现数据处理、显示和存储的功能。
为了测试本发明的使用性能，下面重点介绍对蓄电池充电时的状态进行测试，放电状态测试方法类似。
先把直流稳压源（位于太阳能电池上）设置成恒流源，恒流源的输出为13.9V、0.16A，然后把图5（图5的结构为现有技术）所示的控制电路接入到直流稳压电源和蓄电池之间。图5中虚线以上是过充过放保护电路，虚线以下是强电电路。a、b是两个接线柱，当a、b接入采集卡的A、B端，检测太阳能电池的输出电压。c、d是蓄电池的两端，当c、d接入采集卡的C、D端时，检测蓄电池的输入电压。当e、f接入采集卡的E、F端时，检测蓄电池的输出电压。xa段导线穿过霍尔传感器1，检测太阳能电池的输出电流。Wc段导线穿过霍尔传感器2，检测蓄电池的输入电流。ze段导线穿过霍尔传感器3，检测蓄电池的输出电流。
当蓄电池不放电时，蓄电池放电电流为0A，采集充电回路的太阳能电池端电压、太阳能电池输出电流、蓄电池充电电流、蓄电池端电压的测试数据，整理后，如表1所示。
表1充电过程中测试的各参数的实时数据
将所测数据进行绘图，可得到太阳能电池端电压曲线图和蓄电池端电压曲线图，分别如图7和图8所示。可知，太阳能电池端电压从22:33:30开始向蓄电池充电，充电过程中电压缓慢地上升，当蓄电池电压上升到过充电压时，充电回路断开，太阳能电池被短路，太阳能电池端电压为0V，当蓄电池电压下降到再充点，充电回路自动闭合，太阳能电池恢复对蓄电池充电，电压上升到14V左右。22:33:30到22:34:30蓄电池电压快速上升，从13.103V上升到了13.343V，接近过充点电压13.35V，所以到22:35:00蓄电池放电，一开始蓄电池放电速度很快，当时间为22:36:30，电压下降到13.039V时，放电速度开始变慢，当时间为22:38:00，电压下降到12.994V，接近再充点电压12.99V，所以在22:38:30，充电回路闭合，蓄电池重新开始充电，后面的过程跟前面的过程类似。
分析完太阳能电池端电压和蓄电池端电压的情况后，再分析太阳能电池的输出电流和蓄电池的充电电流。太阳能电池的输出电流变化曲线图和蓄电池充电电流变化曲线图如图9和图10所示。由于直流稳压源已经设置成了恒流源，所以电流的变化不大，变化在0.003A之间，结合图11可以看出，蓄电池的电压上升，恒流源的电流输出也有增加，只是增加比较少。
蓄电池充电电流变化图如图10所示，在22:33:30和22:34:30之间，蓄电池处于充电状态，充电回路闭合，有充电电流流过，电流在0.158A-0.159A之间变化；在22:35:00和22:38:00之间，充电回路断开，蓄电池不充电，没有充电电流。当到了22:38:30，充电回路闭合，又有充电电流通过，之后蓄电池循环地处于过充、再充状态。
充电时太阳能电池输出电流和蓄电池充电电流比较图如图11所示。当充电回路闭合时，太阳能电池和蓄电池都串联在同一个电路，理论上两者的电流值大小一样，但是在测量太阳能电池端电压时，并联的分压电路1总电阻是30KΩ，测量蓄电池端电压时，并联的分压电路2总电阻是15KΩ，所以流过分压电路2的电流比分压电路1的大，所以蓄电池的充电电流比太阳能电池输出电流小一点，但可以忽略。
由以上实施例可以看出，本发明所设计的装置能够实现现场实时、定量采集太阳能照明系统的数据，有助于分析所采集的数据从而评价太阳能照明系统的性能，从而研究太阳能照明系统中太阳能电池与LED电学性能的最佳匹配，并为合理利用系统中的蓄电池，延长蓄电池寿命提供技术参数，最大限度发挥太阳能光伏照明系统的效能，对光伏的设计、运行评价均有较大的实用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种太阳能照明系统性能检测装置，所述太阳能照明系统包括依次连接的太阳能电池、蓄电池，其特征在于，包括：依次连接的电流传感器、采集卡以及计算机，所述电流传感器用于对太阳能电池的输出电流，蓄电池的充电电流、放电电流进行不间断的采样，所述采集卡端用于对太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压进行采集并将将所述传感器采样得到的数据以及太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压传输到计算机中，所述计算机用于将所接收到的数据进行编辑，并将编辑的结果进行存储和显示。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算机具体用于将所接收到的数据进行编辑得到太阳能电池的发电安时数、蓄电池的充电安时数、蓄电池的放电安时数、太阳能电池的发电能量累计值、蓄电池的充电能量累计值以及蓄电池的放电能量累计值中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流传感器为霍尔电流传感器。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述霍尔电流传感器有三个。
5.如权利要求1~4中任一项所述的装置，其特征在于，所述采集卡为USB数据采集卡。
6.一种太阳能照明系统性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对太阳能照明系统中太阳能电池的端电压、输出电流，太阳能照明系统中蓄电池的端电压、充电电流、放电电流进行不间断的采样；
将采样得到的数据传输到计算机中；
将所接收到的数据进行编辑，并将编辑的结果进行存储和显示。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述编辑的结果为太阳能照明系统中太阳能电池的发电安时数、太阳能照明系统中蓄电池的充电安时数、所述蓄电池的放电安时数、所述太阳能电池的发电能量累计值、所述蓄电池的充电能量累计值以及所述蓄电池的放电能量累计值。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，利用LabVIEW软件将所接收到的数据进行编辑。
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