CN103256548A - 基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统 - Google Patents

基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统 Download PDF

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康书硕
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Abstract

本发明公开了一种基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，包括：双蓄电池照明子系统，包括由无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池构成的双蓄电池组，用于向用户提供全天候的照明；地面光伏电站，用于吸收太阳能并将其转化为电能，对记忆性铅酸蓄电池进行充电，提供记忆性铅酸蓄电池所需求的满负荷电量；蓄电池充电网络，用于记忆性铅酸蓄电池与地面光伏电站的连接，传输记忆性铅酸蓄电池所需求的电量，使双蓄电池组能充分满足光源的电需求；无线远程监测控制子系统，用于对蓄电池电量以及室外光线的监测、采集、传输及储存，对获取的各类信息进行处理，根据信息决定是否对蓄电池进行充放电以及远程对灯具的工作和关闭、时间和亮度的控制。

Description

基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统
技术领域
本发明涉及太阳能照明技术领域，尤其涉及一种基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统。
背景技术
太阳能作为二十一世纪最重要的清洁能源，受到众多研究者的重视，太阳能光伏技术的应用在国内外也已经产业化，尤其是太阳能照明技术，它是集光伏技术、蓄电池技术、微机控制技术、照明灯具技术以及通信控制于一体的新技术。而纵观国内外有关太阳能灯具照明技术的研究发现，太阳能照明系统的稳定运行与环境条件、组成设备的配置等有关。具体体现在：
第一，部分地区和场合在应用太阳能灯具时会受到太阳能资源不足、恶劣天气等环境条件的影响，由于电量供应不足，使太阳能照明系统不能满足照明功能的需求，甚至不能正常运行，但这是客观条件所决定的，一般不易进行环境条件的改进；
第二，太阳能照明系统的运行还受到组成设备的配置影响，如光源的匹配选择、蓄电池的使用寿命和容量配置以及控制器的匹配和控制特性等。
上述第二点也是目前大多数研究者的研究重点，但是最主要的瓶颈之一是蓄电池的使用寿命和容量的配置，从某种意义上说，蓄电池的使用寿命决定着整个系统的寿命，蓄电池寿命低和蓄电池容量不匹配会导致整个路灯系统可靠性不高，有时甚至不能全天候运行，不能达到景观、防风等功能的要求。
为了解决太阳能照明系统在应用中存在的不足，一些研究者提出了相应的太阳能灯具照明系统：分布式单灯太阳能照明、集中式太阳能照明系统、与市电结合的太阳能照明系统、基于网络远程监控的太阳能照明系统，这些系统都在不同程度上提高了太阳能照明的可靠性、稳定性，考虑了环境和安装场合的问题，并使其易控制、维护便利等，但是没有解决整个系统根本的问题：全天候的功能需求、蓄电池使用寿命和容量配置等问题，使目前太阳能照明系统仍不能大规模的应用，甚至导致发展缓慢。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决太阳能照明系统中蓄电池使用寿命和容量配置问题，并且适用于不可改变的全年太阳能资源不连续、天气变化无常等环境条件，实现系统全天候运行，满足各种照明功能需求，保证整个系统运行的可靠性，使系统最大限度的节能，本发明提供了一种基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，该系统包括：
双蓄电池照明子系统，包括由无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池构成的双蓄电池组，用于向用户提供全天候的照明；
地面光伏电站，用于大规模地吸收太阳能并将其转化为电能，对该记忆性铅酸蓄电池进行充电，提供该记忆性铅酸蓄电池所需求的满负荷电量，满足太阳能照明系统稳定运行需求；
蓄电池充电网络，用于该记忆性铅酸蓄电池与该地面光伏电站的连接，传输该记忆性铅酸蓄电池所需求的电量，使该双蓄电池组能充分满足光源的电需求；
无线远程监测控制子系统，用于对蓄电池电量以及室外光线的监测、采集、传输及储存，对获取的各类信息进行处理，根据信息决定是否对蓄电池进行充放电以及远程对灯具的工作和关闭、时间和亮度的控制，同时对双蓄电池照明子系统、蓄电池充电网络以及地面光伏电站进行智能联动控制。
上述方案中，所述双蓄电池组用于储存由太阳能转换成的电能，提供照明光源正常工作所需要的电能，其中的无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池一用一备，用于解决全天候太阳能灯具照明问题。
上述方案中，所述双蓄电池照明子系统还包括太阳能电池组件，所述无记忆性锂电池作为光源的常用电源，与该太阳能电池组件相连接，用于接收该太阳能电池组件的能量，进行实时的充放电，以满足光源的用电需求。
上述方案中，所述双蓄电池照明子系统还包括控制器和照明光源，该控制器分别连接于双蓄电池组、太阳能电池组件和照明光源，其中：太阳能电池组件，用于吸收太阳能并将太阳能转换成电能；控制器，用于控制无记忆性锂电池的充放电、双蓄电池之间的供电转换以及无记忆性锂电池过充、过放、温度的控制；照明光源，用于实现照明。
上述方案中，所述照明光源包括光源、灯杆及灯具外壳；光源用于连接双蓄电池组，提供所需的光亮；灯杆及灯具外壳用于固定太阳能电池组件，支撑灯具，保护光源，连接系统中各组件，使照明功能顺利实现。
上述方案中，所述记忆性铅酸蓄电池作为光源的备用电源，与所述地面光伏电站连接，用于接收地面光伏电站的能量。
上述方案中，所述地面光伏电站能够大量吸收太阳能，更好的利用可再生能源，为不影响所述记忆性铅酸蓄电池寿命，每次对所述记忆性铅酸蓄电池充放电要满充和全放。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，采用双蓄电池组，实时保证用电需求，使系统运行安全可靠，能够保证系统全天候实时运行，满足任何照明灯具的功能需求。
2、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，双蓄电池的运用，采取“一用一备”的运行策略，且对记忆性铅酸蓄电池实行满充和全放，最大限度的延长了蓄电池的使用寿命。
3、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，双蓄电池的运用，每个蓄电池在容量配置上采用系统单蓄电池的容量设计方法，从而相应的增加了整个系统的蓄电池容量，使蓄电池能够无限度的满足光源的用电需求，不会出现蓄电池容量与荷载不匹配的问题。
4、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，设置地面光伏电站，能够更多的吸收太阳能资源，满足任何环境条件的电能需求。
5、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，铺设单一的蓄电池充电网络，且通过智能控制方式来增强其稳定性，避免发生触电或火灾等安全事故，使系统应用范围更加广泛。
6、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，不需要采用市电的补充，就能满足太阳能照明系统的稳定、可靠运行，使整个照明系统脱离市电的影响，独立稳定的运行，更大限度的利用可再生能源。
7、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，运用无线远程监测控制子系统，实现智能监控、自我调节，减少运行维护费用，进一步节约能源，使经济效益提高，社会效益显著。
8、本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，系统运行具有全天候性、耐久性和可靠性，适用范围广泛且节约能源，有很大的推广空间。
附图说明
图1是依据本发明实施例的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是依据本发明实施例的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统的结构示意图，该系统包括双蓄电池照明子系统、地面光伏电站、蓄电池充电网络和无线远程监测控制子系统。其中，双蓄电池照明子系统包括由无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池构成的双蓄电池组，用于向用户提供全天候的照明。地面光伏电站用于大规模地吸收太阳能并将其转化为电能，对该记忆性铅酸蓄电池进行充电，提供该记忆性铅酸蓄电池所需求的满负荷电量，满足太阳能照明系统稳定运行需求。蓄电池充电网络用于该记忆性铅酸蓄电池与该地面光伏电站的连接，传输该记忆性铅酸蓄电池所需求的电量，使该双蓄电池组能充分满足光源的电需求。无线远程监测控制子系统用于对蓄电池电量以及室外光线的监测、采集、传输及储存，对获取的各类信息进行处理，根据信息决定是否对蓄电池进行充放电以及远程对灯具的工作和关闭、时间和亮度的控制，同时对双蓄电池照明子系统、蓄电池充电网络以及地面光伏电站进行智能联动控制。
在双蓄电池照明子系统中，所述双蓄电池组用于储存由太阳能转换成的电能，提供照明光源正常工作所需要的电能，其中的无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池一用一备，用于解决全天候太阳能灯具照明问题。考虑到经济性，双蓄电池包括一个无记忆性锂电池和一个记忆性铅酸蓄电池，无记忆性锂电池与太阳能电池组件相连接，作为光源的常用电源，接收该太阳能电池组件的能量，进行实时的充放电，以满足光源的用电需求；锂电池可间歇充放电，不受太阳能资源不连续的影响，且不影响锂电池寿命。记忆性铅酸蓄电池与地面光伏电站连接，作为光源的备用电源，接收地面光伏电站的能量，地面光伏电站能够大量吸收太阳能，更好的利用可再生能源，为不影响所述记忆性铅酸蓄电池寿命，每次对所述记忆性铅酸蓄电池充放电要满充和全放。
双蓄电池包括无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池，采取“一用一备”的运行策略，且对记忆性铅酸蓄电池实行满充和全放，最大限度的延长了蓄电池的使用寿命。而每个蓄电池在容量配置上采用单蓄电池的容量设计方法，从而相应的增加了整个系统的蓄电池容量，使蓄电池能够无限度的满足光源的用电需求，不会出现蓄电池容量与荷载不匹配的问题。
再参照图1，本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，应用双蓄电池智能切换和无线网络监测与控制技术，设置地面光伏电站，并构建蓄电池充电网络，使整个系统稳定、节能、智能运行。该基于双蓄电池电源的无线智能照明系统由双蓄电池照明子系统、蓄电池充电网络、地面光伏电站以及无线远程监测控制子系统组成；其中双蓄电池照明子系统由太阳能电池组件、双蓄电池组、控制器、照明光源等组成，照明光源包括光源、灯杆及灯具外壳等。
双蓄电池照明子系统用于向需求者提供全天候的照明；其中太阳能电池组件主要功能是吸收太阳能并将太阳能转换成电能；双蓄电池组主要功能是储存由太阳能转换成的电能，提供照明光源正常工作所需要的电能，其中无记忆性锂电池用于接收太阳能电池组件的能量，记忆性的铅酸蓄电池用于接收地面光伏电站的能量；控制器分别连接于双蓄电池组、太阳能电池组件和照明光源，其主要功能是控制锂电池的充放电、双蓄电池之间的供电转换以及锂电池过充、过放、温度的控制；光源用于连接双蓄电池组，提供所需的光亮，实现照明；灯杆及灯具外壳用于固定太阳能电池组件，支撑灯具，保护光源，连接系统中各组件，使照明功能顺利实现。
蓄电池充电网络用于铅酸蓄电池和地面光伏电站的连接，传输铅酸蓄电池所需求的电量，使双蓄电池组能充分满足光源的电需求。
地面光伏电站则根据区域性用电需求、场地情况、供电半径等因素设置，用于大规模的吸收太阳能并将其转化为电能，对记忆性铅酸蓄电池进行充电，提供铅酸蓄电池所需求的满负荷电量，满足太阳能照明系统稳定运行需求。
无线远程监测控制子系统用于对蓄电池电量以及室外光线等因素数据的监测、采集、传输及储存，对获取的各类信息进行处理，根据信息决定是否对蓄电池进行充放电以及远程对灯具的工作和关闭、时间和亮度的控制，同时对双蓄电池照明子系统、蓄电池充电网络以及地面光伏电站进行智能联动控制。
基于图1所示的依据本发明实施例的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统的结构示意图，下面详细说明本发明提供的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统的具体运行流程，包括：
太阳能电池组件吸收太阳能，并将太阳能转化为电能，通过控制器进行温度控制及过充保护，将电能转变为化学能储存在无记忆性的锂电池中；根据无线远程监测控制子系统对室外光线、运行时间等因素的监测和设定，当照明光源需要用电时，锂电池将化学能转化为电能，供照明光源使用，同时通过控制器进行过放保护；而当锂电池内的容量不足时，即太阳能辐照强度弱或遇到连续阴雨天气等环境下，锂电池不能满足照明光源的电需求时，根据无线远程监测控制子系统的监测、数据采集传输及调控，由控制器进行锂电池和铅酸蓄电池之间的供电转换，用铅酸蓄电池来满足照明电源的电需求，而铅酸蓄电池的电能是通过蓄电池充电网络由地面光伏电站提供，根据无线远程监测控制子系统对铅酸蓄电池的容量监测和控制，进行满容量供给，同时防止过充，并保证满足太阳能照明系统的电需求，而一旦使用铅酸蓄电池来满足光源需求，就要使铅酸蓄电池完全放电，然后进行与锂电池之间的切换，以使铅酸蓄电池使用寿命最大化，其中地面光伏电站根据区域性用电需求、场地情况、供电半径等因素设置在景区或旅游区的停车场、广场等空旷适宜大面积接收太阳能的地方。
无线远程监测控制子系统则基于无线GPRS传输技术，通过安置在室外和太阳能照明系统中的传感装置进行数据的采集和传输，然后对采集来的的各类信息进行处理，根据信息判断是否进行蓄电池组之间的切换调控，是否对铅酸蓄电池进行充电以及远程对灯具的工作和关闭、时间和亮度的控制；最终使整个系统实现稳定、节能、智能运行。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，其特征在于，该系统包括：
双蓄电池照明子系统，包括由无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池构成的双蓄电池组，用于向用户提供全天候的照明；
地面光伏电站，用于大规模地吸收太阳能并将其转化为电能，对该记忆性铅酸蓄电池进行充电，提供该记忆性铅酸蓄电池所需求的满负荷电量，满足太阳能照明系统稳定运行需求；
蓄电池充电网络，用于该记忆性铅酸蓄电池与该地面光伏电站的连接，传输该记忆性铅酸蓄电池所需求的电量，使该双蓄电池组能充分满足光源的电需求；
无线远程监测控制子系统，用于对蓄电池电量以及室外光线的监测、采集、传输及储存，对获取的各类信息进行处理，根据信息决定是否对蓄电池进行充放电以及远程对灯具的工作和关闭、时间和亮度的控制，同时对双蓄电池照明子系统、蓄电池充电网络以及地面光伏电站进行智能联动控制。
2.根据权利要求1所述的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，其特征在于，所述双蓄电池组用于储存由太阳能转换成的电能，提供照明光源正常工作所需要的电能，其中的无记忆性锂电池和记忆性铅酸蓄电池一用一备，用于解决全天候太阳能灯具照明问题。
3.根据权利要求2所述的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，其特征在于，所述双蓄电池照明子系统还包括太阳能电池组件，所述无记忆性锂电池作为光源的常用电源，与该太阳能电池组件相连接，用于接收该太阳能电池组件的能量，进行实时的充放电，以满足光源的用电需求。
4.根据权利要求3所述的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，其特征在于，所述双蓄电池照明子系统还包括控制器和照明光源，该控制器分别连接于双蓄电池组、太阳能电池组件和照明光源，其中：
太阳能电池组件，用于吸收太阳能并将太阳能转换成电能；
控制器，用于控制无记忆性锂电池的充放电、双蓄电池之间的供电转换以及无记忆性锂电池过充、过放、温度的控制；
照明光源，用于实现照明。
5.根据权利要求4所述的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，其特征在于，所述照明光源包括光源、灯杆及灯具外壳；光源用于连接双蓄电池组，提供所需的光亮；灯杆及灯具外壳用于固定太阳能电池组件，支撑灯具，保护光源，连接系统中各组件，使照明功能顺利实现。
6.根据权利要求2所述的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，其特征在于，所述记忆性铅酸蓄电池作为光源的备用电源，与所述地面光伏电站连接，用于接收地面光伏电站的能量。
7.根据权利要求6所述的基于双蓄电池的全天候太阳能无线智能照明系统，其特征在于，所述地面光伏电站能够大量吸收太阳能，更好的利用可再生能源，为不影响所述记忆性铅酸蓄电池寿命，每次对所述记忆性铅酸蓄电池充放电要满充和全放。
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