CN200976509Y - 互补式太阳能不间断供电控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种互补式太阳能不间断供电控制器，是一种嵌入式电源切换的控制器，包括多功能控制模块、逆变模块、交流切换控制模块、嵌入式控制模块、直流切换模块、整流模块、以太网控制器模块以及工作状态指示模块。本控制器能够实现太阳能电池、蓄电池、交流220V市电三路输入，为交流负载以及/或者直流负载供电，并实现了太阳能电池/蓄电池供电优先、市电备用以及二者的平稳切换；采用嵌入式Web Server功能，实现远端控制、监视、故障诊断等功能。本控制器最大限度利用太阳能，同时保证负载安全，其经济效益和社会效益非常显著。

Description

互补式太阳能不间断供电控制器

技术领域

本实用新型涉及一种实现电源切换的控制器，更具体地说，涉及一种在中小型太阳能供电系统中用于交流/直流负载实现太阳能电源与市电电源之间平稳切换的控制器。

背景技术

随着国内经济的发展，节能日益为人们所重视。根据国家创建节约型、创新型社会的战略发展规划，国家各级政府加大了资源节约和新能源利用的管理力度和投入；各厂矿企业、房地产商、物业管理也加大投入以加入创新型、节能型企业的行列。现阶段，我国能源供应主要依赖煤炭、石油、天然气等不可再生资源，但其资源的有限性和开发利用带来的环境问题严重制约着经济和社会的可持续发展。因此开发可再生能源必然是大势所趋。太阳能作为一种环保型再生能源成为现阶段人们关注的焦点。

目前，太阳能交流供电设备的供电功率一般大于用电负载功率，因此限制了太阳能供电设备的应用。尤其在公共照明领域，太阳能供电尚无真正实现楼宇公共照明的自动供电设备。国内现有的太阳能交流供电设备都是提供220V/AC、50HZ正弦波电力供交流设备使用。由于交流用电负载较大，因此要求太阳能交流供电设备的功率也大，成本较高，这也是制约太阳能交流供电设备应用和发展的主要原因。比如太阳能路灯，一个路灯需要一套太阳能供电设备供电，如果供电设备投资小，功率小，无法保证各种气象条件下正常使用；投资大，功率大，能保证各种气象条件下可以正常使用，但按我国经济现状，无法大力推广普及。如何降低太阳能供电系统成本、节约能耗成为亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型针对上述问题，提供了一种互补式太阳能不间断供电控制器，其目的在于，在太阳能电池供电不足、蓄电池供电不足状态下太阳能供电设备实现交/直流负载由太阳能电源向市电电源的平稳切换以及在相反状态下太阳能电池、蓄电池供电的回切；尤其适合太阳能供电设备在公共照明领域的应用，解决了太阳能供电设备在公共照明领域应用中成本过高的问题。

为了解决上述问题，本实用新型设计了一种互补式太阳能不间断供电控制器，包括多功能控制模块I、逆变模块II、交流切换控制模块III、整流模块VI、直流切换模块V。其中，多功能控制模块I，包括用于太阳能电池接入的输入端1以及一个分别连接逆变模块II和直流切换控制模块V的输出端；还包括一个用于连接蓄电池的端口2，该端口2用于蓄电池在充电状态下的输入以及在负载状态下的输出；该模块用于太阳能电池供电与蓄电池供电之间的切换以及蓄电池的充电控制。逆变模块II，用于直流电向交流电的转换，其输出端连接于交流切换控制模块III。而交流切换控制模块III，还包括一个市电输入端以及用于连接交流负载的输出端4；该模块用于市电提供的交流电与太阳能电池供电逆变后的交流电之间的平稳切换。整流模块VI，用于交流电向直流电的转换，包括市电输入端以及向上述直流切换控制模块V输出直流电的输出端。直流切换控制模块V，包括用于连接直流负载的输出端5；该模块用于市电经所述整流模块VI输出的直流电与太阳能电池输出的直流电之间的平稳切换。

本实用新型的互补式太阳能不间断供电控制器，还包括嵌入式控制模块IV和工作状态指示模块VIII。其中，嵌入式控制模块IV，分别连接多功能控制模块I、逆变模块II、交流切换控制模块III、整流模块VI以及直流切换控制模块V，并设置有连接工作状态指示模块VIII的输出端；该模块用于检测各个模块的状态、故障诊断以及各个模块的自动控制。工作状态指示模块VIII，包括多个LED指示灯以及LCD显示屏，用于工作状态的显示。

本实用新型互补式太阳能不间断供电控制器，其进一步改进在于，还包括一个以太网控制器模块VII，分别连接多功能控制模块I、逆变模块II、交流切换控制模块III、整流模块VI、直流切换控制模块V以及嵌入式控制模块IV，并设置有用于因特网接入的以太网控制接口6，该模块用于在因特网上实现工作状态的检测。此外，上述市电主要指220伏交流电；而逆变模块II同样输出220伏交流电。为了保证蓄电池的正常工作，上述多功能控制模块I还设置有蓄电池过充、过放保护电路。

通过上述技术方案，本实用新型的互补式太阳能不间断供电控制器可广泛用于中小型太阳能供电系统。其具体工作过程如下：

将太阳能电池接入控制器，通过内部控制电路为负载提供电源，同时给蓄电池充电；在夜晚或阴雨天太阳能电池供电不足情况下，由蓄电池放电提供电源供给负载；在蓄电池放亏电至临界点不足以提供电源情况下，直接平稳地切换到市电，由市电暂时为负载供电，当太阳能电池恢复供电时，迅速向蓄电池补充电量，达到额定电量后，平稳地切换回太阳能电池与蓄电池共同为负载供电的模式，同时安全切断市电。

本实用新型的互补式太阳能不间断供电控制器具有如下优点：

1、全自动交/直流太阳能供电控制器，自动识别交/直流负载状态，调节内部模块工作状态，实现最优化控制。

2、太阳能供电优先，市电备用，实现平稳切换，不间断交/直流负载供电。

3、具有嵌入式Web Server功能，实现远端控制、监视、故障诊断等功能。

4、可以只是交流负载、直流负载，也可以同时是交/直流负载。当负载为交流时，“整流模块VI”和“直流切换控制模块V”不工作；当负载为直流时，“逆变模块II”和“交流切换控制模块III”不工作；当交/直流负载同时存在时，功率一定的情况下，自动调节交/直流负载功率分配。

本实用新型互补式太阳能不间断供电控制器最大限度利用太阳能，又能保证负载安全供电，具有很好的经济效益和社会效益。本实用新型依靠变频调压供电的核心技术，将其运用到公共照明系统中，可以大大降低太阳能供电设备在公共照明领域中的成本，在满载状态下，本控制器实现的供电设备较现有太阳能供电设备节能达40％。

附图说明

图1是本实用新型互补式太阳能不间断供电控制器的功能模块原理示意图。

具体实施方式

本实用新型的互补式太阳能不间断供电控制器是一个嵌入式自动控制系统，如图1所示的优选实施例，主要由8个模块组成，分别是：多功能控制模块、逆变模块、交流切换控制模块、嵌入式控制模块、直流切换模块、整流模块、以太网控制器模块和工作状态指示模块。本控制器实现太阳能电池、蓄电池、交流220V市电三路输入，提供给交流220V负载和(或者)直流负载供电输出，并且在使用中，以太阳能电池和蓄电池供电优先使用，市电作为备用电源在必要时供电。图1中AC表示交流电、DC表示直流电、Ctr表示控制信号，其中：

(1)输入端口1连接太阳能电池输出，提供正常工作电源，通过“多功能控制模块I”，输出稳定直流电压提供给直流负载，并连接到端口2向蓄电池充电；供给的直流电接入“逆变模块II”，将直流变换为220V交流电压，用于供给交流负载。

(2)输入/输出端口2连接蓄电池，在太阳能供电充足时，接受充电；在太阳能供电不足时放电，通过“多功能控制模块I”向负载提供电源。

(3)输入端口3连接220V市电，主要作为备用供电电源，在太阳能电池或者蓄电池正常提供电源时，负载不从市电吸收电能。反之，通过“交流切换控制模块III”，使得市电平稳过渡到交流负载(不会出现瞬间断电情况)；市电经过“整流模块VI”输出与负载直流电压相等的电压。通过“直流切换控制模块V”，使得市电平稳过渡到直流负载(不会出现瞬间断电情况)。

(4)输出端口4连接交流负载，“交流切换控制模块III”保证太阳能供电优先，市电备用，实现不间断供电。

(5)输出端口5连接直流负载，“直流切换控制模块V”保证太阳能供电优先，市电备用，实现不间断供电

(6)“嵌入式控制模块IV”用于检测各个模块状态，保证蓄电池安全充放电，自动监测负载状态，保证给负载平稳供电和各种状态指示；具有嵌入式WebServer功能，实现远端控制、监视、故障诊断等功能。

(7)“以太网控制器模块VII”提供以太网控制接口6，实现因特网接入，通过因特网了解电源工作状态。

(8)“工作状态指示模块VIII”，包括液晶屏以及多个LED指示灯，用于指示太阳能电池供电状态、蓄电池充/放电状态、交/直流负载输出状态和市电供电状态等。

(9)“整流模块VI”输入交流市电，输出直流，作为直流负载提供备用电源。

本实用新型控制器的工作过程如下：将太阳能电池接入控制器，通过内部控制电路为负载提供电源，同时给蓄电池充电；在夜晚或阴雨天太阳能电池供电不足情况下，由蓄电池放电提供电源供给负载；在蓄电池放亏电至临界点不足以提供电源情况下，直接平稳地切换到市电，由市电暂时为负载供电，当太阳能电池恢复供电时，迅速向蓄电池补充电量，达到额定电量后，平稳地切换回太阳能电池与蓄电池共同为负载供电的模式，同时安全切断市电。

总上，本控制器可以实现如下功能：

1、利用太阳能电池作为电源，负载可以是直流和(或)交流。

2、提供给蓄电池充、放电，并且具有过充、过放保护电路。

3、在蓄电池放电至临界点时，能够平稳切换到市电供电；太阳能及蓄电池恢复电力时，能够平稳切换回太阳能供电，保证负载供电不间断，实现互补式不间断供电

4、完善的嵌入式控制监控电路，自动实现负载检测、控制和状态指示等过程，实现自动适应调节负载平衡。

5、具有嵌入式Web Server功能，能够实现远程监控、故障诊断。

6、液晶显示面板，工作状态指示内容丰富。

根据需要，在本实用新型的互补式太阳能供电控制器一种实施例中，可以仅保留多功能控制模块、逆变模块、交流切换控制模块、嵌入式控制模块、直流切换模块、整流模块和工作状态指示模块的七个模块；以太网控制器模块作为辅助模块酌情设置。而以太网控制器模块的接口可以选用图中的RJ45网络接口，也可选用其他接口形式，如无线网络接口等。

本实用新型的互补式太阳能供电控制器，其交流输出电压为220V，并且可以实现不同功率的输出，如300W、500W、800W、1000W、1200W、1500W、2000W、3000W、5000W等。相应于不同的型号，其直流输出电压可选用：12V、24V、36V、48V、110V、220V等。

将本实用新型的控制器应用在太阳能楼宇公共照明中，例如，150w-1500w供电设备供10支-100支公共照明感应灯(25w)，按平均每天工作以1小时计算，可以保证连续10个阴雨天正常工作。本实用新型的控制器在提供可靠安全保障的基础上，解决太阳能供电系统在公共照明领域中成本较高的问题。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种互补式太阳能不间断供电控制器，其特征在于，包括：

(a)一个多功能控制模块(I)，包括用于太阳能电池接入的输入端(1)以及一个直流电输出端；还包括一个用于连接蓄电池的端口(2)，所述端口(2)用于蓄电池在充电状态下的输入以及在负载状态下的输出；该模块用于太阳能电池供电与蓄电池供电之间的切换以及蓄电池的充电控制；

(b)一个逆变模块(II)，用于直流电向交流电的转换并由输出端输出交流电；其输入端连接于所述多功能控制模块(I)的直流电输出端；

(c)一个交流切换控制模块(III)，包括一个市电输入端、一个连接所述逆变模块(II)输出端的输入端以及用于连接交流负载的输出端(4)；该模块用于市电提供的交流电与太阳能电池或蓄电池供电逆变后的交流电之间的平稳切换；

(d)一个整流模块(VI)，用于交流电向直流电的转换，包括市电输入端、以及输出直流电的输出端；

(e)一个直流切换控制模块(V)，包括连接所述多功能控制模块(I)直流电输出端的输入端、连接整流模块(VI)直流电输出端的输入端以及用于连接直流负载的输出端(5)；该模块用于市电经所述整流模块(VI)输出的直流电与太阳能电池输出的直流电之间的平稳切换。

2、根据权利要求1所述的互补式太阳能不间断供电控制器，其特征在于，还包括：

(f)一个嵌入式控制模块(IV)，分别连接所述多功能控制模块(I)、所述逆变模块(II)、所述交流切换控制模块(III)、所述整流模块(VI)以及所述直流切换控制模块(V)，并设置有连接工作状态指示模块(VIII)的输出端；该模块用于检测各个模块的状态、故障诊断以及各个模块的自动控制；

(g)所述工作状态指示模块(VIII)，包括多个LED指示灯以及LCD显示屏。

3、根据权利要求2所述的互补式太阳能不间断供电控制器，其特征在于，还包括：

(h)一个以太网控制器模块(VII)，分别连接所述多功能控制模块(I)、所述逆变模块(II)、所述交流切换控制模块(III)、所述整流模块(VI)、所述直流切换控制模块(V)以及所述嵌入式控制模块(IV)，并设置有用于因特网接入的以太网控制接口(6)，该模块用于在因特网上实现工作状态的检测。

4、根据权利要求1-3任一所述的互补式太阳能不间断供电控制器，其特征在于，所述市电为220伏交流电；所述逆变模块(II)输出端向所述交流切换控制模块(III)提供220伏交流电。

5、根据权利要求1-3任一所述的互补式太阳能不间断供电控制器，其特征在于，所述多功能控制模块(I)包括用于蓄电池的过充、过放保护电路。

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