CN103227216A - 一种智能除雪装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种智能除雪装置及其控制方法，该智能除雪装置由电子开关C0、控制模块、外部供能单元、直流升压电路、太阳能电池片和连接线相连组成，其中电子开关C0设于太阳能电池的正极输出线上，直流升压电路为双端电路且具有串联相连的升压模块和限流保护模块，直流升压电路的两端分别对接太阳能电池的正极输出线和外部供能单元的正极，该升压模块接有用于开关驱动控制的电子开关C1，全部电子开关均连至控制模块的输出端控制模块。应用本发明的除雪方案，利用太阳能应用系统自身现有部件加以自加热的性能定制，有效保障了太阳能发电设备或同类系统的安全、稳定运作，能切实提高太阳能组件在寒冷地区或冬季易积雪地区的太阳能利用效率。

Description

一种智能除雪装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种积雪自动清除设备，尤其涉及一种可智能判别积雪并自动、简易地清除积雪的新型除雪装置，在原有太阳能组件或充电控制箱、逆变器、汇流箱（排）中经技术改造，便可防止该些设备因积雪而严重影响工作效率或无法使用。

背景技术

太阳能装置绝大部分都是露天工作的，所以常常受到天气影响。特别在靠近地球两极的区域，即使日照时间相对偏长，但降雪天气对太阳能装置的转能效率影响最为严重，更有甚者会出现停止供能运作的情况。而在非极寒地区，冬季的大范围将雪也会造成积雪，许多跟人类生活、工作息息相关的室外装置、设备也会收到威胁，给人们的生活及工业生产等带来极大的不便。

太阳能作为新能源利用中的重中之重，现代科技对太阳能电池板的能效精益求精，已然取得较为可观的成就。但仅仅提高太阳能电池板自身能效显然是不够的，无论从太阳能发电系统的构建组成、电学配套，还是具体应用环境的多样性自适应方面，都需要提供较为完善的技术解决方案，以保障这种可再生能源利用能长期稳定、高效运作。如果能有一种行之有效的解决方案，能在太阳能组件表面积雪情况下自动化雪，便能有效维持该新能源应用的高效稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能除雪装置及其控制方法，解决实物对象暴露在外界环境下因积雪影响运作效率甚至停止运作，并智能及时自动除雪的问题。

本发明实现上述第一个目的一种智能除雪装置，其技术解决方案是：一种智能除雪装置，集成于太阳能应用系统中，其特征在于：所述智能除雪装置由电子开关C0、控制模块、外部供能单元、直流升压电路、太阳能电池片和连接线相连组成，其中所述电子开关C0设于太阳能电池的正极输出线上且用于控制太阳能电池的输出通断，所述直流升压电路为双端电路且具有串联相连的升压模块和限流保护模块，直流升压电路的两端分别对接太阳能电池的正极输出线和外部供能单元的正极，所述升压模块接有用于开关驱动控制的电子开关C1，全部电子开关均连至控制模块的输出端控制模块。

进一步地，所述直流升压电路中限流保护模块设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S。

进一步地，所述电子开关C0、电子开关C1为TTL高低电平驱控开关。

进一步地，所述太阳能应用系统至少包括太阳能发电应用系统，太阳能逆变应用系统，太阳能充电应用系统、太阳能汇流排系统和太阳能汇流箱系统；所述外部供能单元为外部电源或汇流后输出的外部总线。

进一步地，对应太阳能汇流箱系统，所述智能除雪装置包含升压模块和数量上对应汇流箱系统支流数量的直流除雪电路，且任一直流除雪电路中含有各自独立的限流保护模块和设于本支流正极输出线上的电子开关C0_i，各电子开关C0_i均连至控制模块的输出端；各限流保护模块分别设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S_i，所述升压模块设有接入控制模块输出端的电子开关C1且升压模块一端连接汇流箱输出总线正极，另一端通过各支流的限流保护模块与对应支流的正极输出线相对电子开关C0_i的前端相连，其中i=1，2……N，N为汇流箱系统的支流数量。

进一步地，对应太阳能发电应用系统具有复数个太阳能电池单体并联或串联相接而成且具有单组的两极输出线，所述智能除雪装置仅包含一个除雪电路。

本发明实现上述第二个目的一种智能除雪装置的控制方法，其技术解决方案是：基于前述智能除雪装置，将直流升压电路及其电子开关C0对应相接至太阳能电池的正极输出线和外部供能单元的正极，控制模块在未接收到积雪探测信号时，电子开关C0作用于太阳能电池呈通路状，太阳能电池片和连接线静置或恒温正常运作；控制模块在接收到积雪探测信号时，输出控制信号驱动电子开关C0断开，同时通过外部供能单元和直流升压电路为太阳能电池提供反向灌入电流，并且控制模块输出控制信号驱动电子开关C1调制升压模块的升压幅度，驱动太阳能电池片和连接线发热，融化表面附着的积雪并带动上部未融化的积雪流散。

进一步地，所述直流升压电路中限流保护模块设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S，监控电流电压并限制反向灌入电流在太阳能电池的额定电流范围内。

进一步地，所述智能除雪装置对应太阳能汇流箱系统，且具有升压模块和对应汇流箱系统支流数量的直流除雪电路，所述控制模块在接收到积雪探测信号时，输出分时序交替的驱动信号，在一个时序周期内仅一个直流除雪电路运作，利用汇流箱系统其余支流的总线输出供该一个直流除雪电路对汇流箱系统中对应的太阳能电池进行除雪，在不同时序周期交替驱动各个直流除雪电路，完成汇流箱系统的整体除雪。

应用本发明的智能除雪方案，能整合到太阳能组件本身、太阳能逆变器、太阳能充电控制器或者汇流箱（排）系统中，以提升这些设备的整体性能，达到更高的性价比。特别地，通过单片机或其它微控制器的自动化控制，能实现智能地对积雪做出快速反应，高效及时地清理积雪，使设备得以维持本身功能正常运作。

附图说明

图1是传统太阳能组件的输出简图。

图2是本发明智能除雪装置应用于太阳能发电组件一优选实施例的结构示意图。

图3是本发明智能除雪装置应用于太阳能发电组件另一优选实施例的结构示意图。

图4是本发明智能除雪装置应用于汇流箱系统的实施结构示意图。

图5是本发明智能除雪装置应用于太阳能逆变器组件的实施结构示意图。

图6是本发明智能除雪装置应用于太阳能充电组件的实施结构示意图。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

本发明提供了一种智能除雪装置及其控制方法，解决实物对象暴露在外界环境下因积雪影响运作效率甚至停止运作，并智能及时自动除雪的问题。

本发明实现上述目的的技术解决方案，从装置结构来看：该智能除雪装置搭接于太阳能电池的正极输出线上，其创新特点可以归结为：该智能除雪装置由电子开关C0、控制模块、外部供能单元、直流升压电路、太阳能电池片和连接线相连组成，其中电子开关C0设于太阳能电池的正极输出线上且用于控制太阳能电池的输出通断，所述直流升压电路为双端电路且具有串联相连的升压模块和限流保护模块，直流升压电路的两端分别对接太阳能电池的正极输出线和外部供能单元的正极，升压模块接有用于开关驱动控制的电子开关C1，全部电子开关均连至控制模块的输出端控制模块。并且，其中控制模块的一个输入端外接积雪探测信号，或直接外接手动开关；控制模块根据积雪探测信号进行控制，或接受外部指令进行控制。对应不同的太阳能电池类型，上述连接线可以是焊带或电子注入层。

作为以上方案的进一步优化，该直流升压电路中限流保护模块设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S，监控通过太阳能电池的电流电压大小（即限制反向灌入电流在太阳能电池的额定电流范围内），保证该组件处于安全状态。

该电子开关C0、C1为TTL高低电平驱控开关。

该太阳能电池内部现有部件包括但不限于导通发热的电池片和焊带。

该太阳能电池包括但不限于太阳能发电组件，太阳能逆变器组件，太阳能充电组件和汇流排系统、汇流箱系统；所述外部供能单元为外部电源或汇流后输出的外部总线。

通过电子开关控制组件与外部汇流总线的通断，当组件处于正常工作状态时，电子开关C0闭合,组件正常工作，C1控制升压电路不工作。当组件处于除雪工作状态时，C0打开，C1控制升压电路工作，同时S检测反向灌入到组件的电压电流，通过控制系统进行监测，当发现电流电压超过设置范围时，控制C1调整升压比例进行调整直至保护关断。当除雪工作完成后，组件恢复正常工作状态。

特别地，对应太阳能汇流箱系统，该智能除雪装置包含升压模块和数量上对应汇流箱系统支流数量的直流除雪电路，且任一直流除雪电路中含有各自独立的限流保护模块和设于本支流正极输出线上的电子开关C0_i，各电子开关C0_i均连至控制模块的输出端；各限流保护模块分别设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S_i，所述升压模块设有接入控制模块输出端的电子开关C1且升压模块一端连接汇流箱输出总线正极，另一端通过各支流的限流保护模块与对应支流的正极输出线相对电子开关C0_i的前端相连，其中i=1，2……N，N为汇流箱系统的支流数量。对应太阳能发电应用系统，其由复数个太阳能电池单体并联相接而成且具有单组的两极输出线，该智能除雪装置仅包含一个除雪电路。

本发明实现上述目的的技术解决方案，从控制实现方法来看：基于前述智能除雪装置，将直流升压电路及其电子开关C0对应相接至太阳能电池的正极输出线和外部供能单元的正极，控制模块在未接收到积雪探测信号时，电子开关C0作用于太阳能电池呈通路状，太阳能电池内部现有部件静置或恒温正常运作；控制模块在接收到积雪探测信号时，输出控制信号驱动电子开关C0断开，同时通过外部供能单元和直流升压电路为太阳能电池提供反向灌入电流，并且控制模块输出控制信号驱动电子开关C1调制升压模块的升压幅度，驱动太阳能电池内部现有部件，融化表面附着的积雪并带动上部未融化的积雪流散。

作为一种优选的实施方式，该智能除雪装置对应太阳能汇流箱系统，且具有升压模块和对应汇流箱系统支流数量的直流除雪电路，所述控制模块在接收到积雪探测信号时，输出分时序交替的驱动信号，在一个时序周期内仅一个直流除雪电路运作，利用汇流箱系统其余支流的总线输出供该一个直流除雪电路对汇流箱系统中对应的组件进行除雪，在不同时序周期交替驱动各个直流除雪电路，完成汇流箱系统的整体除雪。

实施例一，如图1和图2所示，是太阳能发电组件的输出简图和本发明智能除雪装置应用于太阳能组件一优选实施例的结构示意图。从图示可见，该太阳能组件的正负极与外部总线的正负极并联相接，太阳能组件所设智能除雪装置由电子开关C0、控制模块（未图示）、外部总线、直流升压电路、太阳能电池片和连接线（未图示）相连组成相连组成，其中电子开关C0设于太阳能组件的正极输出线上且用于控制太阳能组件输出通断；直流升压电路为双端电路且具有串联相连的升压模块和限流保护模块，直流升压电路的两端分别对接太阳能组件（太阳能电池的突出代表，但实施下不限于太阳能组件）的正极输出线和外部总线的正极，升压模块接有用于开关驱动控制的电子开关C1，两电子开关均连至控制模块的输出端控制模块。通过电子开关C1可以控制升压模块工作，以控制升压幅度。

另外，直流升压电路中限流保护模块设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S，监控通过太阳能组件的电流电压大小（即限制反向灌入电流在太阳能电池的额定电流范围内），保证该组件处于安全状态。通常控制模块需要预设一相匹配的额定电流，防止外部总线输出过大造成对太阳能组件的损坏。

具体实施时，太阳能组件正常工作，电子开关C0为闭合状态，太阳能组件的正负两端与外部总线正负两端并联相接、正常输出。组件上有积雪需要消除时，控制模块首先控制电子开关C0断开，太阳能组件与外部总线的连接断开，同时将外部总线电压通过直流升压电路加于太阳能组件，通过外部总线给太阳能组件提供反向灌入电流，该电流将使太阳能组件内部的电池片及焊带产生发热，电路具有恒流保护供能，可以根据不同太阳能组件的最大反向灌入电流进行限制，保证电流不超过太阳能组件能够承受的最大反向灌入电流，使整个系统能够可靠稳定的工作。

实施例二，如图3所示是本发明智能除雪装置应用于太阳能发电组件另一优选实施例的结构示意图。图示可见，其与实施例一基本相近，惟以外部电源作为外部供能单元而取代外部总线供能，相关的电子开关C1、恒流驱动电路分别于外部电源的正、负极输出端对应相连。由于电路结构基本相近，且实施方式和实现原理相近，故省略赘述其具体实施。

实施例三，如图4所示，是本发明智能除雪装置应用于汇流箱系统的实施结构示意图。图示可见，该实施例中，汇流箱（排）系统中含有多路能源产生的组件（N个），一般情况下，该些组件的正、负输出线均并联并输出至交流输出端。而本例中，该智能除雪装置包含升压模块和数量与汇流箱系统支流数量相对应的直流除雪电路，由于各个除雪电路的内部结构基本相似，故仅以其中一支流作介绍，以明确其实施方式。从器件结构来看，电子开关C0_i设于该支流的正极输出线上且用于控制输出通断；由于控制模块输出分时序交替的驱动信号，在一个时序周期内仅一个直流除雪电路运作，即一条支流除雪，而其它支流正常工作。则电子开关C0_i断开该支流输出；该支流的正极输出线则通过升压模块及本支流的限流保护模块与其它支流的正极输出线相连，即汇流箱输出总线的正极向该支流提供反向灌入电流；各支流的电子开关C0_i均连至控制模块的输出端。该控制模块作为整体装置的控制模块，可以是单片机或类似处理器件。

一般情况下，各除雪电路不工作，汇流箱系统正常工作。当汇流箱系统的各组件上有积雪需要消除时，控制模块在接收到积雪探测信号后，输出分时序交替的驱动信号，在一个时序周期内仅驱动一个除雪电路运作，利用汇流箱系统其余支流的汇流供该一个除雪电路对汇流箱系统中对应的组件进行除雪，在不同时序周期交替驱动各个除雪电路，完成汇流箱系统的整体除雪。具体地，本例中，i=1，控制模块可输出驱动信号控制电子开关C0_i断开通路，此时对应其它组件的除雪电路均不工作，该些支流的输出汇流后作为第一个组件除雪的外部供能单元。在一定时序后由控制模块交替切换各除雪电路的状态。由此实现汇流箱系统的整体除雪。这里，为节省系统成本架构，将升压模块及其电子开关C1分设于各直流除雪电路之外，并在不同的时序下协同参与除雪作业。但应用中该升压模块在各直流除雪电路的集成也是可行的。

实施例四，如图5所示，是本发明智能除雪装置应用于太阳能逆变器组件的实施结构示意图。图示可见，该实施例中，该太阳能逆变器组件具有逆变电路和自带的逆变器控制CPU，其除雪电路连接方式与实施例一相似，惟此处采用逆变器自带的控制CPU作为智能除雪装置的控制模块，简化智能除雪装置的成本配置。其智能除雪原理同前。

实施例五，如图6所示，是本发明智能除雪装置应用于太阳能充电组件的实施结构示意图。图示可见，该实施例中与实施例五相近似，所不同的是此处控制模块选用太阳能面向蓄电池充电的充电控制器。当进行蓄电池充电过程中，为保持充电的持续进行，需要对积雪监控并及时除雪，利用除雪电路将太阳能充电控制器进行加热，将其表面雪融除，而后上部积雪滑落。

应用本发明的智能除雪方案，能整合到太阳能组件本身、太阳能逆变器组件、太阳能充电组件或者汇流箱（排）系统中，以提升这些设备的整体性能，达到更高的性价比。特别地，通过单片机或其它微控制器的自动化控制，能实现智能地对积雪做出快速反应，高效及时地清理积雪，使设备得以维持本身正常运作。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种智能除雪装置，集成于太阳能应用系统中，其特征在于：所述智能除雪装置由电子开关C0、控制模块、外部供能单元、直流升压电路、太阳能电池片和连接线相连组成，其中所述电子开关C0设于太阳能电池的正极输出线上且用于控制太阳能电池的输出通断，所述直流升压电路为双端电路且具有串联相连的升压模块和限流保护模块，直流升压电路的两端分别对接太阳能电池的正极输出线和外部供能单元的正极，所述升压模块接有用于开关驱动控制的电子开关C1，全部电子开关均连至控制模块的输出端控制模块。

2.根据权利要求1所述的智能除雪装置，其特征在于：所述直流升压电路中限流保护模块设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S。

3.根据权利要求1所述的智能除雪装置，其特征在于：所述电子开关C0、电子开关C1为TTL高低电平驱控开关。

4.根据权利要求1所述的智能除雪装置，其特征在于：所述太阳能应用系统至少包括太阳能发电应用系统，太阳能逆变应用系统，太阳能充电应用系统、太阳能汇流排系统和太阳能汇流箱系统；所述外部供能单元为外部电源或汇流后输出的外部总线。

5.根据权利要求1所述的智能除雪装置，其特征在于：对应太阳能汇流箱系统，所述智能除雪装置包含升压模块和数量上对应汇流箱系统支流数量的直流除雪电路，且任一直流除雪电路中含有各自独立的限流保护模块和设于本支流正极输出线上的电子开关C0_i，各电子开关C0_i均连至控制模块的输出端；各限流保护模块分别设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S_i，所述升压模块设有接入控制模块输出端的电子开关C1且升压模块一端连接汇流箱输出总线正极，另一端通过各支流的限流保护模块与对应支流的正极输出线相对电子开关C0_i的前端相连，其中i=1，2……N，N为汇流箱系统的支流数量。

6.根据权利要求1所述的智能除雪装置，其特征在于：对应太阳能发电应用系统具有复数个太阳能电池单体并联或串联相接而成且具有单组的两极输出线，所述智能除雪装置仅包含一个除雪电路。

7.一种智能除雪装置的控制方法，基于权利要求1所述的智能除雪装置，其特征在于：将直流升压电路及其电子开关C0对应相接至太阳能电池的正极输出线和外部供能单元的正极，控制模块在未接收到积雪探测信号时，电子开关C0作用于太阳能电池呈通路状，太阳能电池片和连接线静置或恒温正常运作；控制模块在接收到积雪探测信号时，输出控制信号驱动电子开关C0断开，同时通过外部供能单元和直流升压电路为太阳能电池提供反向灌入电流，并且控制模块输出控制信号驱动电子开关C1调制升压模块的升压幅度，驱动太阳能电池片和连接线发热，融化表面附着的积雪并带动上部未融化的积雪流散。

8.根据权利要求7所述的智能除雪装置的控制方法，其特征在于：所述直流升压电路中限流保护模块设有接入控制模块输入端的电流电压监控点S，监控电流电压并限制反向灌入电流在太阳能电池的额定电流范围内。

9.根据权利要求7所述的智能除雪装置的控制方法，其特征在于：所述智能除雪装置对应太阳能汇流箱系统，且具有升压模块和对应汇流箱系统支流数量的直流除雪电路，所述控制模块在接收到积雪探测信号时，输出分时序交替的驱动信号，在一个时序周期内仅一个直流除雪电路运作，利用汇流箱系统其余支流的总线输出供该一个直流除雪电路对汇流箱系统中对应的太阳能电池进行除雪，在不同时序周期交替驱动各个直流除雪电路，完成汇流箱系统的整体除雪。

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