CN110173647A - 基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,包括太阳能面板、电压采集单元、第一开关单元、第二开关单元、并网逆变器、双向电表、路灯、单片机、GPS单元以及通信单元;所述电压采集单元与所述单片机电连接,并用于采集所述太阳能面板的电压;所述第一开关单元与所述单片机电连接,并串联于所述太阳能面板以及所述并网逆变器之间;所述第二开关单元与所述单片机电连接,并串联于所述路灯以及所述并网逆变器之间;所述双向电表串联于所述并网逆变器以及国网标准线路之间;所述GPS单元与所述单片机电连接用于获取所述太阳能路灯的GPS信号。本发明还提供一种所述太阳能路灯的控制方法。

Description

基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯及其控制方法。
背景技术
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。现有太阳能路灯一般都包括蓄电池,该蓄电池用于在白天存储多余的电量。但是,目前由于蓄电池的寿命有限(2~3年),其作为太阳能路灯最容易损坏且成本最高的部件,需要进行频繁的更换,从而进一步限制太阳能路灯的进一步应用。
发明内容
本发明提供了一种基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯及其控制方法,可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的:
本发明提供一种基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,包括太阳能面板、电压采集单元、第一开关单元、第二开关单元、并网逆变器、双向电表、路灯、单片机、GPS单元以及通信单元;所述电压采集单元与所述单片机电连接,并用于采集所述太阳能面板的电压;所述第一开关单元与所述单片机电连接,并串联于所述太阳能面板以及所述并网逆变器之间;所述第二开关单元与所述单片机电连接,并串联于所述路灯以及所述并网逆变器之间;所述双向电表串联于所述并网逆变器以及国网标准线路之间;所述GPS单元与所述单片机电连接用于获取所述太阳能路灯的GPS信号;所述通信单元与所述单片机电连接,用于将所述GPS信号及所述电压采集单元的电压发送给云端处理器,所述云端处理器根据所述电压及所述GPS信号判断该对应的太阳能路灯是否发生故障。
本发明还提供一种基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯的控制方法,包括以下步骤:
S1,通过所述电压采集单元获取所述太阳能面板SC的电压;
S2,通过所述单片机S判断所述电压是否低于阈值电压v,是进入步骤S3,否进入步骤S4;
S3,控制第一开关单元打开、第二开关单元闭合,并通过所述国网标准线路、所述并网逆变器GTI对所述路灯RL进行供电;以及
S4,控制第一开关单元闭合、第二开关单元打开,所述太阳能面板SC的电能通过所述并网逆变器GTI以及所述国网标准线路进行并网输出。
本发明的有益效果是:本发明提供的基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯及其控制方法,通过取消所述蓄电池的使用,直接将太阳能面板的输出电能并入国网标准线路中,从而可以显著降低太阳能路灯的成本,且无需频繁的进行蓄电池的更换,进一步降低维保成本;从而扩展了太阳能电池的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯的电路连接示意图。
图2是本发明实施例提供的基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯的控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,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方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,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方式,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
参照图1所示,本发明实施例提供一种基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,包括太阳能面板SC、电压采集单元(图中未标号)、第一开关单元(图中未标号)、第二开关单元(图中未标号)、并网逆变器GTI、双向电表Kwh、路灯RL、单片机S、GPS单元以及通信单元WL。所述电压采集单元与所述单片机S电连接,并用于采集所述太阳能面板SC的电压;所述第一开关单元与所述单片机S电连接,并串联于所述太阳能面板SC以及所述并网逆变器GTI之间;所述第二开关单元与所述单片机S电连接,并串联于所述路灯RL以及所述并网逆变器GTI之间;所述双向电表Kwh串联于所述并网逆变器GTI以及国网标准线路之间。所述GPS单元与所述单片机S电连接用于获取所述太阳能路灯的GPS信号;所述通信单元WL与所述单片机S电连接,用于将所述GPS信号及所述电压采集单元的电压发送给云端处理器YD,所述云端处理器YD根据所述电压及所述GPS信号判断该对应的太阳能路灯是否发生故障。
具体的,所述电压采集单元可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一AD转换器AD、电容C以及二极管D1;所述第一电阻R1以及所述第二电阻R2相串联,且所述第一电阻R1以及所述第二电阻R2整体与所述太阳能面板SC相并联;所述第一AD转换器AD的一端连接于所述第一电阻R1以及所述第二电阻R2之间,另一端与所述单片机S电连接;所述电容C与所述太阳能面板SC相并联;所述二极管D1串联于所述太阳能面板SC以及所述并网逆变器GTI之间。可以理解,所述第一电阻R1和所述第二电阻R2并联的所述电容C。所述第一AD转换器AD用于将太阳能面板SC的电压转换成数字信号并发送至单片机S。引入电容C的原因是要通过滤波获得平滑稳定的电压,因为电容两端的电压不会产生突变,所以它能抑制电压的波动,使电压变得平稳光滑,从而去除器件之间的交流射频耦合。作为进一步改进的,所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值相等,且所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值范围为1千欧~2千欧之间。
所述第一开关单元包括第一光耦合器O1以及第一P沟道MOSFET管K1;所述第一P沟道MOSFET管K1的源极连接所述太阳能面板SC;所述第一P沟道MOSFET管K1的漏极连接并网逆变器GTI,所述第一光耦合器O1串联于所述第一P沟道MOSFET管的漏极的栅极以及所述单片机S之间。所述第一光耦合器O1用于输出第一开关信号至所述第一P沟道MOSFET管K1。
作为进一步改进的,所述第二开关单元包括第二光耦合器O2以及第二P沟道MOSFET管K2;所述第二P沟道MOSFET管K2的源极连接所述路灯RL;所述第二P沟道MOSFET管K2的漏极连接并网逆变器GTI,所述第二光耦合器O2串联于所述第二P沟道MOSFET管K2的漏极的栅极以及所述单片机S之间。所述第二光耦合器O2用于输出第二开关信号至所述第二P沟道MOSFET管K2。
作为进一步改进的,所述单片机S为AT89c51。作为进一步改进的,所述太阳能路灯进一步包括第二二极管D2串联于所述并网逆变器GTI以及所述路灯RL之间。
本发明实施例提供的太阳能路灯在使用时,可以通过所述电压采集单元采集所述太阳能面板SC的电压信号,当所述太阳能面板SC的电压信号低于一定阈值电压v或没有电压信号时,可控制第一开关单元打开、第二开关单元闭合,此时,通过所述国网标准线路、所述并网逆变器GTI对所述路灯RL进行供电;当所述太阳能面板SC的电压信号高于所述阈值电压v或有电压信号时,可控制第一开关单元闭合、第二开关单元打开,此时,所述太阳能面板SC的电能通过所述并网逆变器GTI以及所述国网标准线路进行并网输出。
由于太阳能面板SC在阴天的输出功率一般是晴天的输出功率的20%左右。当太阳能面板SC的输出功率是晴天的输出功率的5%~10%左右时,就可以认定天已经黑到一定程度,需要开启国网标准线路对所述路灯RL进行供电。故,可以通过设定所述阈值电压v,来设定何时开启和闭合所述第一开关单元及所述第二开关单元。所述阈值电压v优选为其中Vmax为所述太阳能面板SC的最大输出电压,P为所述太阳能面板SC的最大输出功率,R为负载。
请参照图2,本案实施例还提供一种所述太阳能路灯的控制方法,包括以下步骤:
S1,通过所述电压采集单元获取所述太阳能面板SC的电压;
S2,通过所述单片机S判断所述电压是否低于阈值电压v,是进入步骤S3,否进入步骤S4;
S3,控制第一开关单元打开、第二开关单元闭合,并通过所述国网标准线路、所述并网逆变器GTI对所述路灯RL进行供电;以及
S4,控制第一开关单元闭合、第二开关单元打开,所述太阳能面板SC的电能通过所述并网逆变器GTI以及所述国网标准线路进行并网输出。
在步骤S2中,所述阈值电压v优选为其中Vmax为所述太阳能面板SC的最大输出电压,P为所述太阳能面板SC的最大输出功率,R为负载。
所述控制方法进一步包括步骤:
S5,获取GPS信号及其对应的电压并发送给云端处理器YD,其中,所述云端处理器YD用于将电压与所述云端服务器YD所获得的均值电压进行比较,并将低于均值电压预定范围内的电压所对应的太阳能路灯定义为故障太阳能路灯。所述均值电压可以通过预定时间范围内所获得的所有电压进行均值处理获得。所述预定时间范围为10分钟到30分钟。所述单片机S可以定时将GPS信号及其对应的电压并发送给云端处理器YD,如,每间隔10分钟到30分钟将GPS信号及其对应的电压并发送给云端处理器YD。
优选的,将低于的电压所对应的太阳能路灯定义为故障太阳能路灯,并将故障太阳能路灯及其对应的GPS信号反馈给运维单位。更优选的,将低于的电压所对应的太阳能路灯定义为故障太阳能路灯,并将故障太阳能路灯及其对应的GPS信号反馈给运维单位。由于在同一地区的太阳能路灯在正常状态下的输出电压基本相同,故,可以将显著低于均值电压的太阳能路灯定义为故障路灯。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,其特征在于,包括太阳能面板、电压采集单元、第一开关单元、第二开关单元、并网逆变器、双向电表、路灯、单片机、GPS单元以及通信单元;所述电压采集单元与所述单片机电连接,并用于采集所述太阳能面板的电压;所述第一开关单元与所述单片机电连接,并串联于所述太阳能面板以及所述并网逆变器之间;所述第二开关单元与所述单片机电连接,并串联于所述路灯以及所述并网逆变器之间;所述双向电表串联于所述并网逆变器以及国网标准线路之间;所述GPS单元与所述单片机电连接用于获取所述太阳能路灯的GPS信号;所述通信单元与所述单片机电连接,用于将所述GPS信号及所述电压采集单元的电压发送给云端处理器,所述云端处理器根据所述电压及所述GPS信号判断该对应的太阳能路灯是否发生故障。
2.根据权利要求1所述的基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,其特征在于,所述电压采集单元包括第一电阻、第二电阻、第一AD转换器、电容以及二极管;所述第一电阻以及所述第二电阻相串联,且所述第一电阻以及所述第二电阻整体与所述太阳能面板相并联;所述第一AD转换器的一端连接于所述第一电阻以及所述第二电阻之间,另一端与所述单片机电连接;所述电容与所述太阳能面板相并联;所述二极管串联于所述太阳能面板以及所述并网逆变器之间。
3.根据权利要求1所述的基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,其特征在于,所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等。
4.根据权利要求1所述的基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,其特征在于,所述第一开关单元包括第一光耦合器以及第一P沟道MOSFET管;所述第一P沟道MOSFET管的源极连接所述太阳能面板;所述第一P沟道MOSFET管的漏极连接并网逆变器,所述第一光耦合器串联于所述第一P沟道MOSFET管的漏极的栅极以及所述单片机之间。
5.根据权利要求1所述的基于不带蓄电池通过市电并网太阳能路灯,其特征在于,所述第二开关单元包括第二光耦合器以及第二P沟道MOSFET管;所述第二P沟道MOSFET管的源极连接所述路灯;所述第二P沟道MOSFET管的漏极连接并网逆变器,所述第二光耦合器串联于所述第二P沟道MOSFET管的漏极的栅极以及所述单片机之间。
6.一种如权利要求1所述的太阳能路灯的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,通过所述电压采集单元获取所述太阳能面板的电压;
S2,通过所述单片机判断所述电压是否低于阈值电压v,是进入步骤S3,否进入步骤S4;
S3,控制第一开关单元打开、第二开关单元闭合,并通过所述国网标准线路、所述并网逆变器对所述路灯进行供电;以及
S4,控制第一开关单元闭合、第二开关单元打开,所述太阳能面板的电能通过所述并网逆变器以及所述国网标准线路进行并网输出。
7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,所述阈值电压v为0.22Vmax~0.3Vmax,其中Vmax为所述太阳能面板的最大输出电压。
8.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,进一步包括步骤:
S5,获取GPS信号及其对应的电压并发送给云端处理器,其中,所述云端处理器用于将电压与所述云端服务器所获得的均值电压进行比较,并将低于均值电压预定范围内的电压所对应的太阳能路灯定义为故障太阳能路灯。
9.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,将低于的电压所对应的太阳能路灯定义为故障太阳能路灯。
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