CN112032643A - 一种太阳能灯mppt系统 - Google Patents

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周承根
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Abstract

一种太阳能灯MPPT系统，包括太阳能板、LED灯以及电池组件，太阳能板和LED灯均与电池组件串联，且太阳能板、LED灯以及电池组件均设置于MPPT电路板上；MPPT电路板包含MPPT充电电路和扩流放电电路，太阳能板在光照下产生电压电流，将其接入到MPPT充电电路的输入端口后；其技术要点为，在本发明中，采用MPPT充电技术，提高输入端口的工作电压，再经过扩流放电电路，提升充电电流，相较于现有的充电电路，可显著提高30％左右的充电量，从而减少内部能耗；将太阳能板与三极管BE结组合使用，可进行超低降压，并实现光控亮灭灯的功能，此亮灭灯电路可以做到傍晚晚开灯，凌晨早熄灯的效果，比较传统单片机采样电路会减少30分钟以上的亮灯时间，从而减少城市用电量。

Description

一种太阳能灯MPPT系统
技术领域
本发明属于太阳能灯领域，具体是一种太阳能灯MPPT系统。
背景技术
太阳能组件在光照下能够产生电压电流，等同于一个具有较大内阻的直流电源，接上不同的负载后，输出电压的变化很明显，但是电流却基本不变，这是太阳能组件的基本特性。目前常见的太阳能灯具配置如下：两串铁锂电池，10V工作电压的光伏组件(该光伏组件包含太阳能板)，以及两串LED灯板；太阳能板经过一只肖特基二极管给电池充电，采用一只电阻镇流放电，原理图如图3所示：
现有原理步骤为：1、在光照下，太阳能输出一定电流值，经过A1检测，如果A1读数为1A，发电4小时，那么太阳能提供的电量是4AH(10.0V)；
2、经过肖特基二极管之后，给锂电池充电，电流没有变化，A2读数为1A；
3、充电4小时，电池接收的电量是4AH(6.4V)；
4、到了夜间，电池放电电流是1A,A3读数是1A，放电4小时，那么电池放出的电量是4AH(6.4V)。
经过1欧电阻后，电流没有变化，A4读数也是1A，那么灯板接收的电量是4AH(5.4V)
从上述参数来看，电量一直没有变化，都是4AH；
变化的是电压，从10V变化到6.4V,最后变化到5.4V；
再看能量的变化过程：
太阳能10V*4A＝40WH；电池6.4V*4A＝26.4WH；灯板5.4V*4A＝21.6WH。
可以看出，太阳能板子发出的电能，到最终亮灯应用，能量利用效率54％；此电路中，额定工作电压的太阳能板给的电池组件充电，在电压不匹配的状态下直接相连，电流得不到相应提高，较多的能量会在太阳能组件中造车内损耗。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种太阳能灯MPPT系统。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种太阳能灯MPPT系统，包括太阳能板、LED灯以及电池组件，所述太阳能板和LED灯均与电池组件串联，且太阳能板、LED灯以及电池组件均设置于MPPT电路板上；
所述MPPT电路板包含MPPT充电电路和扩流放电电路，所述太阳能板在光照下产生电压电流，将其接入到MPPT充电电路的输入端口后，可对充入到电池组件内的电压进行降压处理；
将电池组件的输出端接入到扩流放电电路后，可对为LED灯提供的电流进行电流扩展处理。
优选的，所述MPPT充电电路和扩流放电电路之间设计有防回流电路，该防回流电路采用MOS管组成的理想二极管电路，用于将电压降低至0.1V以下。
优选的，该系统的原理检测步骤为：
步骤一、在所述MPPT充电电路中，太阳能板输出端到电池组件输入端的线路上依次加设电流表A1和电流表A2；在所述扩流放电电路中，电池组件输出端到LED灯输入端的线路上依次加设电流表A3和电流表A4；
步骤二、在光照下，所述太阳能板输出一定电流值，经过A1检测，如果A1读数为1A，发电4小时，那么太阳能提供的电量是4AH(10.0V)；
步骤三、经过所述MPPT充电电路之后，电流扩展，A2读数为1.3A,充电4小时，电池组件接收的电量是5.2AH(6.4V)；
步骤四、到了夜间，电池组件放电1A,A3读数是1A,可以放电5.2小时,电池放出的电量是1A×5.2＝5.2AH(6.4V)；
步骤五、经过所述扩流放电电路之后，电流扩展,A4读数为1.15A,LED灯接收的电量是1.15A×5.2H＝5.98AH(5.4V)。
优选的，所述太阳能板内的输出电路部分设置有三极管BE结，当太阳能板的电压低于0.5V时，LED灯开启；当太阳能板的电压高于0.6V时，LED灯关闭。
优选的，所述扩流放电电路中设置有电量检测电路，用于时刻在线检测电池组件的电量，当电池组件电量高于80％时，电池组件输出到LED灯的电流增加；反之，电池组件输出到LED灯的电流减少，在该状态下，电量和电流保持正比线性关系。
优选的，所述电量检测电路的上半部分为电池保护电路,其型号为S-8254；下半部分为电量指示电路，其基准是431。
优选的，所述电池组件包含至少两组铁锂电池。
与现有技术相比，本发明提供了一种太阳能灯MPPT系统，具有如下有益效果：
一是在本发明中，采用MPPT充电技术，提高输入端口的工作电压，再经过扩流放电电路，提升充电电流，相较于现有的充电电路，可显著提高30％左右的充电量，从而减少内部能耗；
二是将太阳能板与三极管BE结组合使用，可进行超低降压，并实现光控亮灭灯的功能，此亮灭灯电路可以做到傍晚晚开灯，凌晨早熄灯的效果，比较传统单片机采样电路会减少30分钟以上的亮灯时间，从而减少城市用电量；
三是采用高精度电量检测电路，可时刻在线检测电池的电量，该设置可以做到开灯亮度高，随着电量的减少，同时亮度会逐步下降，从而能够保证较长的照明时间，可提升15％的放电容量。
附图说明
图1是本发明的充放电电路示意图；
图2是本发明中系统原理检测示意图；
图3现有的常规控制电路示意图；
图4是本发明中LED灯在工作状态下的功率时间变化曲线图；
图5是本发明中电池组件在工作状态下的电压时间变化曲线图。
具体实施方式
以下结合附图1，进一步说明本发明一种太阳能灯MPPT系统的具体实施方式。本发明一种太阳能灯MPPT系统不限于以下实施例的描述。
本实施例给出一种太阳能灯MPPT系统，包括太阳能板、LED灯以及电池组件，太阳能板和LED灯均与电池组件串联，且太阳能板、LED灯以及电池组件均设置于MPPT电路板上；
如图1所示，MPPT电路板包含MPPT充电电路(该电路为图1中右侧的矩形框图)和扩流放电电路(该电路为图1中左侧的框图)，太阳能板在光照下产生电压电流，将其接入到MPPT充电电路的输入端口后，可对充入到电池组件内的电压进行降压处理；
在本发明中，采用MPPT充电技术，提高输入端口的工作电压，再经过扩流放电电路，提升充电电流，相较于现有的充电电路，可显著提高30％左右的充电量，从而减少内部能耗；
将电池组件的输出端接入到扩流放电电路后，可对为LED灯提供的电流进行电流扩展处理。
具体的，额定工作电压18V的太阳能板给11.1V的电池组件充电，电压是不匹配的，直接相连，电流却没有相应提高，很多能量都在太阳能组件内，造成内部损耗。
采用MPPT充电技术，提高输入端口的工作电压到16.5V，再经过扩流电路，提升充电电流，提高30％的充电量；防止回流电路采用MOS组成的理想二极管电路，压降做到0.1V以内，减少损耗，降低温升，有效防止回流。输出最高电压控制在12.6V,即便电池保护板(该处的电池保护板为电池组件的基本配套组件)失效，也不会导致过充电。
如图1、2、4和5所示，MPPT充电电路和扩流放电电路之间设计有防回流电路，该防回流电路采用MOS管组成的理想二极管电路，用于将电压降低至0.1V以下。
如图2所示，该系统的原理检测步骤为：
步骤一、在MPPT充电电路中，太阳能板输出端到电池组件输入端的线路上依次加设电流表A1和电流表A2；在扩流放电电路中，电池组件输出端到LED灯输入端的线路上依次加设电流表A3和电流表A4；
步骤二、在光照下，太阳能板输出一定电流值，经过A1检测，如果A1读数为1A，发电4小时，那么太阳能提供的电量是4AH(10.0V)；
步骤三、经过MPPT充电电路之后，电流扩展，A2读数为1.3A,充电4小时，电池组件接收的电量是5.2AH(6.4V)；
步骤四、到了夜间，电池组件放电1A,A3读数是1A,可以放电5.2小时,电池放出的电量是1A×5.2＝5.2AH(6.4V)；
步骤五、经过扩流放电电路之后，电流扩展,A4读数为1.15A,LED灯接收的电量是1.15A×5.2H＝5.98AH(5.4V)。
从上述参数来看，电量一直在增加，从4AH到5.2AH，再到5.98AH
再看能量的变化过程：
太阳能10V*4A＝40WH电池6.4V*5.2A＝33.28WH灯板5.4V*5.98A＝32.292WH可以看出，太阳能板从发出电能到最终亮灯使用，能量利用效率为80％。
相较于背景技术中提及的现有常规电路，本发明的改进型电路是常规电路的32.292WH/21.6WH＝1.49倍。
如图1所示，太阳能板内的输出电路部分设置有三极管BE结，当太阳能板的电压低于0.5V时，LED灯开启；当太阳能板的电压高于0.6V时，LED灯关闭。
如图1所示，扩流放电电路中设置有电量检测电路，用于时刻在线检测电池组件的电量，当电池组件电量高于80％时，电池组件输出到LED灯的电流增加；反之，电池组件输出到LED灯的电流减少，在该状态下，电量和电流保持正比线性关系。
如图1所示，电量检测电路的上半部分为电池保护电路,其型号为S-8254；下半部分为电量指示电路，其基准是431。
上述采用智能化亮灯控制电路，太阳能灯具采用阳光能量，受天气影响，由于天气有阴有晴，灯具每天接收的能量或多或少，然而在夜晚中都需要合适的照明。
电量检测电路会检测每天的充电电量，当电量足时，则亮灯功率大；电量少，则亮灯功率小，亮灯功率的不同，从而保证夜晚的照明时间，保证大部分夜晚不熄灯。
具体的电路原理为：
采用精确基准电路，做反馈控制环路电池从满电状态开始亮灯，LED灯电流1.5A；随着不断放电，电池电压在降低同时经过调整的恒流电路，也会降低输出电流。到3小时后，电池电压为6.50V，LED灯电流0.91A，而此时电池组件剩余电量40％左右反馈回路发挥作用，开始降低亮灯电流。从0.91A降低到0.30A，历时4小时。而此时段电池电压是维持在6.50V(电流不断的降低，电池电压可以维持不变)。
如图4和5所示，具体的电压和功率信息随着时间不断变化。
在常规太阳能灯具配置下，改进型电路能够显著提高每天充饱电池的几率，同时每天都会提升亮灯时的放电效率。尤其在太阳能板子尺寸受限制的一体化太阳能灯具上会具备比较显著的效果。
如图1和2所示，电池组件包含至少两组铁锂电池。
还可在整个系统中MPPT充电电路与扩流放电电路之间添加微电流开关电路，采用微电流控制大电流，降低线路损耗，可以用小电流开关；开关关闭后，电流只有0.03mA，电池的电量可以维持3年以上，船运加库存最多在1年以内，不存在到客户手上放空电的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能灯MPPT系统，包括太阳能板、LED灯以及电池组件，其特征在于：所述太阳能板和LED灯均与电池组件串联，且太阳能板、LED灯以及电池组件均设置于MPPT电路板上；
所述MPPT电路板包含MPPT充电电路和扩流放电电路，所述太阳能板在光照下产生电压电流，将其接入到MPPT充电电路的输入端口后，可对充入到电池组件内的电压进行降压处理；
将电池组件的输出端接入到扩流放电电路后，可对为LED灯提供的电流进行电流扩展处理。
2.如权利要求1所述的一种太阳能灯MPPT系统，其特征在于：所述MPPT充电电路和扩流放电电路之间设计有防回流电路，该防回流电路采用MOS管组成的理想二极管电路，用于将电压降低至0.1V以下。
3.如权利要求1所述的一种太阳能灯MPPT系统，其特征在于：该系统的原理检测步骤为：
步骤一、在所述MPPT充电电路中，太阳能板输出端到电池组件输入端的线路上依次加设电流表A1和电流表A2；在所述扩流放电电路中，电池组件输出端到LED灯输入端的线路上依次加设电流表A3和电流表A4；
步骤二、在光照下，所述太阳能板输出一定电流值，经过A1检测，如果A1读数为1A，发电4小时，那么太阳能提供的电量是4AH(10.0V)；
步骤三、经过所述MPPT充电电路之后，电流扩展，A2读数为1.3A,充电4小时，电池组件接收的电量是5.2AH(6.4V)；
步骤四、到了夜间，电池组件放电1A,A3读数是1A,可以放电5.2小时,电池放出的电量是1A×5.2＝5.2AH(6.4V)；
步骤五、经过所述扩流放电电路之后，电流扩展,A4读数为1.15A,LED灯接收的电量是1.15A×5.2H＝5.98AH(5.4V)。
4.如权利要求1所述的一种太阳能灯MPPT系统，其特征在于：所述太阳能板内的输出电路部分设置有三极管BE结，当太阳能板的电压低于0.5V时，LED灯开启；当太阳能板的电压高于0.6V时，LED灯关闭。
5.如权利要求1所述的一种太阳能灯MPPT系统，其特征在于：所述扩流放电电路中设置有电量检测电路，用于时刻在线检测电池组件的电量，当电池组件电量高于80％时，电池组件输出到LED灯的电流增加；反之，电池组件输出到LED灯的电流减少，在该状态下，电量和电流保持正比线性关系。
6.如权利要求5所述的一种太阳能灯MPPT系统，其特征在于：所述电量检测电路的上半部分为电池保护电路,其型号为S-8254；下半部分为电量指示电路，其基准是431。
7.如权利要求1所述的一种太阳能灯MPPT系统，其特征在于：所述电池组件包含至少两组铁锂电池。
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