CN105262197A - 太阳能路灯并网发电控制系统 - Google Patents

太阳能路灯并网发电控制系统 Download PDF

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本发明提出了一种太阳能路灯并网发电控制系统,包括:第一电压采集电路、第二电压采集电路、第一AD转换器、第二AD转换器、单片机、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第一开关管、第二开关管、第三开关管和汇流箱。本发明的太阳能路灯并网发电控制系统通过实时监控太阳能电池和蓄电池的电压,根据蓄电池的电压状态判断蓄电池充电是否需要充电,这样在蓄电池不需要充电时。太阳能电池的余电可以通过汇流箱输出至电网,避免了多余的电能被浪费。

Description

太阳能路灯并网发电控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力技术领域,特别是指一种太阳能路灯并网发电控制系统。
背景技术
[0002] 面对全球不可再生能源日渐匮乏,太阳能发电作为一种新型可再生能源正被人们大力开发。而太阳能路灯则是其中技术较为成熟,应用较为广泛的一项。中国西北部和我省大力发展太阳能路灯照明,现已有数目不少的太阳能路灯在运行,还有更多在建造安装中。根据太阳能路灯设计要求,以及各地的实际情况,有时连续十几天甚至几十天不会出现阴雨天气,而太阳能路灯每天发出的电能是大于每天照明所需的。由于现有太阳能路灯控制器只控制对蓄电池的充放电,环境明暗检测和根据电池容量调整负载输出,因此在出现阴雨天气的时候多余的电能用于补充蓄电池,但是如果长时间没有出现阴雨天气,那么每天将有大部分电能被浪费。
发明内容
[0003] 本发明提出一种太阳能路灯并网发电控制系统,解决了现有技术中大部分电能被浪费的问题。
[0004] 本发明的一种太阳能路灯并网发电控制系统,包括:第一电压采集电路、第二电压米集电路、第一 AD转换器、第二 AD转换器、单片机、第一光親合器、第二光親合器、第三光親合器、第一开关管、第二开关管、第三开关管和汇流箱;
[0005] 所述第一电压采集电路和第二电压采集电路分别连接所述第一 AD转换器和第二AD转换器,用于分别采集太阳能路灯中的太阳能电池的第一电压和蓄电池的第二电压,并将第一电压和第二电压分别传输至所述第一 AD转换器和第二 AD转换器;
[0006] 所述第一 AD转换器和第二 AD转换器均连接所述单片机,用于分别将第一电压和第二电压转换成数字信号并发送至所述单片机;
[0007] 所述单片机连接所述第一光親合器、第二光親合器和第三光親合器;所述第一光耦合器、第二光耦合器和第三光耦合器分别连接所述第一开关管、第二开关管和第三开关管,所述第一开关管用于连接所述太阳能电池和蓄电池,所述第二开关管用于连接所述蓄电池和太阳能路灯中的灯具,所述第三开关管用于连接所述太阳能电池和所述汇流箱;
[0008] 所述单片机用于在所述第二电压大于等于第一阈值时,通过所述第一光耦合器控制所述第一开关管关闭,并通过所述第三光耦合器控制所述第三开关管打开,以将太阳能电池的电能输出至汇流箱;
[0009] 所述单片机用于在所述第二电压小于第二阈值,且第一电压大于第二电压时,通过所述第三光耦合器控制所述第三开关管关闭,通过所述第一光耦合器控制第一开关管打开和/或通过所述第二光耦合器控制第二开关管打开,所述第二阈值小于所述第一阈值。
[0010] 其中,第一电压采集电路包括串联的第一电阻和第二电阻,第一电阻和第二电阻串联后与所述太阳能电池并联,且所述第一电阻和第二电阻之间的连接点连接所述第一 AD转换器;第二电压采集电路包括串联的第三电阻和第四电阻,第三电阻和第四电阻串联后与所述蓄电池并联,且所述第三电阻和第四电阻之间的连接点连接所述第二 AD转换器。
[0011] 其中,所述第一开关管的源极连接所述太阳能电池的正极,漏极连接所述蓄电池的正极,栅极连接所述第一光耦合器;所述第二开关管与灯具串联后的连接所述蓄电池的两端,第二开关管的栅极连接所述第二光耦合器;所述第三开关管与所述汇流箱串联后与所述太阳能电池并联,第三开关管的源极连接所述第一开关管的源极,漏极连接所述汇流箱,栅极连接所述第三光耦合器。
[0012] 其中,还包括与第一电阻和第二电阻并联的滤波电容。
[0013] 其中,所述第一开关管的源极和所述太阳能电池的正极之间还连接有第一二极管,所述第一二极管的正极连接所述太阳能电池的正极,负极连接所述第三开关管的源极。
[0014] 其中,还包括与第三电阻和第四电阻并联的第二二极管,所述第二二极管的正极连接所述蓄电池的负极,负极连接所述蓄电池的正极。
[0015] 其中,所述单片机通过将第一脉冲调制信号输入所述第一光耦合器,以使所述第一光耦合器输出第一开关信号至所述第一开关管;所述单片机通过将第二脉冲调制信号输入所述第二光耦合器,以使所述第二光耦合器输出第二开关信号至所述第二开关管;所述单片机通过将第三脉冲调制信号输入所述第三光耦合器,以使所述第三光耦合器输出第三开关信号至所述第三开关管。
[0016] 本发明的太阳能路灯并网发电控制系统通过实时监控太阳能电池和蓄电池的电压,根据蓄电池的电压状态判断蓄电池充电是否需要充电,这样在蓄电池不需要充电时。太阳能电池的余电可以通过汇流箱输出至电网,避免了多余的电能被浪费。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为本发明的一种太阳能路灯并网发电控制系统电路图;
[0019] 图2为图1中单片机及周边电路连接结构示意图;
[0020] 图3为图1中三个光耦合器结构示意图。
具体实施方式
[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0022] 本实施例的太阳能路灯并网发电控制系统如图1所示,包括:第一电压采集电路、第二电压采集电路、第一 AD转换器AD1、第二 AD转换器AD2、单片机S、第一光耦合器01、第二光親合器02、第三光親合器03、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和汇流箱J3o
[0023] 第一电压采集电路和第二电压采集电路分别连接第一 AD转换器AD1和第二 AD转换器AD2,用于分别采集太阳能路灯中的太阳能电池B1的第一电压和蓄电池B2的第二电压,并将第一电压和第二电压分别传输至所述第一 AD转换器AD1和第二 AD转换器AD2。
[0024] 所述第一 AD转换器AD1和第二 AD转换器AD2均连接单片机S,用于分别将第一电压和第二电压转换成数字信号并发送至单片机S。
[0025] 单片机S连接所述第一光親合器01、第二光親合器02和第三光親合器03,第一光親合器01、第二光親合器02和第三光親合器03分别连接第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3。第一开关管Q1用于连接太阳能电池B1和蓄电池B2,第二开关管Q2用于连接蓄电池B2和太阳能路灯中的灯具KL,第三开关管Q3用于连接太阳能电池B1和汇流箱J3o
[0026] 单片机S用于在第二电压大于第一阈值时,通过第一光親合器01控制第一开关管Q1关闭,并通过第三光耦合器03控制第三开关管Q3打开,以将太阳能电池B1的电能输出至汇流箱J3。即当蓄电池B2的电压大于第一阈值时表示蓄电池B2已经达到足够的电量,不再需要太阳能电池B1为其充电,此时单片机S通过第一光耦合器01控制第一开关管Q1关闭,以切断太阳能电池B1和蓄电池B2的充电通路,同时通过第三光耦合器03控制第三开关管Q3打开,连通太阳能电池B1和汇流箱J3的通路,将太阳能电池B1的电能输出至汇流箱J3。电能通过汇流箱J3整理后进行并网,从而避免了太阳能电池B1多余的电能被浪费。
[0027] 单片机S用于在第二电压小于第二阈值,且第一电压大于第二电压时,通过第三光親合器03控制第三开关管Q3关闭,通过第一光親合器01控制第一开关管Q1打开和/或通过第二光耦合器02控制第二开关管Q2打开。即当蓄电池B2的电压小于第二阈值时表示蓄电池B2所剩电量不足需要充电,此时,单片机S通过第三光耦合器03控制第三开关管Q3关闭,停止余电汇集,并通过第一光耦合器01控制第一开关管Q1打开,使太阳能电池B1为蓄电池B2充电,和/或通过第二光耦合器02控制第二开关管Q2打开,蓄电池B2放电,为灯具KL供电。蓄电池B2电压若低于第三阈值(如:22.5V,第三阈值<第二阈值<第一阈值),则单片机s通过第一光親合器01控制第一开关管Q1打开,并通过第二光親合器02和第三光耦合器03分别控制第二开关管Q2和第三开关管Q3关闭,此时,太阳能电池B1只为蓄电池B2充电,蓄电池B2也不放电(即蓄电池B2处于均充状态);当充电(第二电压)大于等于第三阈值且小于第一阈值(如:28V)时,此时Q2也可打开,蓄电池B2同时放电(即蓄电池B2处于浮充状态),当充电(第二电压)大于等于第一阈值时,Q3打开,Q1关闭(Q2可打开),太阳能电池B1多余的电能输出至汇流箱J3。当蓄电池B2的电量从满状态逐渐消耗至第二电压小于第二阈值(如:25.5V)时,Q3关闭,Q1打开(Q2可打开)。第二阈值和第三阈值之间形成一个缓冲区间,不至于使Q1和Q3在短时间内频繁开闭。
[0028] 本实施例单片机可以为ATMEL系列的AT89S51,其周边连接图如图2所示,其中,LM7805为DC-DC转换器,用于为单片机及其外围电路提供低电压。三个开关管可以为P沟道M0SFET管,M0SFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管,所需驱动功率较小。而且M0SFET只有多数载流子参与导电,不存在少数载流子的复合时间,因而开关频率可以很高,非常适合作控制充放电开关。设计中采用IRF9540N P沟道M0SFET管,P沟道M0SFET的导通电压Vth〈0,图1可以实现M0SFET的驱动。当第一光耦合器01导通时,由于Q1的G极电压很小,G极近似接地,Vgs〈0 (Vgs为MOSFET的栅极和源极之间的电压),当S极电压达到一定值时,Q1导通。Q2、Q3的原理类似。三个光耦合器的结构如图3所示。
[0029] 两个电压采集电路以分压方式对太阳能电池B1和蓄电池B2的电压进行采样。具体地,第一电压采集电路包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2,第一电阻R1和第二电阻R2串联后与太阳能电池B1并联,且第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接点连接第一 AD转换器AD1。第二电压采集电路包括串联的第三电阻R3和第四电阻R4,第三电阻R3和第四电阻R4串联后与蓄电池B2并联,且第三电阻R3和第四电阻R4之间的连接点连接第二AD转换器AD2。两个AD转换器均为TLC549,第一 AD转换器AD1的adl端连接在R1和R2之间,第二 AD转换器AD2的ad2端连接在R3和R4之间。
[0030] 第一开关管Q1的源极连接太阳能电池B1的正极,漏极连接蓄电池B2的正极,栅极K1连接第一光耦合器01。第二开关管Q2与灯具串联后的连接蓄电池B2的两端,第二开关管的栅极K2连接第二光耦合器02 ;第三开关管Q3与汇流箱J3串联后与太阳能电池B1并联,第三开关管Q3的源极连接第一开关管Q1的源极,漏极连接汇流箱J3,栅极K3连接第三光親合器02。具体地,第一光親合器01的K端连接第一开关管Q1的栅极Kl,K,端连接图1中的K4点,P端连接单片机S的P1端;第二光耦合器02的K端连接第二开关管Q2的栅极K2,K丨端连接图1中的Vin点,P端连接单片机S的P2端;第三光耦合器03的K端连接第三开关管Q3的栅极K3,1C端连接图1中的K4点,P端连接单片机S的P3端。
[0031] 本实施例中,还包括与第一电阻R1和第二电阻R2并联的滤波电容C1。引入滤波电容的原因是要获得平滑稳定的电压,因为电容两端的电压不能突变,所以它能抑制电压的波动,使电压变得平稳光滑。去除器件之间的交流射频耦合,它能将器件的电源端上瞬间的尖峰、毛刺对地短路掉。
[0032] 本实施例中,所述第一开关管Q1的源极和太阳能电池B1的正极之间还连接有第一二极管D1,第一二极管D1的正极连接太阳能电池B1的正极,负极连接第三开关管Q3的源极。第一二极管D1为防反充二极管,当阴天或晚上蓄电池B2的电压高于太阳能电池B1的电压时,D1就自动生效。
[0033] 本实施例中,还包括与第三电阻R3和第四电阻R4并联的第二二极管D2,第二二极管D2的正极连接蓄电池B2的负极,负极连接蓄电池B2的正极。第二二极管D2为续流二极管。续流二极管通常和储能元件(即蓄电池B2) —起使用,其作用是防止电路中电压电流的突变,为反向电动势提供耗电通路,以免负载电流突变,起到平滑电流的作用。
[0034] 本实施例中,单片机S通过将第一脉冲调制信号输入所述第一光耦合器01,以使所述第一光耦合器01输出第一开关信号至所述第一开关管Q1 ;单片机S通过将第二脉冲调制信号输入第二光親合器02,以使第二光親合器02输出第二开关信号至第二开关管Q2 ;单片机S通过将第三脉冲调制信号输入第三光耦合器03,以使第三光耦合器03输出第三开关信号至第三开关管Q3。其中,单片机S输出的脉冲调制信号(第一脉冲调制信号、第二脉冲调制信号或第三脉冲调制信号)的占空比会随着第二电压变化而变化,例如:蓄电池B2的第二电压低于22.5V,充电模式为均充,Q1为完全导通状态,也就是导通的脉冲信号占空比最大;当检测到蓄电池的电压在22.5V〜25.5V,充电模式为浮充,Q1导通与不导通的占空比例变小;当检测到蓄电池的电压等于28V,Q1截止充电停止。
[0035] 本发明的太阳能路灯并网发电控制系统通过实时监控太阳能电池和蓄电池的电压,根据蓄电池的电压状态判断蓄电池充电是否需要充电,这样在蓄电池不需要充电时。太阳能电池的余电可以通过汇流箱输出至电网,避免了多余的电能被浪费。
[0036] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种太阳能路灯并网发电控制系统,其特征在于,包括:第一电压采集电路、第二电压米集电路、第一 AD转换器、第二 AD转换器、单片机、第一光親合器、第二光親合器、第三光耦合器、第一开关管、第二开关管、第三开关管和汇流箱; 所述第一电压采集电路和第二电压采集电路分别连接所述第一 AD转换器和第二 AD转换器,用于分别采集太阳能路灯中的太阳能电池的第一电压和蓄电池的第二电压,并将第一电压和第二电压分别传输至所述第一 AD转换器和第二 AD转换器; 所述第一 AD转换器和第二 AD转换器均连接所述单片机,用于分别将第一电压和第二电压转换成数字信号并发送至所述单片机; 所述单片机连接所述第一光親合器、第二光親合器和第三光親合器;所述第一光親合器、第二光耦合器和第三光耦合器分别连接所述第一开关管、第二开关管和第三开关管,所述第一开关管用于连接所述太阳能电池和蓄电池,所述第二开关管用于连接所述蓄电池和太阳能路灯中的灯具,所述第三开关管用于连接所述太阳能电池和所述汇流箱; 所述单片机用于在所述第二电压大于等于第一阈值时,通过所述第一光耦合器控制所述第一开关管关闭,并通过所述第三光耦合器控制所述第三开关管打开,以将太阳能电池的电能输出至汇流箱; 所述单片机用于在所述第二电压小于第二阈值,且第一电压大于第二电压时,通过所述第三光耦合器控制所述第三开关管关闭,通过所述第一光耦合器控制第一开关管打开和/或通过所述第二光耦合器控制第二开关管打开,所述第二阈值小于所述第一阈值。
2.如权利要求1所述的太阳能路灯并网发电控制系统,其特征在于,第一电压采集电路包括串联的第一电阻和第二电阻,第一电阻和第二电阻串联后与所述太阳能电池并联,且所述第一电阻和第二电阻之间的连接点连接所述第一 AD转换器;第二电压采集电路包括串联的第三电阻和第四电阻,第三电阻和第四电阻串联后与所述蓄电池并联,且所述第三电阻和第四电阻之间的连接点连接所述第二 AD转换器。
3.如权利要求2所述的太阳能路灯并网发电控制系统,其特征在于,所述第一开关管的源极连接所述太阳能电池的正极,漏极连接所述蓄电池的正极,栅极连接所述第一光耦合器;所述第二开关管与灯具串联后的连接所述蓄电池的两端,第二开关管的栅极连接所述第二光耦合器;所述第三开关管与所述汇流箱串联后与所述太阳能电池并联,第三开关管的源极连接所述第一开关管的源极,漏极连接所述汇流箱J3,栅极连接所述第三光耦合器。
4.如权利要求3所述的太阳能路灯并网发电控制系统,其特征在于,还包括与第一电阻和第二电阻并联的滤波电容。
5.如权利要求3所述的太阳能路灯并网发电控制系统,其特征在于,所述第一开关管的源极和所述太阳能电池的正极之间还连接有第一二极管,所述第一二极管的正极连接所述太阳能电池的正极,负极连接所述第三开关管的源极。
6.如权利要求3所述的太阳能路灯并网发电控制系统,其特征在于,还包括与第三电阻和第四电阻并联的第二二极管,所述第二二极管的正极连接所述蓄电池的负极,负极连接所述蓄电池的正极。
7.如权利要求1〜6中任一项所述的太阳能路灯并网发电控制系统,其特征在于,所述单片机通过将第一脉冲调制信号输入所述第一光親合器,以使所述第一光親合器输出第一开关信号至所述第一开关管;所述单片机通过将第二脉冲调制信号输入所述第二光耦合器,以使所述第二光耦合器输出第二开关信号至所述第二开关管;所述单片机通过将第三脉冲调制信号输入所述第三光耦合器,以使所述第三光耦合器输出第三开关信号至所述第三开关管。
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