CN1933276A - 智能电容式向日太阳能电源 - Google Patents

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Abstract

一种智能电容式向日太阳能电源。可以定时巡回检测多块光伏电池的电压和多个电容的电压，根据天气变化(主要是阳光照射变化)，把多块光伏电池自动进行串、并联使光伏电池以最佳状态向电容充电。当光伏电池周期性不向电容充电时(即向负载供电开使时)。根据多个电容的电压数值及周期性向负载供电的电压值，自动进行多个电容的串、并联使用，自动识别何时启动备用电容和备用电容的串、并联使用。可根据日出日落阳光变化，自动调整光伏电池与阳光的角度，使光伏电池始终处于最佳受光角度，最大限度地接受光能。

Description

智能电容式向日太阳能电源
技术领域
本发明涉及一种电源，尤其是可以定时巡回检测多块光伏电池的电压和多个电容的电压，根据天气变化(主要是阳光照射变化)，把多块光伏电池自动进行串、并联使光伏电池以最佳状态向电容充电。当光伏电池周期性不向电容充电时(即向负载供电开使时)。根据多个电容的电压数值及周期性向负载供电的电压值，自动进行多个电容的串、并联使用，自动识别何时启动备用电容和备用电容的串、并联使用。可根据阳光照射变化自动调整光伏电池与阳光的角度，使光伏电池始终处于最佳受光角度，最大限度的接受光能。
背景技术
能源是人类生存和发展的永恒主题。
尤其是石油价格飞涨，提倡节约型社会的今天，人们没有理由不关心太阳能的利用。太阳能电池(光伏电池)具有质量轻、寿命长、可靠性高、无污染、无噪声、抗辐射、能承受各种环境的变化且具有很高的灵敏度，宽的光谱响应和良好的线性度。基于此，太阳能电池应用技术已被越来越多的人们所接受和认可，世界观察研究所1998年报告指出：到本世纪50年代，光伏发电将占全球总用电量的20％以上。据有关媒体2004年介绍，科技发展的今天，人类综合利用太阳能仍不足10％。制约人类充分利用太阳能的瓶颈之一是能量的存储。
一般而言，将太阳能经光伏电池转成电能存储在蓄电池中是常见的转换和存储方法。但蓄电池寿命较短，充放电约为300-500次，正常必须在2-3年内更换。此外，铅蓄电池需要作电解液的补充和比重测量之类的定期检查工作。维护麻烦。蓄电池含铅和镉之类的重金属，报废会带来二次污染。蓄电池工作温度范围较窄，一般为0℃-45℃(最好的零下15度)，这对于系统在寒冷气候条件是无法工作的。
气候变化，主要是阳光照射变化，在高纬度地区，使光伏电池不能获得稳定的光能供应，也是影响太阳能利用重要要原因。
对每天而言，从日出到日落，其光强和太阳与地球某地点的角度也是变化的。因此，为了最大限度的接受太阳能，其接受装置不应该是固定的。
发明内容
本发明的目的在于最大限度克服上述技术中存在的不足之处，提供一种结构简单、设计合理，节约电能，无污染的太阳能智能电容式向日光伏电源。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：光伏电池由V1、V2...Vx-1、Vx若干子光伏电池组成。子光伏电池的两端分别接有“串、并联控制器”，“串、并联控制器”的一端通过接口电路接至单片机(或其它微处理机)。子光伏电池的两端另外接有A/D转换器，A/D转换器另一断接至单片机(或其它微处理机)。
同理，由电容C1、C2、...Cx-1、Cx组成电容群组，电容群的C1、C2、...Cy-1、Cy两端分别接有另一“串、并联控制器”，“串、并联控制器”的一端通过接口电路接至单片机(或其它微处理机)。电容群的C1、C2、...Cx-1、Cx两端分别另接有A/D转换器，A/D转换器的输出端接至单片机(或其它微处理机)。其中x、y由负载决定。
在光伏电池(太阳能方阵)上装有光强传感器，光强传感器与计算机相联。
计算机通过电机控制电路与电机相联。
电机通过执行机构与光伏电池(太阳能方阵)相联。
本发明的优点是：
结构简单、设计合理，节约电能，无污染，该装置将太阳能经光伏电池转化成电能存储于法拉级电容中，实现了电能存储。用最优性能价格比实现了电容中能量利用率的提高。采用向日技术，提高了光能利用率。采用计算机技术可实现整个系统资源的最优配置。该装置使用寿命长，温度范围宽，体积小，重量轻，易维护。
附图说明
图1是太阳能光伏发电系统工作原理图；
图2是本发明工作原理图；
具体实施方案
现代物理认为：光即有波动性，又有粒子性，90％的太阳能光波以可见光，近紫外线，近红外线辐射到达地球表面，但由于受：
1，太阳高度
2，大气质量
3，大气透明度
4，地理纬度
5，日照时间
6，海拔高度
六个因素影响，太阳能到达人类居住环境地是十分复杂的。对于具体的”太阳能光伏发电系统”而言，其大气质量，大气透明度，地理纬度，海拔高度可以认为是一定的。太阳高度，日照时间是设计”太阳能光伏发电系统”最重要的因素。结合图1说明”太阳能光伏发电系统”的工作原理，太阳能光伏发电系统是利用以光生伏打效应原理制成太阳能电池将太阳能辐射能直接转换成电能的发电系统。独立太阳能光伏发电系统根据用电负载的特点，可分为直流系统、交流系统和交直流混合系统等几种。其主要区别是系统中是否带有逆变器。一般来说，独立太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池方阵、防反充二极管、控制器、蓄电池组(超级电容组)、逆变器组成。
(1)电阳能电池方阵
太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为108mm×108mm，128mm×128mm。太阳能电池单体的工作电压约为0.45-0.5伏，工作电流约为20-25mA，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率。
(2)防反充二极管
防反充二极管又称阻塞二极管。其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时，或再现短路故障时，电容组通过太阳能电池方阵放电，它串联在太阳能电池方阵电路中，起单向导通的作用。要求其能随足够大的电流，而且夏天正向电压降要小。反向饱和电流要小。一般可选用合适的整流二极管。
(3)超级电容组(蓄电池组)
其作用是储存由电池方阵受光照时所发出的电能并可随时向负载供电。太阳能光伏发电系统对所用超级电容组(蓄电池组)的基本要求如下。
①自放电率低。
②使用寿命长。
③深放电能力强。
④充电效率高。
⑤少维护或免维护。
⑥工作温度范围宽。
⑦价格低廉。
(4)控制器
控制器是对太阳能光伏发电系统进行控制与管理的设备，由于控制器可以采用多种技术方式实行控制，同时实际应用对控制器的要求不尽一致，因而控制器所完成的功能也不一样。
(5)逆变器
将直流电变换成交流电的设备，由于太阳能电池和超级电容组(蓄电池组)发出的都是直流电，当负载是交流负载时，逆变是不可缺少的，按运行方式逆变器用于独立运行的太阳能光伏发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于独立运行的太阳能光伏发电系统，为独立负载供电，并网逆变器用于并网运行的太阳能光伏发电系统，将发出的电能馈入电网。按输出波形器又可分为方波变器和正弦波逆变器。方波逆变器、电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统，正弦逆变器，成本高，但可以适用于各种负载。从长远看，晶体管下弦波(或准正弦波)逆变器成为发展的主流。
下面结合图2对本发明的工作原理作进一步说明。
假定负载每天耗用的电能PL，太阳能电池的输出PS(在晴朗的天气)以下式表示为：
PS＝K×PL
在以上方程中，校正因子K随安装地点或地区的不同而不同，一般来说其选取范围为1-4之间
假定在晴朗的天气太阳光直接暴晒太阳能电池的输出为本100％，在阴影下为30％，在阴天阴影下为20％，在雨天阴影下为10％，则为保证在极端情况下仍能有太阳能电池的输出：
PSm＝ωK×PL
式中：ω为日照修正系数，一般来说其选取范围为1-10之间。对于具体的太阳能光伏系统来说，K值是一定的，假如K＝2，则：
PSm＝(2-20)PL
影响太阳能光伏系统造价的两大因素是太阳能电池和储电电容组(蓄电池组)价格。
对于日照严重不均匀的地点，例会我国的高纬度地区，冬季阴天，ω值应取最大，而夏季直接暴晒时ω值应取最小。如果不考虑储电电容组(蓄电池组)的备用储电能力，按冬季阴天设计选取太阳能光伏电池十分不经济且给夏季带来极大浪费。
如果储电电容组(蓄电池组)的输出电压是2伏，一般地说太阳能光伏电池可5-6片串联得到2.5-3伏的输出电压。现以6片串联为例，由图11-6可知：日照充足时太阳能光伏电池可得到3伏的电压向储电电容组(蓄电池组)充电，当日照不足时太阳能光伏电池的输出电压小于2伏时，(如每片太阳能光伏电池的输出电压0.3伏)不能向储电电容组(蓄电池组)充电，如系统没有备用储电电容组(蓄电池组)，则系统无法正常工作。
采用计算机对每片太阳能光伏电池的输出电压进行智能判断，当日照充足每片太阳能光伏电池都能满功率或接近满功率工作时，可将5-6片串联以大电流方式向储电电容组(蓄电池组)充电，当日照不足时，可将大于6片光伏电池串联(如每片太阳能光伏电池的输出电压为0.3伏时，可将10片片输出电压)以小电流方式向储电电容组(蓄电池组)充电。采用此项技术再配合备用储电能力的设计，可降低”太阳能光伏发电系统”造价。
同理，储电电容组(蓄电池组)的电压低于负载驱动电压，亦可将并联切换成串联，升高电压，使系统正常工作。
当日出时，太阳的入射角小，太阳的光强亦小。计算机检测到光强传感器上的信号，通过电机控制电路命令电机通过执行情况机构驱动光伏电池(太阳能方阵)使之处于最大限度的接受光能的位置。
当正午时，太阳的入射角达到最大，太阳的光强亦最大。计算机检测到光强传感器上的信号，通过电机控制电路命令电机通过执行情况机构驱动光伏电池(太阳能方阵)仍使之处于最大限度的接受光能的位置。

Claims (3)

1.一种用太阳能作能源的电源。其特征在于：可以定时巡回检测多块光伏电池的电压和多个电容的电压，根据天气变化(主要是阳光照射变化)与多个电容的电压数值，把多块光伏电池自动进行串、并联使光伏电池以最佳状态向电容充电。
2.其特征在于：当光伏电池周期性不电容充电时(即向负载供电开使时)。根据多个电容的电压数值及周期性向负载供电的电压值，自动进行多个电容的串、并联使用，自动识别何时启动备用电容和备用电容的串、并联使用。
3.根据日出、日落太阳光强的变化，可自动使光伏电池处于接受最大太阳光强的角度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008064605A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Beijing Hi-Tech Wealth Investment & Development Co., Ltd A method, an apparatus and a system for supplying power with photovoltaic cells
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