CN104810898B - 一种家用太阳能供电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家用太阳能供电系统及其控制方法，其系统包括光伏电池组件，与光伏电池组件通过一正偏二极管、继电器电连接的蓄电池，与DC/DC转换器电连接的逆变电路，与蓄电池、继电器、DC/DC转换器和逆变电路电连接的控制器。采用本发明通过控制器对蓄电池和逆变电路的逆变器端电压进行检测，根据检测结果控制电路的通断、变换逆变器的工作模式，实现对蓄电池与电路进行保护功能，同时对数据处理时中断服务模块采用交叉处理方法节约了控制器CPU资源，并结合声光报警功能为用户使用带来了方便。

Description

一种家用太阳能供电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及的是一种家用太阳能供电系统及其控制方法。

背景技术

随着人类生活水平的不断提高，对能源的需求大幅度增加。石化能源作为不可再生能源正日益枯竭，而且它所造成的环境污染日益严重。太阳能光伏供电作为绿色新能源供电方式，其得到了越来越多的应用，具有可持久利用，对环境没有污染的优点。

目前提出的太阳能供电系统无法保证负载的持续稳定的工作，尤其是在连续的阴雨天气下无法正常工作。另外在太阳能供电时不能够得到很好的控制，蓄电池会出现过充电或过放电的现象，或在直流电和交流电逆变过程中不能得到相应的控制从而影响用户的使用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种家用太阳能供电系统及其控制方法,提供了一种能保证负载持续稳定工作的家用太阳能供电系统及其控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种家用太阳能供电系统，其特征在于，包括光伏电池组件，与所述光伏电池组件通过一正偏二极管、继电器电连接的蓄电池；

与所述蓄电池电连接的DC/DC转换器，用于采用BUCK电路稳定所述蓄电池输出电压，使所述蓄电池输出电压得到稳定直流输出；

与所述DC/DC转换器电连接的逆变电路，用于实现将DC/DC转换器稳定后的直流电转换为交流电并输出至与市电连接的家用负载；

分别与所述蓄电池、继电器、DC/DC转换器和逆变电路电连接的控制器，用于当检测逆变电路的反馈电压有偏差时控制DC/DC转换器输出脉宽进行调整；及当检测所述蓄电池电压低于或高于预设临界值时，通过控制所述继电器通断开关对所述蓄电池进行过充电和过放电保护；

所述控制器还包括A/D采样模块，所述A/D采样模块与数据处理模块、异常情况处理模块连接，所述A/D采样模块采集数据经过数据处理模块分析处理若判断为异常情况，则异常处理模块控制声光报警模块启动进行报警；

所述逆变电路包括一与所述控制器连接的I/O切换模块，所述I/O切换模块用于切换所述逆变电路的工作模式；

所述逆变电路工作模式包括准双向口模式、推挽输出模式、开漏输出模式和高阻模式；

所述逆变电路设还置有一逆变器，所述逆变器与所述控制器信号电连接，所述逆变器带有最大功率点跟踪MPPT模块；

所述光伏电池组件通过正偏二极管、继电器与所述蓄电池连接；

所述控制器用于控制所述光伏电池组件向蓄电池充电，晚上所述蓄电池提供电力给家用交流负载；

所述控制器用于确保所述蓄电池不因过充电或过放电而被损坏；

所述DC/DC转换器的Buck电路用于实现DC/DC变换，得到稳定直流输出，再通过逆变电路实现直流电变交流电的转换，得到所需的交流电，在逆变器输出电压通过变压、整流、滤波后将反馈电压送至AD采样模块；

所述控制器用于根据采集的数据值控制DC/DC转换器的Buck电路，在电压脉宽输出无偏差时，按照原来固定脉宽输出，在电压脉宽输出有偏差时，所述控制器通过控制PWM信号模块对输出脉宽进行调整。

所述的家用太阳能供电系统，其中，所述数据处理模块还包括中断服务模块，所述中断服务模块用于在不同时间段交叉处理不同事件，直至交叉处理全部事件一次。

所述的家用太阳能供电系统，其中，所述AD采样模块通过电阻分压对所述蓄电池的端电压进行数据采样。

所述的家用太阳能供电系统，其中，所述预设临界值具体包括欠压临界点为42V，正常工作基准为42-55V，过压临界点为55V。

本发明还提供了一种家用太阳能供电系统的控制方法，包括步骤：

将光伏电池组件通过一正偏二极管和继电器与所述DC/DC转换器连接，将DC/DC转换器接入逆变电路并与家用负载电路接通，并将家用负载通过接入市电；

控制器通过AD采样模块的电阻分压对蓄电池的端电压进行数据采样，所采集到的数据经处理器模块分析处理，判断蓄电池是否超过预设临界值，并判定蓄电池处于过充电或过放电状态；

当蓄电池处于过充电状态，控制器断开继电器充电开关停止蓄电池充电，当蓄电池处于过放电状态，控制器开启市电开关，并切换蓄电池开关在市电状态下工作；

当蓄电池工作正常，则所述AD采样模块继续进行数据采集。

所述的家用太阳能供电系统的控制方法，其步骤还包括：

当所述蓄电池处于过充电状态或过放电状态时，所述控制器的异常处理模块启动声光报警模块，声光报警模块通过报警声音和警示灯进行报警提示。

所述的家用太阳能供电系统的控制方法，其中，所述预设临界值具体包括欠压临界点为42V，正常工作基准为42-55V，过压临界点为55V。

本发明所提供的一种家用太阳能供电系统及其控制方法，其通过控制器对蓄电池和逆变电路的逆变器端电压进行检测，根据检测结果控制电路的通断、变换逆变器的工作模式，实现对蓄电池与电路进行保护功能；同时对数据处理时中断服务模块采用交叉处理方法节约了控制器CPU资源；并结合声光报警功能为用户使用带来了方便。

本发明提出的太阳能供电系统能保证负载持续稳定的工作，尤其是在连续的阴雨天气下也能正常工作。另外在太阳能供电时也能够得到很好的控制，保护蓄电池不会出现过充电或过放电的现象，并可以在直流电和交流电逆变过程中得到相应的控制，从而用户使用带来了方便。

附图说明

图1是本发明中家用太阳能供电系统较佳实施例的模块图。

图2是本发明中家用太阳能供电系统较佳实施例的控制器组成模块图。

图3是本发明中家用太阳能供电系统较佳实施例的电路系统框图。

图4是本发明中家用太阳能供电系统控制方法较佳实施例的流程图。

图5是本发明中家用太阳能供电系统控制方法较佳实施例的工作流程图。

图6是本发明中家用太阳能供电系统控制方法较佳实施例的中断模块工作流程图。

具体实施方式

本发明提供一种家用太阳能供电系统及其控制阀昂发，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种家用太阳能供电系统，包括光伏电池组件110，与光伏电池组件通过一正偏二极管101(如图2所示)、继电器103电连接的蓄电池120。

与蓄电池电连接的DC/DC转换器130，用于采用BUCK电路稳定蓄电池120输出电压，使蓄电池120输出电压得到稳定直流输出。其中，BUCK电路降压式变换电路,DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。

与DC/DC转换器130电连接的逆变电路140，用于实现将DC/DC转换器130稳定后的直流电转换为交流电并输出至与市电连接的家用负载。

与蓄电池120、继电器、DC/DC转换器130和逆变电路140电连接的控制器150，用于当检测逆变电路140的反馈电压有偏差时控制DC/DC转换器130输出脉宽进行调整；及当检测蓄电池120电压低于或高于预设临界值时，通过控制继电器通断开关对蓄电池120进行过充电和过放电保护。

如图2所示，控制器还包括A/D采样模块151，A/D(模拟/数字)采样模块151与数据处理模块152、异常情况处理模块153连接，A/D采样模块151采集数据经过数据处理模块152分析处理若判断为异常情况，则异常处理模块153控制声光报警模块启动进行报警。

进一步的，上述家用太阳能供电系统，数据处理模块152还包括中断服务模块，中断服务模块用于在不同时间段交叉处理不同事件，直至交叉处理全部事件一次。

上述的家用太阳能供电系统，其中AD采样模块151通过电阻分压对蓄电池120的端电压进行数据采样。

上述的家用太阳能供电系统，其中逆变电路包括一与控制器150连接的I/O切换模块，I/O切换模块用于切换逆变电路的工作模式。

上述的家用太阳能供电系统，其中逆变电路工作模式包括准双向口模式、推挽输出模式、开漏输出模式和高阻模式，控制器150可控制I/O切换模块使工作模式变换实现电流的直流与交流的变换。

上述的家用太阳能供电系统，其中逆变电路设还置有一逆变器(DC/AC)，逆变器与控制器信号电连接，控制器通过PWM信号模块控制逆变器，逆变器带有最大功率点跟踪MPPT模块。

上述的家用太阳能供电系统，预设临界值具体包括欠压临界点为42V，正常工作基准为42-55V，过压临界点为55V。

如图3所示，为本发明具体实施例的电路系统框图，将光伏电池组件110通过一正偏二极管101、继电器103与蓄电池120连接起来。在控制器150的作用下，光伏电池组件向蓄电池120充电，晚上蓄电池120提供电力给家用交流负载。控制器150能够在任何条件下(阳光充足或长期阴雨天)确保蓄电池120不因过充电或过放电而被损坏，最大程度的利用太阳能。由于光伏电池组件110输出电压不稳定，这样会对后端电路产生影响，所以采用DC/DC转换器130的Buck电路实现DC/DC变换，得到稳定直流输出，再通过逆变电路140实现直流电变交流电的转换，得到所需的交流电。在逆变器输出电压通过变压、整流、滤波后将反馈电压送至AD采样模块。控制器150根据采集的数据值控制DC/DC转换器130的Buck电路，如果电压脉宽输出无偏差时，按照原来固定脉宽输出，如有偏差时，控制器150通过控制PWM信号模块对输出脉宽进行调整。

控制器150根据预先设定的临界值对继电器(如图3所示的103和104，包括开关KA、KB、KC)进行控制，正常工作时，充电开关KA开启，切换开关KB工作在逆变状态，市电备用开关KC关闭。AD采样模块通过电阻分压对蓄电池120的端电压进行采样检测，当白天光照强烈导致电池板输出电压过高到蓄电池充电过压时，控制器150断开太阳能板的充电开关KA(如图3所示的继电器103)，停止对蓄电池充电，以实现过压保护功能；如果在夜间出现蓄电池所储存的电量不足或者遇到连续阴雨天时，检测到蓄电池处于欠压状态，开启市电备用开关KC(如图3所示的继电器104)，切换开关KB(KB为工作常态，图中未示出)工作在市电备用状态。同时当检测到蓄电池过电压或者欠电压时，发出声光警报，绿灯亮表示正常工作，红灯亮表示欠压、黄灯亮表示过压。如表1所示，为继电器工作组合表：

表1：继电器工作组合表

上述实施例提供了一种家用供电系统，其通过控制器对蓄电池和逆变电路的逆变器端电压进行检测，根据检测结果控制电路的通断、变换逆变器的工作模式，实现对蓄电池与电路进行保护功能；同时对数据处理时中断服务模块采用交叉处理方法节约了控制器CPU资源；并结合声光报警功能为用户使用带来了方便。

结合上述实施例，本发明还提供一种太阳能供电系统的控制方法，具体如图4所示，图4为家用天阳能供电系统控制方法较佳实施例的流程图，其步骤具体包括：

S100、将光伏电池组件通过一正偏二极管和继电器与所述DC/DC转换器连接，将DC/DC转换器接入逆变电路并与家用负载电路接通，并将家用负载通过接入市电。

S200、控制器通过AD采样模块的电阻分压对蓄电池的端电压进行数据采样，所采集到的数据经处理器模块分析处理，判断蓄电池是否超过预设临界值，并判定蓄电池处于过充电或过放电状态。

S300、当蓄电池处于过充电状态，控制器断开继电器充电开关停止蓄电池充电，当蓄电池处于过放电状态，控制器开启市电开关，并切换蓄电池开关在市电状态下工作；

当蓄电池工作正常，则AD采样模块继续进行数据采集，循环执行上述步骤S200和步骤S300。

为使上述家用天阳能供电系统控制方法得到更具体的说明，请参照具体工作流程图作进一步说明，如图5所示：

S401、开机；

S402、系统初始化；

S403、开启中断服务模块；

即系统初始化完成后控制器的数据处理模块将会启动，同时数据处理模块中的中断服务模块也跟随启动，将处理事件的时间分割成片段，时间段的长度可以根据实际情况来定，例如10ms；在有系统事件处理时，同样将系统时间分割成片段；中断服务模块将在不同时间片段处理不同事件片段，每个事件交叉处理，直至全部时间轮换处理一次，充分利用了控制器CPU资源。

以三个事件处理为例，如下图6所示：时间段1处理事件1片段，然后时间段2处理事件2片段，接着时间段3处理事件3片段，之后在时间段4继续处理事件1片段，时间段5处理事件2片段，依次循环处理，直至处理完成。

S404、开启DC/AC转换；

即光伏电池组件将太阳能转换为直流电(AD)，直流电进入逆变电路经过逆变器转换成为交流电AC。

S405、判断是否充电，若是则执行步骤S406，若否则执行步骤S413；

即AD采样模块通过电阻分压对蓄电池的端电压进行数据采样，处理器模块将对所采集的数据进行分析判断，对比判断蓄电池端电压和预设临界值，若蓄电池处于过放电(欠压)状态即电压低于42V则执行步骤S406，若蓄电池处于过充电(过压)状态即电压高于55V则执行步骤S413。

S406、蓄电池运行充电；

S407、蓄电池电压采样；

即AD采样模块继续采集蓄电池端电压，配合处理器模块与中断服务模块处理。

S408、数据处理；

对AD采集模块所采集的蓄电池端电压进行分析处理。

S409、判断是否正常，判断为否则执行步骤S410，判断为是则执行步骤S405；

S410、声光报警；

即通过报警声音和报警提示灯进行报警提示。

S411、白天异常情况处理；

白天光照相对比较强烈，导致光伏电池组件输出电压过高，超出蓄电池承受电压，返回步骤S405判断是否继续为蓄电池充电，若蓄电池以充满则执行步骤S413禁止蓄电池充电。

S412、判断是否放电，判断结果为是则执行步骤S413，判断结果为否则返回步骤S406。

S413、蓄电池禁止充电；

S414、蓄电池电压采样；

S415、数据处理；

S416、判断是否正常，判断为是则执行步骤S412，判断为否则执行步骤S417；

S417、声光报警；

S418、夜晚异常情况处理；

S419、判断电量是否不足，若是则执行步骤S420，若否则执行步骤S421；

S420、市电备用；

即当蓄电池不足以为家用负载供电时，启用市电为家用负载供电，采用太阳能蓄电池与市电共同为家用负责供电，节约能源。

S421、关闭备用市电；

即蓄电池电量足够家用负载使用，则关闭市电，执行步骤S414，继续坚持蓄电池电量。

所要说明的是上述实施例针对了本发明在家用负载白天用电及夜晚用电工作流程进行了详细说明，其中夜晚用电流程也适用于阴雨天气下没有阳光时的工作流程。步骤S405至步骤S411为本发明白天工作流程，步骤S412至步骤S420为本发明夜晚工作流程。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种家用太阳能供电系统，其特征在于，包括光伏电池组件，与所述光伏电池组件通过一正偏二极管、继电器电连接的蓄电池；

与所述蓄电池电连接的DC/DC转换器，用于采用BUCK电路稳定所述蓄电池输出电压，使所述蓄电池输出电压得到稳定直流输出；

与所述DC/DC转换器电连接的逆变电路，用于实现将DC/DC转换器稳定后的直流电转换为交流电并输出至与市电连接的家用负载；

分别与所述蓄电池、继电器、DC/DC转换器和逆变电路电连接的控制器，用于当检测逆变电路的反馈电压有偏差时控制DC/DC转换器输出脉宽进行调整；及当检测所述蓄电池电压低于或高于预设临界值时，通过控制所述继电器通断开关对所述蓄电池进行过充电和过放电保护；

所述控制器还包括A/D采样模块，所述A/D采样模块与数据处理模块、异常情况处理模块连接，所述A/D采样模块采集数据经过数据处理模块分析处理若判断为异常情况，则异常处理模块控制声光报警模块启动进行报警；

所述逆变电路包括一与所述控制器连接的I/O切换模块，所述I/O切换模块用于切换所述逆变电路的工作模式；

所述逆变电路工作模式包括准双向口模式、推挽输出模式、开漏输出模式和高阻模式；

所述逆变电路设还置有一逆变器，所述逆变器与所述控制器信号电连接，所述逆变器带有最大功率点跟踪MPPT模块；

所述控制器用于控制所述光伏电池组件向蓄电池充电，晚上所述蓄电池提供电力给家用交流负载；

所述控制器用于确保所述蓄电池不因过充电或过放电而被损坏；

所述DC/DC转换器的Buck电路用于实现DC/DC变换，得到稳定直流输出，再通过逆变电路实现直流电变交流电的转换，得到所需的交流电，在逆变器输出电压通过变压、整流、滤波后将反馈电压送至AD采样模块；

所述控制器用于根据采集的数据值控制DC/DC转换器的Buck电路，在电压脉宽输出无偏差时，按照原来固定脉宽输出，在电压脉宽输出有偏差时，所述控制器通过控制PWM信号模块对输出脉宽进行调整。

2.根据权利要求1所述的家用太阳能供电系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括中断服务模块，所述中断服务模块用于在不同时间段交叉处理不同事件，直至交叉处理全部事件一次。

3.根据权利要求1所述的家用太阳能供电系统，其特征在于，所述AD采样模块通过电阻分压对所述蓄电池的端电压进行数据采样。

4.根据权利要求1所述的家用太阳能供电系统，其特征在于，所述预设临界值具体包括欠压临界点为42V，正常工作基准为42-55V，过压临界点为55V。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述的家用太阳能供电系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：

将光伏电池组件通过一正偏二极管和继电器与所述DC/DC转换器连接，将DC/DC转换器接入逆变电路并与家用负载电路接通，并将家用负载通过接入市电；

控制器通过AD采样模块的电阻分压对蓄电池的端电压进行数据采样，所采集到的数据经处理器模块分析处理，判断蓄电池是否超过预设临界值，并判定蓄电池处于过充电或过放电状态；

当蓄电池处于过充电状态，控制器断开继电器充电开关停止蓄电池充电，当蓄电池处于过放电状态，控制器开启市电开关，并切换蓄电池开关在市电状态下工作；

当蓄电池工作正常，则所述AD采样模块继续进行数据采集。

6.根据权利要求5所述的家用太阳能供电系统的控制方法，其特征在于，其步骤还包括：

当所述蓄电池处于过充电状态或过放电状态时，所述控制器的异常处理模块启动声光报警模块，声光报警模块通过报警声音和警示灯进行报警提示。