CN113630947A - 基于光照的太阳能灯具储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光照的太阳能灯具储能系统，该储能系统旨在解决现有技术下结合发电机向蓄电池提供电能，环保性较差，且不能对充电状态进行调整，容易造成蓄电池损坏，降低蓄电池使用寿命的技术问题。该储能系统该储能系统包括太阳能电池板、蓄电池、充电控制器、太阳能逆变器和太阳能灯具；所述太阳能电池板的作用是将太阳的辐射能转换为电能。该储能系统只使用光能，且通过充电控制器的设计，对蓄电池进行保护，在充满后切断充电电流，通过小电流维护充电状态、大电流快充状态和限压浮充状态三种状态的切换，提高充电的速度，且有效防止过充，有效延长了蓄电池的使用寿命，且通过剩余电量计算单元对剩余电量进行计算，避免蓄电池电量耗干。

Description

基于光照的太阳能灯具储能系统

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及基于光照的太阳能灯具储能系统。

背景技术

太阳能灯具用太阳能电池板把吸收的光转化成电能，储存在蓄电池里面，在需要的时候，再从蓄电池里面把电能拿出来供灯具发光，实现照明，而且太阳能发电具有火电、水电、核电等所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点，因此逐渐被广泛使用。

目前，专利号为CN201510274829.5的发明专利公开了一种太阳能储能系统，包括光伏面板、储能模块、控制模块及发电机，该控制模块连接该光伏面板、该储能模块及该发电机。该控制模块用于判断该光伏面板及该储能模块的状态，当该光伏面板输出的电压大于设定电压值且该储能模块的电压小于第一设定值时，该控制模块用于控制该光伏面板为该储能模块充电，当该光伏面板输出的电压大于该设定电压值且该储能模块的电压不小于该第一设定值时，该控制模块用于控制该光伏面板停止为该储能模块充电。当该储能模块的电压小于第二设定值时，该控制模块用于控制该储能模块对负载断电及控制该发电机为该负载供电，该第二设定值小于该第一设定值。当该储能模块的电压小于第三设定值且该光伏面板输出的电压不大于该设定电压值时，该控制模块用于控制该发电机为该储能模块充电，该第三设定值小于该第二设定值。其通过储能模块避免太阳能储能系统电力供应中断，但储能系统结合发电机向蓄电池提供电能，环保性较差，且不能对充电状态进行调整，容易造成蓄电池损坏，降低蓄电池的使用寿命。

因此，针对上述储能系统环保性较差和充电状态不可调整的问题，亟需得到解决，以改善太阳能灯具的使用场景。

发明内容

(1)要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于光照的太阳能灯具储能系统，该储能系统旨在解决现有技术下结合发电机向蓄电池提供电能，环保性较差，且不能对充电状态进行调整，容易造成蓄电池损坏，降低蓄电池使用寿命的技术问题。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了这样基于光照的太阳能灯具储能系统，该储能系统包括太阳能电池板、蓄电池、充电控制器、太阳能逆变器和太阳能灯具；

所述太阳能电池板的作用是将太阳的辐射能转换为电能，所述太阳能电池板包括P型半导体单元、N型半导体单元和PN结单元，所述PN结单元吸收入射光，产生电子-空穴对，所述P型半导体单元接收从N型半导体单元穿过PN结单元的空穴，所述N型半导体单元接收从P型半导体单元穿过PN结单元的电子，所述太阳能电池板由于光照在PN结单元两端产生光生电动势，等于在PN结单元两端加正向电压，产生正向电流，光生电流和正向电流相等时，PN结单元两端建立稳定的电势差Voc，就是开路电压；

所述蓄电池将太阳能电池板传来的电能储存起来，从而为太阳能灯具的工作提供电能，所述蓄电池包括蓄电单元、剩余电量计算单元、分析单元、请求控制单元，所述蓄电单元用于存储太阳能电池板传递的电能，所述剩余电量计算单元用于计算蓄电池内剩余的电量，所述分析单元对蓄电池内剩余电量进行分析判断，从而在电量不足时，停止供电给太阳能灯具，避免蓄电池亏电，所述请求控制单元基于充电和放电请求来控制蓄电池的充电和放电；

所述充电控制器起到保护蓄电池的作用，在蓄电池饱满时切断充电电流，防止蓄电池过充，所述充电控制器有三种充电状态：分别为小电流维护充电状态、大电流快充状态、限压浮充状态，所述充电控制器包括电压检测单元、电压判定单元和充电控制单元，所述电压检测单元对蓄电池的电压进行检测，所述电压判定单元基于电压检测单元检测到的电压值，进行判定蓄电池是否处于充满的状态，所述充电控制单元用于控制充电电流的通断，在蓄电池饱满时切断充电电流；

所述太阳能逆变器把太阳能电池板所发的直流电转化成交流电，所述太阳能逆变器包括逆变控制单元、辅助电源单元、转换单元，所述逆变控制单元用于侦测太阳能电池板的开路电压，所述辅助电源单元用于提供逆变控制单元所需的电能，所述转换单元用于交流直流的转换；

所述太阳能灯具基于蓄电池内的电能，起到照明的作用。

优选地，所述电压判定单元内设有判断规则：所述电压判定单元内预设有标准电压值Ua和充满电压值Uz，当前电压U＜Ua时，充电控制器在小电流维护充电状态下,此时的充电电流I为250mA±10mA,当U＞Ua时，充电控制器在大电流快充状态下，此时的充电电流I为1A±10mA，当U≥Uz×90％时，充电控制器转入限压浮充状态，此时的充电电流I为10-30mA，当U＝Uz×1.066，则判定当前状态下电已充满。

优选地，所述剩余电量计算单元内预装有实时计数器，所述剩余电量计算单元的剩余电量计算方法为：量出蓄电池充电或放电路径上的电阻的电压，转换成蓄电池正在充电或放电的电流值，通过实时计数器把该电流值对时间作积分，从而得知流过的库伦，当为充电状态时，用当前的电量加计算的库伦，当为放电状态时，用当前的电量减去库伦，从而得出剩余电量。

优选地，所述分析单元内设有分析规则：预设剩余电量下限值为Qmin，用检测的电量值Q与Qmin进行比较，当Q≤Qmin时，则判定为电量不足，停止为太阳能灯具供电，并发出充电请求。

优选地，所述逆变控制单元内预设有第一电压，当太阳能电池板的开路电压大于第一电压时，停止储存太阳能电池板输出的能量，并将能量提供至辅助电源单元，当太阳能电池板的开路电压小于第一电压时，将太阳能电池板输出的能量储存至蓄电池。

优选地，所述转换单元采用峰值检波电路进行转换，转换系数是1/√2。

优选地，所述请求控制单元在接收到充电请求时，与充电控制器接通，实现充电操作，所述请求控制单元在收到放电请求时，与太阳能灯具接通，提供太阳能灯具照明所需的电能。

本发明还提供基于光照的太阳能灯具储能系统控制方法，其包括如上述所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其步骤如下：

步骤一：太阳光照射在太阳能电池板上，PN结单元吸收入射光，产生电子-空穴对，P型半导体单元接收从N型半导体单元穿过PN结单元的空穴，N型半导体单元接收从P型半导体单元穿过PN结单元的电子，太阳能电池板由于光照在PN结单元两端产生光生电动势，等于在PN结单元两端加正向电压，产生正向电流，光生电流和正向电流相等时，PN结单元两端建立稳定的电势差Voc，就是开路电压，势垒降低产生正向电流，将PN结单元与外电路接通后，产生远远不断的电流；

步骤二：当太阳能电池板的开路电压大于第一电压时，停止储存太阳能电池板输出的能量，并将能量提供至辅助电源单元，当太阳能电池板的开路电压小于第一电压时，通过太阳能逆变器将太阳能电池板输出的直流电转换成交流电并储存至蓄电池；

步骤三：充电控制器内的电压判定单元对充电状态实时进行监测，如当前电压U＜Ua时，充电控制器在小电流维护充电状态下,此时的充电电流I为250mA±10mA,当U＞Ua时，充电控制器在大电流快充状态下，此时的充电电流I为1A±10mA，当U≥Uz×90％时，充电控制器转入限压浮充状态，此时的充电电流I为10-30mA，当U＝Uz×1.066，停止充电；

步骤四：蓄电池请求控制单元收到放电请求后，与太阳能灯具接通，提供太阳能灯具照明所需的电能；

步骤五：量出蓄电池充电或放电路径上的电阻的电压，转换成蓄电池正在充电或放电的电流值，通过实时计数器把该电流值对时间作积分，从而得知流过的库伦，当为充电状态时，用当前的电量加计算的库伦，当为放电状态时，用当前的电量减去库伦，从而得出剩余电量，当Q≤Qmin时，则判定为电量不足，停止为太阳能灯具供电，并发出充电请求。

(3)有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的储能系统只使用光能，环保性更好，减少其他资源的损耗，且通过充电控制器的设计，对蓄电池进行保护，在充满后切断充电电流，通过小电流维护充电状态、大电流快充状态和限压浮充状态三种状态的切换，提高充电的速度，且有效防止过充，有效延长了蓄电池的使用寿命，且通过剩余电量计算单元对剩余电量进行计算，配合分析单元，在电量用完前，切断供电电路，避免蓄电池电量耗干。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述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种实施方式，对于本领域普通技术人员来说，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的附图。

图1为本发明储能系统一种具体实施方式的整体框架结构示意图；

图2为本发明储能系统一种具体实施方式的太阳能电池板框架结构示意图；

图3为本发明储能系统一种具体实施方式的蓄电池框架结构示意图；

图4为本发明储能系统一种具体实施方式的充电控制器框架结构示意图；

图5为本发明储能系统一种具体实施方式的太阳能逆变器框架结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的样式。

实施例1

本具体实施方式是基于光照的太阳能灯具储能系统，其整体框架结构示意图如图1所示，该储能系统包括太阳能电池板、蓄电池、充电控制器、太阳能逆变器和太阳能灯具；

太阳能电池板的作用是将太阳的辐射能转换为电能，太阳能电池板包括P型半导体单元、N型半导体单元和PN结单元，PN结单元吸收入射光，产生电子-空穴对，P型半导体单元接收从N型半导体单元穿过PN结单元的空穴，N型半导体单元接收从P型半导体单元穿过PN结单元的电子，太阳能电池板由于光照在PN结单元两端产生光生电动势，等于在PN结单元两端加正向电压，产生正向电流，光生电流和正向电流相等时，PN结单元两端建立稳定的电势差Voc，就是开路电压；

蓄电池将太阳能电池板传来的电能储存起来，从而为太阳能灯具的工作提供电能，蓄电池包括蓄电单元、剩余电量计算单元、分析单元、请求控制单元，蓄电单元用于存储太阳能电池板传递的电能，剩余电量计算单元用于计算蓄电池内剩余的电量，分析单元对蓄电池内剩余电量进行分析判断，从而在电量不足时，停止供电给太阳能灯具，避免蓄电池亏电，请求控制单元基于充电和放电请求来控制蓄电池的充电和放电；

充电控制器起到保护蓄电池的作用，在蓄电池饱满时切断充电电流，防止蓄电池过充，充电控制器有三种充电状态：分别为小电流维护充电状态、大电流快充状态、限压浮充状态，充电控制器包括电压检测单元、电压判定单元和充电控制单元，电压检测单元对蓄电池的电压进行检测，电压判定单元基于电压检测单元检测到的电压值，进行判定蓄电池是否处于充满的状态，充电控制单元用于控制充电电流的通断，在蓄电池饱满时切断充电电流；

太阳能逆变器把太阳能电池板所发的直流电转化成交流电，太阳能逆变器包括逆变控制单元、辅助电源单元、转换单元，逆变控制单元用于侦测太阳能电池板的开路电压，辅助电源单元用于提供逆变控制单元所需的电能，转换单元用于交流直流的转换；

太阳能灯具基于蓄电池内的电能，起到照明的作用。

其中，电压判定单元内设有判断规则：电压判定单元内预设有标准电压值Ua和充满电压值Uz，当前电压U＜Ua时，充电控制器在小电流维护充电状态下,此时的充电电流I为250mA±10mA,当U＞Ua时，充电控制器在大电流快充状态下，此时的充电电流I为1A±10mA，当U≥Uz×90％时，充电控制器转入限压浮充状态，此时的充电电流I为10-30mA，当U＝Uz×1.066，则判定当前状态下电已充满。

同时，剩余电量计算单元内预装有实时计数器，剩余电量计算单元的剩余电量计算方法为：量出蓄电池充电或放电路径上的电阻的电压，转换成蓄电池正在充电或放电的电流值，通过实时计数器把该电流值对时间作积分，从而得知流过的库伦，当为充电状态时，用当前的电量加计算的库伦，当为放电状态时，用当前的电量减去库伦，从而得出剩余电量。

另外，分析单元内设有分析规则：预设剩余电量下限值为Qmin，用检测的电量值Q与Qmin进行比较，当Q≤Qmin时，则判定为电量不足，停止为太阳能灯具供电，并发出充电请求。

此外，逆变控制单元内预设有第一电压，当太阳能电池板的开路电压大于第一电压时，停止储存太阳能电池板输出的能量，并将能量提供至辅助电源单元，当太阳能电池板的开路电压小于第一电压时，将太阳能电池板输出的能量储存至蓄电池，转换单元采用峰值检波电路进行转换，转换系数是1/√2，请求控制单元在接收到充电请求时，与充电控制器接通，实现充电操作，请求控制单元在收到放电请求时，与太阳能灯具接通，提供太阳能灯具照明所需的电能。

基于光照的太阳能灯具储能系统控制方法，其包括如上述所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其步骤如下：

步骤一：太阳光照射在太阳能电池板上，PN结单元吸收入射光，产生电子-空穴对，P型半导体单元接收从N型半导体单元穿过PN结单元的空穴，N型半导体单元接收从P型半导体单元穿过PN结单元的电子，太阳能电池板由于光照在PN结单元两端产生光生电动势，等于在PN结单元两端加正向电压，产生正向电流，光生电流和正向电流相等时，PN结单元两端建立稳定的电势差Voc，就是开路电压，势垒降低产生正向电流，将PN结单元与外电路接通后，产生远远不断的电流；

步骤二：当太阳能电池板的开路电压大于第一电压时，停止储存太阳能电池板输出的能量，并将能量提供至辅助电源单元，当太阳能电池板的开路电压小于第一电压时，通过太阳能逆变器将太阳能电池板输出的直流电转换成交流电并储存至蓄电池；

步骤三：充电控制器内的电压判定单元对充电状态实时进行监测，如当前电压U＜Ua时，充电控制器在小电流维护充电状态下,此时的充电电流I为250mA±10mA,当U＞Ua时，充电控制器在大电流快充状态下，此时的充电电流I为1A±10mA，当U≥Uz×90％时，充电控制器转入限压浮充状态，此时的充电电流I为10-30mA，当U＝Uz×1.066，停止充电；

步骤四：蓄电池请求控制单元收到放电请求后，与太阳能灯具接通，提供太阳能灯具照明所需的电能；

步骤五：量出蓄电池充电或放电路径上的电阻的电压，转换成蓄电池正在充电或放电的电流值，通过实时计数器把该电流值对时间作积分，从而得知流过的库伦，当为充电状态时，用当前的电量加计算的库伦，当为放电状态时，用当前的电量减去库伦，从而得出剩余电量，当Q≤Qmin时，则判定为电量不足，停止为太阳能灯具供电，并发出充电请求。

该储能系统的太阳能电池板框架结构示意图如图2所示，其蓄电池的框架结构示意图如图3所示，其充电控制器的框架结构示意图如图4所示，其太阳能逆变器的框架结构示意图如图5所示。

以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性具体实施方式的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将上述具体实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照各实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.基于光照的太阳能灯具储能系统，该储能系统包括太阳能电池板、蓄电池、充电控制器、太阳能逆变器和太阳能灯具；其特征在于，

所述太阳能电池板的作用是将太阳的辐射能转换为电能，所述太阳能电池板包括P型半导体单元、N型半导体单元和PN结单元，所述PN结单元吸收入射光，产生电子-空穴对，所述P型半导体单元接收从N型半导体单元穿过PN结单元的空穴，所述N型半导体单元接收从P型半导体单元穿过PN结单元的电子，所述太阳能电池板由于光照在PN结单元两端产生光生电动势，等于在PN结单元两端加正向电压，产生正向电流，光生电流和正向电流相等时，PN结单元两端建立稳定的电势差Voc，就是开路电压；

所述蓄电池将太阳能电池板传来的电能储存起来，从而为太阳能灯具的工作提供电能，所述蓄电池包括蓄电单元、剩余电量计算单元、分析单元、请求控制单元，所述蓄电单元用于存储太阳能电池板传递的电能，所述剩余电量计算单元用于计算蓄电池内剩余的电量，所述分析单元对蓄电池内剩余电量进行分析判断，从而在电量不足时，停止供电给太阳能灯具，避免蓄电池亏电，所述请求控制单元基于充电和放电请求来控制蓄电池的充电和放电；

所述充电控制器起到保护蓄电池的作用，在蓄电池饱满时切断充电电流，防止蓄电池过充，所述充电控制器有三种充电状态：分别为小电流维护充电状态、大电流快充状态、限压浮充状态，所述充电控制器包括电压检测单元、电压判定单元和充电控制单元，所述电压检测单元对蓄电池的电压进行检测，所述电压判定单元基于电压检测单元检测到的电压值，进行判定蓄电池是否处于充满的状态，所述充电控制单元用于控制充电电流的通断，在蓄电池饱满时切断充电电流；

所述太阳能逆变器把太阳能电池板所发的直流电转化成交流电，所述太阳能逆变器包括逆变控制单元、辅助电源单元、转换单元，所述逆变控制单元用于侦测太阳能电池板的开路电压，所述辅助电源单元用于提供逆变控制单元所需的电能，所述转换单元用于交流直流的转换；

所述太阳能灯具基于蓄电池内的电能，起到照明的作用。

2.根据权利要求1所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其特征在于，所述电压判定单元内设有判断规则：所述电压判定单元内预设有标准电压值Ua和充满电压值Uz，当前电压U＜Ua时，充电控制器在小电流维护充电状态下,此时的充电电流I为250mA±10mA,当U＞Ua时，充电控制器在大电流快充状态下，此时的充电电流I为1A±10mA，当U≥Uz×90％时，充电控制器转入限压浮充状态，此时的充电电流I为10-30mA，当U＝Uz×1.066，则判定当前状态下电已充满。

3.根据权利要求1所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其特征在于，所述剩余电量计算单元内预装有实时计数器，所述剩余电量计算单元的剩余电量计算方法为：量出蓄电池充电或放电路径上的电阻的电压，转换成蓄电池正在充电或放电的电流值，通过实时计数器把该电流值对时间作积分，从而得知流过的库伦，当为充电状态时，用当前的电量加计算的库伦，当为放电状态时，用当前的电量减去库伦，从而得出剩余电量。

4.根据权利要求1所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其特征在于，所述分析单元内设有分析规则：预设剩余电量下限值为Qmin，用检测的电量值Q与Qmin进行比较，当Q≤Qmin时，则判定为电量不足，停止为太阳能灯具供电，并发出充电请求。

5.根据权利要求1所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其特征在于，所述逆变控制单元内预设有第一电压，当太阳能电池板的开路电压大于第一电压时，停止储存太阳能电池板输出的能量，并将能量提供至辅助电源单元，当太阳能电池板的开路电压小于第一电压时，将太阳能电池板输出的能量储存至蓄电池。

6.根据权利要求1所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其特征在于，所述转换单元采用峰值检波电路进行转换，转换系数是1/√2。

7.根据权利要求1所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其特征在于，所述请求控制单元在接收到充电请求时，与充电控制器接通，实现充电操作，所述请求控制单元在收到放电请求时，与太阳能灯具接通，提供太阳能灯具照明所需的电能。

8.根据权利要求1所述的基于光照的太阳能灯具储能系统，其控制步骤如下：

步骤一：太阳光照射在太阳能电池板上，PN结单元吸收入射光，产生电子-空穴对，P型半导体单元接收从N型半导体单元穿过PN结单元的空穴，N型半导体单元接收从P型半导体单元穿过PN结单元的电子，太阳能电池板由于光照在PN结单元两端产生光生电动势，等于在PN结单元两端加正向电压，产生正向电流，光生电流和正向电流相等时，PN结单元两端建立稳定的电势差Voc，就是开路电压，势垒降低产生正向电流，将PN结单元与外电路接通后，产生远远不断的电流；

步骤二：当太阳能电池板的开路电压大于第一电压时，停止储存太阳能电池板输出的能量，并将能量提供至辅助电源单元，当太阳能电池板的开路电压小于第一电压时，通过太阳能逆变器将太阳能电池板输出的直流电转换成交流电并储存至蓄电池；

步骤三：充电控制器内的电压判定单元对充电状态实时进行监测，如当前电压U＜Ua时，充电控制器在小电流维护充电状态下,此时的充电电流I为250mA±10mA,当U＞Ua时，充电控制器在大电流快充状态下，此时的充电电流I为1A±10mA，当U≥Uz×90％时，充电控制器转入限压浮充状态，此时的充电电流I为10-30mA，当U＝Uz×1.066，停止充电；

步骤四：蓄电池请求控制单元收到放电请求后，与太阳能灯具接通，提供太阳能灯具照明所需的电能；

步骤五：量出蓄电池充电或放电路径上的电阻的电压，转换成蓄电池正在充电或放电的电流值，通过实时计数器把该电流值对时间作积分，从而得知流过的库伦，当为充电状态时，用当前的电量加计算的库伦，当为放电状态时，用当前的电量减去库伦，从而得出剩余电量，当Q≤Qmin时，则判定为电量不足，停止为太阳能灯具供电，并发出充电请求。

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