CN104348245B - 一种高效太阳能混合动力车充电站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高效太阳能混合动力车充电站,其包括钢结构车棚支架,钢结构车棚支架的上部设有太阳能组件,钢结构车棚支架上还固定设置若干个充电桩,充电桩内设有蓄电池,太阳能组件的输出端接于DC/DC功率优化器的输入端,DC/DC功率优化器的输入输出端与光伏控制器的输入输出端电性连接,光伏控制器的输出端接于蓄电池的输入端;所述太阳能组件包括太阳能电池板支架,太阳能电池板支架上固定有若干个太阳能电池板,太阳能电池板上设有多路串联并行的电池组件;DC/DC功率优化器包括互相电性连接的MCU微控制器和若干个DC/DC功率优化模块;每个太阳能电池板的输入输出端与一DC/DC功率优化模块的输入输出端电性连接,MCU微控制器对各DC/DC功率优化模块进行控制。

Description

一种高效太阳能混合动力车充电站
技术领域
[0001]本发明属于太阳能充电设备制造领域,更具体的说,涉及一种能够给电动汽车或电动车充电的太阳能混合动力车充电站。
背景技术
[0002]有限的石油资源加上与日倶增的消用量,石油价格的暴涨是必然现象。同时在大量的石油消耗的过程中,环境污染问题也随之而出现,有害元素的排放极大的污染了环境之余,也在很大程度上对人们的健康问题造成危害,破坏了生活居住环境,严重影响了人们的身心健康。因此,立足于经济与社会持续和谐发展的重要国情需求,无论从个人还是集体方面考虑,我们不难发现石油的短缺和环境保护需求一直在制约着我国的工业经济发展,而其中汽车的产业的发展就尤为明显。随着国民素质的整体提高,环保、低碳等这些名词已经逐渐融入到新时代的生活理念当中。有数据表明,中国石油的开采量在20年之后就会消耗殆尽,煤炭的开采业坚持不到200年。然而我们的人口数量却是在不断的攀升,传统能源的利用将不能满足现实的需求,那么新能源代替传统能源的意义就变得非常重要。在全球关注的环境问题下产生节能减排的号召下,作为生产和制作新能源产品的高新技术企业有必要为国家及社会做应尽的贡献,使传统能源的汽车所造成的空气污染和能源缺乏等问题都将依靠新能源的利用来解决。
[0003]新能源汽车这一概念的提出,不仅仅受到国家的各项政策的鼓励支持,同时也给人们的生活带来一种新的方式。新能源汽车的出现有效地缓解了石油短缺和环境污染等问题,其中,电动汽车是新能源概念中的主要研究方向之一。
[0004]现有的电动汽车可分成三种主要驱动方式:纯电动车、混合动力电动车、燃料电池车。然而想要更快更好的推动电动汽车的市场使用率,那么电动汽车的基础配套设施的建设就是刻不容缓的。目前,已有一些实际的或者文献中描述电动汽车充电站,但是普遍具有如下问题:
[0005] 1、现有的电动汽车充电站供电基本上是接市电或使用少量的太阳能发电,成本尚、还受电网断电影响;
[0006] 2、现有的电动汽车充电站供电不稳定、当白天用电高峰期对电网造成很大的压力;
[0007] 3、现有的电动汽车充电站设施不够灵活、在偏远缺电地区无法使用;
[0008] 4、现有的电动汽车充电站过度依赖传统能源的弊端;
[0009] 5、传统电动汽车充电站造价成本高、成本回收效益慢;
[0010] 6、传统电动汽车充电站均使用常规太阳能组件、转换效率低。
[0011] 为此,一篇申请号为201110367100.4的发明专利,公开了一种新型电动汽车充电站,顶棚由支撑柱支撑,充电粧在每个支撑柱下设置有充电粧,四个风能发电机安装于顶棚一端,太阳能发电装置群组合安装在顶棚顶部;由风力发电机和太阳能发电装置群产生的电能存储于充电粧中的蓄电池,蓄电池提供电动汽车充电的电力;该发明采用太阳能和风能综合利用的发电方式。
[0012]另外一篇申请号为201320036920.X的实用新型专利,公开了一种太阳能电动汽车充电站,其车棚结构支架由若干根立柱底部与混凝土底座基础通过锚栓双螺帽形式连接在一起,若干根立柱上部支架设有屋顶梁,屋顶梁上设有若干根様条构成的太阳能电池板支架,若干根立柱柱体中间位置设有若干个充电粧,太阳能电池板支架设有若干块太阳能电池板,若干块电池板根据电气电量要求串并联后将直流电缆接入光伏逆变器输入端。该实用新型提供的太阳能电动汽车充电站可以在城市或偏远地区灵活使用,从而保证电动汽车及时获取清洁的太阳能电力。
[0013]另外一篇申请号为201320274196.4的实用新型专利,公开了一种顶棚式太阳能充电站,其包括太阳能发电装置、放置所述太阳能发电装置的棚顶架和通过电力输送系统电连接于所述太阳能发电装置的蓄电装置,所述蓄电装置通过所述电力输送系统电连接有充电装置。该专利提供的顶棚式太阳能充电站,其将发电、蓄电和充电集于一体,充电时需要的能量完全来自与太阳能发电装置利用的纯天然太阳能,真正实现了二氧化碳的零排放,为保护环境做出了贡献。
[0014]但上述专利均具有造价高、成本回收效益慢的缺陷;同时,上述专利的方案均使用常规太阳能组件,其转换效率低。
发明内容
[0015]因此,针对上述的问题,本发明提出一种结构新颖、安全可靠且成本低廉的混合动力车充电站,该充电站可依赖自身太阳能电池板将太阳能转化为电能并为电动汽车充电,采用独创的太阳能组件,大大提高转换效率,从而更进一步节约成本和能源,从而解决现有技术之不足。
[0016]为了解决上述技术问题,本发明的一种高效太阳能混合动力车充电站,包括钢结构车棚支架,钢结构车棚支架的上部设有太阳能组件,钢结构车棚支架上还固定设置若干个充电粧,充电粧内设有蓄电池,太阳能组件的输出端接于DC/DC功率优化器的输入端,DC/DC功率优化器的输入输出端与光伏控制器的输入输出端电性连接,光伏控制器的输出端接于蓄电池的输入端。其中,所述太阳能组件包括太阳能电池板支架,太阳能电池板支架上固定有若干个太阳能电池板,太阳能电池板上设有多路串联并行的电池组件(每一路内的电池串联连接构成电池组件,不同路的电池组件并联连接);DC/DC功率优化器包括MCU微控制器和若干个DC/DC功率优化模块,各DC/DC功率优化模块均MCU微控制器电性连接;每个太阳能电池板的输入输出端与一 DC/DC功率优化模块的输入输出端电性连接,该DC/DC功率优化器包括用以调节电压的DC/DC变换器、用以驱动DC/DC变换器的P丽驱动单元、用以控φΐ」Ρ丽驱动单元的MPPT(Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)控制器、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元,MCU微控制器对各DC/DC功率优化模块的MPPT控制器进行控制,其连接关系如下:DC/DC变换器的输入端接于太阳能组件的输出端,DC/DC变换器的输出端接于采集单元的输入端,采集单元的输出端接于MCU微控制器的输入端,MCU微控制器的输出端接于MPPT控制器的输入端,MPPT控制器的输出端接于PffM驱动单元的输入端,PWM驱动单元的输出端接于DC/DC变换器的输入端。采集单元采集经过DC/DC变换器变换后的太阳能组件的电流电压,反馈给MCU微控制器,MCU微控制器对其进行分析处理,并通过MPPT控制器和PffM驱动单元对DC/DC变换器进行控制,将太阳能组件输出的最大电流电压传送给光伏控制器。
[0017]为了很好的控制系统运行,该光伏控制器设有智能控制系统,智能控制系统控制整个系统的运行,例如对太阳能电池板发出的直流电能进行调节和控制,并对蓄电池进行充电、放电管理,还可以智能控制系统供电和市电供电自动切换,并带有自动报警系统、自动监测、数据采集、实时监测太阳能系统发电数据等功能;其具体包括如下过程:
[0018]步骤1:智能控制系统启动太阳能组件对充电粧内的蓄电池进行充电;
[0019]步骤2:太阳能组件对充电粧内的蓄电池进行充电过程中,DC/DC功率优化器对与其连接的太阳能电池板的MPPT最大功率点进行跟踪,使太阳能方阵中每一块太阳能电池板始终工作在最大功率输出点;具体的,DC/DC功率优化器采集太阳能电池板的最大输出电压/电流,并通过MPPT控制器和P丽驱动单元对其进行控制,使太阳能组件中每一块太阳能电池板始终工作在最大功率输出点,以使各太阳能电池板保持相同的输出电流;在实际运行中各太阳能电池板的输出电流无法完全一致,尽量保持相同即可;
[0020]步骤3:DC/DC功率优化器将太阳能电池板输出的最大电流电压传送给光伏控制器,光伏控制器对其接收到的最大电流电压进行调节和控制,并对蓄电池进行充电;
[0021 ]步骤4:智能控制系统实时检测充电粧处是否有车辆驶入进行充电,如果有车辆驶入,则暂停向充电粧内的蓄电池充电,控制太阳能组件对该车辆进行充电;如果没有车辆驶入,则继续对充电粧内的蓄电池进行充电。
[0022]另外,该高效太阳能混合动力车充电站还包括检测光照强度的光照传感器,光照传感器设于太阳能电池板支架上,并与太阳能电池板的安装角度一致;此时,上述步骤4还包括如下过程:如果有车辆驶入,智能控制系统通过光照传感器获得的光照强度以及预设的阈值,判断太阳能组件能否工作,如果无法工作,则控制蓄电池直接向驶入的车辆进行充电。
[0023]所述步骤2中,DC/DC功率优化器监控每块太阳能电池板的电能,如果某一太阳能电池板出现失配问题时,补偿因失配问题而产生的发电量损失;具体的,DC/DC功率优化器采集每块太阳能电池板的电能,对该电能进行监控并优化,使阵列中任意一块太阳能电池板出现失配问题时,其他太阳能电池板仍然能输出最大功率,不会出现电流倒流、太阳能电池板发电量降低或者损坏其他正常太阳能电池板的现象,因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失,使其他太阳能电池板在光伏发电系统中保持优良的发电性能。
[0024]另外,系统太阳能组件和蓄电池的输出电压可以为48V、72V或220V,如果有车辆驶入,智能控制系统首先对该车辆的输入电压进行检测,并选择适合该车辆的电压进行充电。
[0025]本发明的太阳能组件采用上述带MPPT功能的DC/DC功率优化器,每个电池板配置DC/DC功率优化器,DC/DC功率优化器实现双重跟踪,一方面,跟踪单一太阳能电池板的MPP(Maximum Power Point,最大功率点)最大功率点;另一方面,调节太阳能电池板的输出电压/电流,以最大限度提高系统能量传送。因此,太阳能电池板的电池组件具有相同的输出电流,极大减少热斑问题。另外,DC/DC功率优化器监控并优化每块太阳能电池板的电能,SP使其阵列中任意一块太阳能电池板出现失配问题时,其他太阳能电池板仍然能输出最大功率,因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失,并可以方便快捷的安装在光伏发电系统中。DC/DC功率优化器采用一种非反相Buck-Boost电路。本发明采用带DC/DC功率优化器的太阳能电池板,比没有优化器的太阳能电池板的输出功率高约10%左右,而存在大比例失配现象时,其输出功率增益更加明显,达30%以上。另外在完成整个可靠性试验后,MPPT优化器仍能保持优良的性能。
[0026]蓄电池是电力电源系统中直流供电系统的重要组成部分,在给蓄电池充电时,目前普遍采用了传统的集中式系统,该集中式系统在光伏阵列受到局部阴影遮挡时,将导致整个系统效率急剧下降。针对这种不足,以及为了延长蓄电池的使用寿命以及合理配置整个系统的电源以提高系统效率,作为一个进一步的方案,本发明的高效太阳能混合动力车充电站,基于光伏优化器设计一个优化的蓄电池充电系统。具体的,该高效太阳能混合动力车充电站还包括检测蓄电池电压的集中控制器,该集中控制器连接至DC/DC功率优化器的MCU微控制器,与各个太阳能电池板上的DC/DC功率优化器建立通讯连接。所述步骤2还包括如下过程:该集中控制器根据预设的不同充电阶段,以及实时的蓄电池的电压,对DC/DC功率优化器的功率进行调节,实现每个太阳能电池板进行独立MPPT最大功率点跟踪;同时,该集中控制器对蓄电池的电压进行实时监测,并根据预设的蓄电池电压阈值向DC/DC功率优化器发送调节功率(升降功率)命令,实现蓄电池充电管理。其中,最大功率点跟踪是一种通过调节电气模块的工作状态,使太阳能电池板可以输出更多电能。
[0027]与传统蓄电池充电方法相比,由于本发明采用了分布式的连接方式,使每个太阳能电池通过DC/DC功率优化器进行独立的MPPT最大功率点跟踪,有效提高了系统的充电效率,特别适用于易受局部遮挡的场合,同时采用了蓄电池电压的集中监控管理控制策略,可实现蓄电池的分阶段充电管理,能有效保护蓄电池,延长蓄电池寿命。
[0028]另外,本发明还进行了系统电池容量的设计及设备优化匹配:所述步骤2还包括如下过程:集中控制器计算出太阳能组件以及蓄电池的容量,通过负载的需求,确定系统需要的设备数量。这样,做到既能保证光伏系统的长期可靠运行,充分满足负载的用电需要,同时又能使系统的配置最合理、最经济,特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池的容量。同时,协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系,在满足需要保证质量的前提下节省投资,达到最好的经济效益。
[0029] 为了方便远程控制,该DC/DC功率优化器还包括无线通信单元,所述无线通信单元与MCU微控制器建立双向通信连接。
[0030]另外,为了降低成本,本发明还对太阳能电池板进行了改进,该太阳能电池板包括依次叠放的表层、电池片和背板,表层由透明TPT(TPT为聚氟乙烯复合膜,包括外层的PVF(聚氟乙烯薄膜)、中间的聚酯薄膜和内层的PVF三层,其中,外层PVF为保护层,具有良好的抗环境侵蚀能力,中间层为聚脂薄膜具有良好的绝缘性能,内层PVF需经表面处理和EVA(EVA是一种塑料物料,由乙烯(E)及乙烯基醋酸盐(VA)所组成)具有良好的粘接性能)实现,背板由双层的透明TPT实现;三层材质通过真空层压机抽真空高温压缩,层压工艺使EVA胶膜将透明ΤΡΤ、电池片和背板黏合为一个整体,从而构成一个实用的太阳能电池发电器件,即太阳能电池板。
[0031]现有技术中,太阳能电池板的表层采用钢化玻璃,背板采用不透明白色背板ΤΡΤ,也就是说,在材料方面是将原来单层的不透明白色背板TPT改为双层透明加厚的ΤΡΤ,去掉了正面的钢化玻璃由透明TPT代替,将接线盒改为更加灵活的接线方式,并且省去了铝边框的安装,所以制作成本较传统制作方式更加节约。因为其安装方式可以采取粘贴式安装和嵌入式安装,所以在光伏系统的安装过程中可以节约15-20%的不锈钢支架成本,使本项目的实施在经济方面完全可行。
[0032]本发明的混合动力车充电站,采用上述硬件以及智能控制系统的软件控制,具有如下优点:
[0033] 1、现有的太阳能汽车充电站造价高,本发明采用特制的太阳能电池板,大大降低了成本;同时整个系统的构架简单清晰而稳定,易于安装实现和推广;
[0034] 2、现有的太阳能汽车充电站采用普通的太阳能组件,本发明采用了 DC/DC功率优化器、集中控制器以及光伏控制器的智能控制系统控制,大大提高了转换效率;
[0035] 3、本发明控制器中设定了智能控制系统,系统供电与市电供电自动切换,带有自动报警系统、自动监测,数据采集系统、实时监测太阳能系统的发电情况;
[0036] 4、使用寿命长、可靠性高,一般晶体硅太阳能电池组件的寿命可长达20-25年,一次性投资可使用的时间很长,重复投资小、在满足自给用电外还可以将多余的电储存在蓄电池中、满足夜间使用。
附图说明
[0037]图1为本发明的实施例1的混合动力车充电站的系统框图;
[0038]图2为本发明的实施例1的DC/DC功率优化器的原理框图;
[0039]图3为本发明的实施例2的混合动力车充电站的系统框图;
[0040]图4为本发明的实施例2的智能控制系统的流程图;
[0041 ]图5为本发明的实施例3的混合动力车充电站的系统框图;
[0042]图6为本发明的实施例3的DC/DC功率优化器的原理框图。
具体实施方式
[0043]现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
[0044] 实施例1
[0045]作为一个具体的实施例,本发明的一种高效太阳能混合动力车充电站,包括钢结构车棚支架,钢结构车棚支架的上部设有太阳能组件,钢结构车棚支架上还固定设置若干个充电粧,充电粧内设有蓄电池,参见图1,太阳能组件的输出端接于DC/DC功率优化器的输入端,DC/DC功率优化器的输入输出端与光伏控制器的输入输出端电性连接,光伏控制器的输出端接于蓄电池的输入端。其中,太阳能组件包括太阳能电池板支架,太阳能电池板支架上固定有若干个太阳能电池板,太阳能电池板上设有多路串联并行的电池组件;DC/DC功率优化器包括MCU微控制器和若干个DC/DC功率优化模块,各DC/DC功率优化模块均M⑶微控制器电性连接。
[0046]其中,太阳能组件安装在钢结构车棚支架的上方,安装角度优选为朝南与水平面夹角为20°至30°角,以便充分利用有效的太阳能光。
[0047]每个太阳能电池板的输入输出端与一DC/DC功率优化模块的输入输出端电性连接,参见图2,该DC/DC功率优化器包括用以调节电压的DC/DC变换器、用以驱动DC/DC变换器的PffM驱动单元、用以控制PffM驱动单元的MPPT控制器、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元,MCU微控制器对各DC/DC功率优化模块的MPPT控制器进行控制,其连接关系如下:DC/DC变换器的输入端接于太阳能组件的输出端,DC/DC变换器的输出端接于采集单元的输入端,采集单元的输出端接于MCU微控制器的输入端,MCU微控制器的输出端接于MPPT控制器的输入端,MPPT控制器的输出端接于P丽驱动单元的输入端,P丽驱动单元的输出端接于DC/DC变换器的输入端。采集单元采集经过DC/DC变换器变换后的太阳能组件的电流电压,反馈给M⑶微控制器,M⑶微控制器对其进行分析处理,并通过MPPT控制器和P丽驱动单元对DC/DC变换器进行控制,将太阳能组件输出的最大电流电压传送给光伏控制器。
[0048]其中,光伏控制器设有智能控制系统,智能控制系统控制整个系统的运行,具体包括如下过程:
[0049]步骤1:智能控制系统启动太阳能组件对充电粧内的蓄电池进行充电;
[0050]步骤2:太阳能组件对充电粧内的蓄电池进行充电过程中,DC/DC功率优化器对与其连接的太阳能电池板的MPPT最大功率点进行跟踪,使太阳能方阵中每一块太阳能电池板始终工作在最大功率输出点;具体的,DC/DC功率优化器采集太阳能电池板的最大输出电压/电流,并通过MPPT控制器和P丽驱动单元对其进行控制,使太阳能组件中每一块太阳能电池板始终工作在最大功率输出点,以使各太阳能电池板保持相同的输出电流;在实际运行中各太阳能电池板的输出电流无法完全一致,尽量保持相同即可;另外,DC/DC功率优化器监控每块太阳能电池板的电能,如果某一太阳能电池板出现失配问题时,补偿因失配问题而产生的发电量损失;具体的,DC/DC功率优化器采集每块太阳能电池板的电能,对该电能进行监控并优化,使阵列中任意一块太阳能电池板出现失配问题时,其他太阳能电池板仍然能输出最大功率,不会出现电流倒流、太阳能电池板发电量降低或者损坏其他正常太阳能电池板的现象,因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失,使其他太阳能电池板在光伏发电系统中保持优良的发电性能;
[0051 ]步骤3:DC/DC功率优化器将太阳能电池板输出的最大电流电压传送给光伏控制器,光伏控制器对其接收到的最大电流电压进行调节和控制,并对蓄电池进行充电;
[0052]步骤4:智能控制系统实时检测充电粧处是否有车辆驶入进行充电,如果有车辆驶入,则暂停向充电粧内的蓄电池充电,控制太阳能组件对该车辆进行充电;如果没有车辆驶入,则继续对充电粧内的蓄电池进行充电。
[0053] 实施例2
[0054]本实施例中,与实施例1不同的是,该高效太阳能混合动力车充电站还包括检测光照强度的光照传感器,光照传感器设于太阳能电池板支架上,并与太阳能电池板的安装角度一致,参见图3,光照传感器的输出端接于光伏控制器的输入端。
[0055]智能控制系统控制整个系统的运行,参见图4,除了实施例1中的各个过程,其中的步骤4还包括如下过程:如果有车辆驶入,智能控制系统通过光照传感器获得的光照强度以及预设的阈值,判断太阳能组件能否工作,如果无法工作,则控制蓄电池直接向驶入的车辆进行充电。
[0056]另外,智能控制系统还可任意扩展,例如增设自动报警系统、自动监测、数据采集、实时监测太阳能系统发电数据等功能。
[0057]另外,系统太阳能组件和蓄电池的输出电压可以为48V、72V或220V,如果有车辆驶入,智能控制系统首先对该车辆的输入电压进行检测,并选择适合该车3辆的电压进行充电。
[0058] 实施例3
[0059]蓄电池是电力电源系统中直流供电系统的重要组成部分,在给蓄电池充电时,目前普遍采用了传统的集中式系统,该集中式系统在光伏阵列受到局部阴影遮挡时,将导致整个系统效率急剧下降。
[0060]针对这种不足,以及为了延长蓄电池的使用寿命以及合理配置整个系统的电源以提高系统效率,参见图5,本实施例中,该高效太阳能混合动力车充电站还包括检测蓄电池电压的集中控制器,该集中控制器的输入端接于蓄电池的输出端,集中控制器的输入输出端连接至DC/DC功率优化器的MCU微控制器的输入输出端,与各个太阳能电池板上的DC/DC功率优化器建立通讯连接。
[0061 ]那么,实施例1或者实施例2提供的智能控制系统的运行过程中,其步骤2还包括如下过程:该集中控制器根据预设的不同充电阶段,以及实时的蓄电池的电压,对DC/DC功率优化器的功率进行调节,实现每个太阳能电池板进行独立MPPT最大功率点跟踪;同时,该集中控制器对蓄电池的电压进行实时监测,并根据预设的蓄电池电压阈值向DC/DC功率优化器发送调节功率(升降功率)命令,实现蓄电池充电管理。其中,最大功率点跟踪是一种通过调节电气模块的工作状态,使太阳能电池板可以输出更多电能。
[0062]与传统蓄电池充电方法相比,由于本发明采用了分布式的连接方式,使每个太阳能电池通过DC/DC功率优化器进行独立的MPPT最大功率点跟踪,有效提高了系统的充电效率,特别适用于易受局部遮挡的场合,同时采用了蓄电池电压的集中监控管理控制策略,可实现蓄电池的分阶段充电管理,能有效保护蓄电池,延长蓄电池寿命。
[0063]另外,本发明还进行了系统电池容量的设计及设备优化匹配:步骤2还包括如下过程:集中控制器计算出太阳能组件以及蓄电池的容量,通过负载的需求,确定系统需要的设备数量。这样,做到既能保证光伏系统的长期可靠运行,充分满足负载的用电需要,同时又能使系统的配置最合理、最经济,特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池的容量。同时,协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系,在满足需要保证质量的前提下节省投资,达到最好的经济效益。
[0064] 本实施例中,为了方便远程控制,参见图6,该DC/DC功率优化器还包括无线通信单元,无线通信单元与MCU微控制器建立双向通信连接。用户可通过该无线通信单元远程对MCU微控制器的参数或预设阈值进行调节。
[0065]本发明的太阳能组件采用上述带MPPT功能的DC/DC功率优化器,每个电池板配置DC/DC功率优化器,DC/DC功率优化器实现双重跟踪,一方面,跟踪单一太阳能电池板的MPP(Maximum Power Point,最大功率点)最大功率点;另一方面,调节太阳能电池板的输出电压/电流,以最大限度提高系统能量传送。因此,太阳能电池板的电池组件具有相同的输出电流,极大减少热斑问题。另外,DC/DC功率优化器监控并优化每块太阳能电池板的电能,SP使其阵列中任意一块太阳能电池板出现失配问题时,其他太阳能电池板仍然能输出最大功率,因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失,并可以方便快捷的安装在光伏发电系统中。DC/DC功率优化器采用一种非反相Buck-Boost电路。本发明采用带DC/DC功率优化器的太阳能电池板,比没有优化器的太阳能电池板的输出功率高约10%左右,而存在大比例失配现象时,其输出功率增益更加明显,达30%以上。另外在完成整个可靠性试验后,MPPT优化器仍能保持优良的性能。
[0066]另外,为了降低成本,本发明还对太阳能电池板进行了改进,该太阳能电池板包括依次叠放的表层、电池片和背板,表层由透明TPT(TPT为聚氟乙烯复合膜,包括外层的PVF(聚氟乙烯薄膜)、中间的聚酯薄膜和内层的PVF三层,其中,外层PVF为保护层,具有良好的抗环境侵蚀能力,中间层为聚脂薄膜具有良好的绝缘性能,内层PVF需经表面处理和EVA(EVA是一种塑料物料,由乙烯(E)及乙烯基醋酸盐(VA)所组成)具有良好的粘接性能)实现,背板由双层的透明TPT实现;三层材质通过真空层压机抽真空高温压缩,层压工艺使EVA胶膜将透明ΤΡΤ、电池片和背板黏合为一个整体,从而构成一个实用的太阳能电池发电器件,即太阳能电池板。
[0067]现有技术中,太阳能电池板的表层采用钢化玻璃,背板采用不透明白色背板ΤΡΤ,也就是说,在材料方面是将原来单层的不透明白色背板TPT改为双层透明加厚的ΤΡΤ,去掉了正面的钢化玻璃由透明TPT代替,将接线盒改为更加灵活的接线方式,并且省去了铝边框的安装,所以制作成本较传统制作方式更加节约。因为其安装方式可以采取粘贴式安装和嵌入式安装,所以在光伏系统的安装过程中可以节约15-20%的不锈钢支架成本,使本项目的实施在经济方面完全可行。
[0068]总之,本发明通过上述架构和控制流程,实现了一个具有很好的实用性的太阳能充电站。在具体实现中,太阳能充电站的电能来源主要是来自太阳能电池板发电,本发明采用将太阳能直接转换成电能的方式,即利用光电效应把光能直接转换成电能,之后储存在蓄电池中。要完成这个直接转换的过程,最基本且必不可少的就是蓄电池这个部件。蓄电池一种极为环保的新型电源,它具有三大优点:可再生性、零污染性及灵活使用性。太阳能电池的特点就是使用寿命长,只要有太阳辐射的作用,太阳能电池就可以一而再再而三的使用;而且太阳能电池的使用也不会产生污染环境的现象;太阳能电池不仅可以满足大到百万千瓦的电站供电需求,而且也能提供小到仅有一户的太阳能发电使用需求,这是因为太阳能电池组可以随需增加或者减少,这些都市其他能源不能相提并论的。太阳能蓄电池在太阳能组件中起到储能调节电能的作用。当太阳能充足的时候,太阳能电池除了向负荷供电外,还给蓄电池充电。当天阴或者有云时,由蓄电池向负荷供电,以保证供电的连续性和可靠性。对上述蓄电池进行充放电管理的是光伏控制器,光伏控制器与DC/DC功率优化器配合,太阳能电池方阵发出的直流电通过MPPT控制器来实时侦测太阳能电池板的发电电压,并追踪最高电压电流值(VI),使系统以最大功率输出对蓄电池充电。光伏控制器协调太阳能电池板、DC/DC功率优化器、蓄电池、以及负载的工作,是光伏系统的大脑。DC/DC功率优化器可采用现有的芯片实现,也可根据本发明描述的模块连接关系以及其运行原理来自行搭建电路实现,本领域技术人员可参阅相关资料来搭建电路,本发明不再详述。
[0069]为了实现将电能传输给电动汽车,则需要充电柱,充电柱是充电站把电力输送到电动汽车的中介装置。充电站通过太阳能电池板发电并通过地下的蓄电池储存下来、最后使用者可以通过充电柱再把蓄电池中的电能传送给电动汽车。在实际搭建中,充电柱的外形可以呈柱状,表面有如计时秒表一般装置。在测试中,一个充电柱可以给两辆电动汽车提供同时充电,从完全无电的状态开始充电,一般需要2-3小时即可充满电。为了提高充电柱的使用率及体现充电站的实用性,本发明的充电柱设计更加多元化,能够同时满足不同车类的使用,比如电动自行车、电动摩托车。从设计功能上来说,充电柱的功能实质上要表现的像电动汽车的智能终端机一样。这个终端机可以自助售卖智能卡充电盒满足智能充电行为。消费者可以在这款终端机上办理购买智能充电卡业务,但是必须到太阳能充电柱的管理处登记资料,比如本人真实姓名、身份证号码、车型等资料。之后管理处人员将会一个编码和相应的汽车车牌号码输入智能卡、最后进行激活就能使用。消费者在充电柱上刷卡、使用充电抢来为电动汽车充电即可。
[0070]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高效太阳能混合动力车充电站,其特征在于: 包括钢结构车棚支架,钢结构车棚支架的上部设有太阳能组件,钢结构车棚支架上还固定设置若干个充电粧,充电粧内设有蓄电池,太阳能组件的输出端接于DC/DC功率优化器的输入端,DC/DC功率优化器的输入输出端与光伏控制器的输入输出端电性连接,光伏控制器的输出端接于蓄电池的输入端; 其中,所述太阳能组件包括太阳能电池板支架,太阳能电池板支架上固定有若干个太阳能电池板,太阳能电池板上设有多路串联并行的电池组件; DC/DC功率优化器包括MCU微控制器和若干个DC/DC功率优化模块,各DC/DC功率优化模块均与MCU微控制器电性连接;每个太阳能电池板的输入输出端与一 DC/DC功率优化模块的输入输出端电性连接,该DC/DC功率优化器包括用以调节电压的DC/DC变换器、用以驱动DC/DC变换器的HVM驱动单元、用以控制PffM驱动单元的MPPT控制器、用以采集DC/DC变换器的输入输出电流电压的采集单元,MCU微控制器对各DC/DC功率优化模块的MPPT控制器进行控制;其连接关系如下:DC/DC变换器的输入端接于太阳能组件的输出端,DC/DC变换器的输出端接于采集单元的输入端,采集单元的输出端接于MCU微控制器的输入端,MCU微控制器的输出端接于MPPT控制器的输入端,MPPT控制器的输出端接于HVM驱动单元的输入端,Pmi驱动单元的输出端接于DC/DC变换器的输入端; 该高效太阳能混合动力车充电站还包括检测蓄电池电压的集中控制器,该集中控制器连接至DC/DC功率优化器的MCU微控制器; 所述光伏控制器设有智能控制系统,智能控制系统控制整个系统的运行,其具体包括如下过程: 步骤1:智能控制系统启动太阳能组件对充电粧内的蓄电池进行充电; 步骤2:太阳能组件对充电粧内的蓄电池进行充电过程中,DC/DC功率优化器对与其连接的太阳能电池板的MPPT最大功率点进行跟踪,使太阳能方阵中每一块太阳能电池板始终工作在最大功率输出点;DC/DC功率优化器监控每块太阳能电池板的电能,如果某一太阳能电池板出现失配问题时,补偿因失配问题而产生的发电量损失;DC/DC功率优化器采集每块太阳能电池板的电能,对该电能进行监控并优化,使阵列中任意一块太阳能电池板出现失配问题时,其他太阳能电池板仍然能输出最大功率;集中控制器根据预设的不同充电阶段,以及实时的蓄电池的电压,对DC/DC功率优化器的功率进行调节,实现每个太阳能电池板进行独立MPPT最大功率点跟踪; 步骤3:DC/DC功率优化器将太阳能电池板输出的最大电流电压传送给光伏控制器,光伏控制器对其接收到的最大电流电压进行调节和控制,并对蓄电池进行充电;集中控制器对蓄电池的电压进行实时监测,并根据预设的蓄电池电压阈值向DC/DC功率优化器发送调节功率命令,实现蓄电池充电管理; 步骤4:智能控制系统实时检测充电粧处是否有车辆驶入进行充电,如果有车辆驶入,则暂停向充电粧内的蓄电池充电,控制太阳能组件对该车辆进行充电;如果没有车辆驶入,则继续对充电粧内的蓄电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的高效太阳能混合动力车充电站,其特征在于:该高效太阳能混合动力车充电站还包括检测光照强度的光照传感器,光照传感器设于太阳能电池板支架上,并与太阳能电池板的安装角度一致; 智能控制系统的步骤4还包括如下过程:如果有车辆驶入,智能控制系统通过光照传感器获得的光照强度以及预设的阈值,判断太阳能组件能否工作,如果无法工作,则控制蓄电池直接向驶入的车辆进行充电。
3.根据权利要求1所述的高效太阳能混合动力车充电站,其特征在于:所述步骤3还包括如下过程:集中控制器计算出太阳能组件以及蓄电池的容量,通过负载的需求,确定系统需要的设备数量。
4.根据权利要求1或2或3所述的高效太阳能混合动力车充电站,其特征在于: 所述DC/DC功率优化器还包括无线通信单元,所述无线通信单元与MCU微控制器建立通信连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的高效太阳能混合动力车充电站,其特征在于: 所述能电池板包括依次叠放的表层、电池片和背板,表层由透明TPT实现,背板由双层的透明TPT实现;三层材质通过真空层压机抽真空高温压缩,使EVA胶膜将透明TPT、电池片和背板黏合为一个整体。
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