CN201352722Y - 可折叠便携式微型太阳能光伏电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，包括可折叠便携式电池板(9)，太阳能充放电主控制模块M1，与M1相连的LCD液晶显示电路M2、DC－DC转换电路M3、DC－AC逆变电路M4、太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5、发光二极管显示电路M6、输出开关继电器电路M7、输出接口M8，其中可折叠便携式电池板(9)的输出与电路M5相连，DC－AC逆变电路M4和DC－DC转换电路M3分别与输出开关继电器电路M7相连，同时电路M4与开关继电器电路M7与输出接口M8相连。本实用新型提供了一种基于单片机控制的，可折叠、便于携带的，具有多种形式电压输出的微型太阳能光伏电站。

Description

可折叠便携式微型太阳能光伏电站

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能光伏电站，具体说是一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站。

背景技术

当今世界能源日益紧张，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题逐渐成为制约国际社会经济发展的瓶颈。因此，世界各国都在大力开发可再生能源，其中太阳能的有效利用和发展最为迅速。光伏发电系统具有独立供电系统和并网系统两种，便携式微型太阳能光伏电站属于前者，它不与电网相连，一般使用蓄电池作为储能设备，白天或晴天将太阳能电池阵列输出的电能储存起来，夜间或阴雨天再向小功率负载提供电能。其最大优点是能够给海岛区域、游牧地区、野外作业、外出旅行等人员提供应急电能，并且体积小、重量轻、携带方便。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前户外活动时缺乏稳定持续电能供给，各种电器无法充电、供电的问题，设计一种基于单片机控制的，可折叠、便于携带的，具有多种形式电压输出的微型太阳能光伏电站。

本实用新型是基于以下技术方案实现的：

一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于，该装置包括可折叠便携式电池板9，太阳能充放电主控制模块M1，与M1相连的LCD液晶显示电路M2、DC-DC转换电路M3、DC-AC逆变电路M4、太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5、发光二极管显示电路M6、输出开关继电器电路M7、输出接口M8，其中可折叠便携式电池板9的输出通过电源板输出线8与太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5相连，DC-AC逆变电路M4的一个输出端和DC-DC转换电路M3的输出端分别与输出开关继电器电路M7对应的输入端相连，同时DC-AC逆变电路M4的另一个输出端与开关继电器电路M7的输出端分别与输出接口M8的输入端相连。

其中，所述可折叠便携式电池板9由若干相互铰接的长条形框座7组成，各框座7上通过线座5固定有太阳能板6，最左右两侧框座7各连有面板10，其中一块外侧面上装有把手1，另一块内侧设有销扣2，同时所述两面板10通过扣合装置3连接在一起；

所述DC-AC逆变器电路M4的PWM2、PWM1与主控制模块M1中U1的16、43脚相连；

所述太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5的RL1、BAT1、BAT2、VCC、GND与中央处理器模块M1的RL1、BAT1、BAT2、VCC、GND相连；

所述输出开关继电器电路M7的RL2与中央处理器U1的41脚相连；

所述发光二极管显示电路M6的LED2、LED1与中央处理器模块M1中U1的30、31脚相连；

所述输出开关继电器电路M7的Vdc与DC-DC转换电路M3的Vdc相连；

所述输出开关继电器电路M7的Vac1与DC-AC逆变器电路M4的Vac1相连；

所述输出开关继电器电路M7的VdcOut、VacOut1与输出接口M8的VdcOut、VacOut1相连；

所述DC-AC逆变器电路M4的VacOut2与输出接口M8的VacOut2相连。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型不仅实现了太阳能的存储与转化，还通过单片机同时对太阳能电池列阵、蓄电池、负载进行监控和管理，利用两个继电器控制太阳能电池充电回路和负载输出回路的通断，从而实现对蓄电池和负载的自动保护功能。另外本实用新型的太阳能光伏电池阵列采用了折叠式结构设计的方式，在不需要使用时，可以方便地将光伏电池阵列折叠收藏，便于外出人员的携带。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的实现电路原理图；

图3为可折叠太阳能光伏电池阵列折叠状态结构图；

图4为可折叠太阳能光伏电池阵列展开状态结构图；

图5为图4的A-A放大示意图；

图6为可折叠太阳能光伏电池阵列展开状态右视结构图；

图7为太阳能光伏电池组结构图；

图8为与实用新型相配套的主程序软件流程图。

具体实施方式

下边结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明：

如图1-图6所示，本实用新型的线路连接关系如下：

一种基于ATmega16的可折叠便携式微型太阳能光伏电站，采用太阳能光伏放电作为电能来源，该装置包括可折叠便携式电池板9，太阳能充放电主控制模块M1，还包括与M1相连的LCD液晶显示电路M2、DC-DC转换电路M3、DC-AC逆变电路M4、太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5、发光二极管显示电路M6、输出开关继电器电路M7、输出接口M8，其中可折叠便携式电池板9的输出通过电源板输出线8与太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5中太阳能电池相连，DC-AC逆变电路M4的一个输出端和DC-DC转换电路M3的输出端分别与输出开关继电器电路M7对应的输入端相连，同时DC-AC逆变电路M4的另一个输出端与开关继电器电路M7的输出端分别与输出接口M8的输入端相连。

所述液晶显示电路M2中液晶显示器U4的5、6、7、8、10～17脚与太阳能充放电主控制模块M1单片机U1的3、2、1、44、19～26脚相连；

所述DC-AC逆变器电路M4的PWM2、PWM1与单片机U1的16、43脚相连。

所述太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5的RL1、BAT1、BAT2、VCC、GND与主控制模块M1的RL1、BAT1、BAT2、VCC、GND相连；

所述输出开关继电器电路M7的RL2与单片机U1的41脚相连；

所述发光二极管显示电路M6的LED2、LED1与单片机U1的30、31脚相连；

所述输出开关继电器电路M7的Vdc与DC-DC转换电路M3的Vdc相连；

所述输出开关继电器电路M7的Vac1与DC-AC逆变器电路M4的Vac1相连；

所述输出开关继电器电路M7的VdcOut、VacOut1与输出接口M8的VdcOut、VacOut1相连；

所述DC-AC逆变器电路M4的VacOut2与输出接口M8的VacOut2相连。

本实用新型路的控制电路由ATmega16中央处理器模块M1、LCD液晶显示电路M2(采用型号为MGLS240128DE产品)、DC-DC转换电路M3(采用型号为MC34063产品)，DC-AC逆变器电路M4，太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5(普通的充电电路即可实现)，发光二极管显示电路M6，输出开关继电器电路M7，输出接口M8组成。

其中DC-AC逆变器电路M4的主要功能是将实现直流电压转换为交流电压，主要由二极管D8、电容C10、四个MOS管Q1\Q2\Q3\Q4、三极管Q5\Q6、变压器T1和电阻RL1\RL2组成，通过单片机U1的控制并采用常规的连接关系即可实现该电路的功能。

其中输出开关继电器电路M7由三极管Q8、电阻RJ2、+5V直流继电器K2依次串联组成，K2的两个常开触点分别控制直流电压和交流电压的输出。

其中输出接口M8由直流插座Jdc、交流插座Jac组成。

如图3所示，本实用新型的使用的太阳能光伏电池部分由于电池面积与其输出标称功率有关，面积不能随意增减，只能按基本单元进行选配。所以，太阳能光伏电池阵列采用了折叠式结构设计的方式。在不需要使用时，可以方便地将光伏电池阵列折叠收藏，便于携带。

太阳能光伏电池阵列结构如图3-6所示，可折叠便携式电池板9由若干通过铰链4连接的长条形框座7组成，各框座7上通过线座5固定有太阳能板6，最左右两侧框座7最各连有面板10，其中一块面板外侧居中位置上装有把手1，另一块面板内侧设有销扣2，同时所述两块面板10通过一对相互配合的箱扣装置3连接在一起，两箱扣3分别设置在两块面板10内侧面的中间部位，在电池板9收拢时可将两个面板10锁定。

可折叠便携式电池板9上框座7的个数可根据实际需要增加或减少，各基本单元的框座7上放置2排太阳能板6。使用时展开，不用时可沿铰链4叠成如图3所示折叠状态。此时依靠销扣2将左右面板相连，以便使用把手1手提时承受自重，避免变形。利用箱扣装置3将左右面板锁定在一起，防止左右散开。太阳能光伏电池阵列工作时，电能通过电源板输出线8输出至系统控制电路中太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5的太阳能电池两端。

如图7示：本装置太阳能电池板型号为NZ6161，标称功率0.3W，峰值电压3.72V，峰值电流80mA，尺寸61mm×61mm。考虑到太阳能电池和蓄电池的配套使用，系统选配的太阳能电池输出总电压至少为：12V×(1.25～1.5)＝15V～18V。现使用相同参数太阳能电池板进行串-并联使输出电压达到15V以上，输出最大电流和总标称功率根据产品系列型号，以5×2＝10块电池(3W)为基本单元，按单元数叠加，等效电路如图7所示。然后，本系统根据负载大小、太阳光照度强弱、蓄电池参数等进行调整，实现光伏电站的自动控制。蓄电池可根据需要选配铅酸电池或锂离子电池。

本控制系统的具体实施过程：ATmega16单片机U1内部带有8路AD转换器。配合定时器中断的查询方式，本系统选用了其中的两路即ADC0和ADC1引脚。第一路ADC0脚用于对太阳能光伏电池阵列采样，白天太阳能光伏电池正常工作时，电压在15V以上，晚上或阴天时，太阳能光伏电池输出电压降低，单片机U1通过AD采样后与门限电压比较，若低于门限电压，则改变引脚RL1的电平大小，促使继电器K1的常闭触点断开，切断太阳能光伏电池与蓄电池的充电回路即太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5，并通过改变U1的LED1端的电平熄灭充电状态灯DS1；否则合上充电回路M5，并让蓄电池充电状态灯DS1亮；

第二路ADC1脚用于对蓄电池电压采样，当蓄电池电压过低时，单片机U1改变其LED2端的电平以打开蓄电池电压过低指示灯DS2并同样通过改变其引脚RL2电平大小，促使继电器K2常闭触点断开，切断输出回路即输出开关继电器电路M7，以避免蓄电池电量过放；否则合上输出回路M7，并让电压过低指示灯DS2熄灭。主程序流程如图8所示。

当光伏电池电压值大于蓄电池电压值时，控制电路利用太阳能给蓄电池进行充电，同时给负载供电。其中，通过DC-DC变换电路M3将太阳能光伏电池阵列输出的直流电压(15～18V)转换为两档固定电压的直流电源(5V、12V)。两档直流电源可由单刀双掷开关S3进行选择，主要提供给各种手提设备、车载电器设备使用。其中，MC34063为单片DC/DC变换控制器，其内部由带有温度补偿的基准电压源、比较器、带激励电流限制的占空比可调振荡器、驱动器和大电流输出开关管等。MC34063是专为降压、升压和逆变应用所设计的，应用时电路简单，所需外围元件较少。

太阳能光伏电池阵列输出的直流电压还通过逆变器电路M4将电压转换为交流电压，通过单片机U1提供的PWM1、PWM2脉冲，利用升压变压器将该电压提升为220V交流电压输出，供给需要交流电的设备。在充电的同时系统对太阳能电池列阵、蓄电池、负载进行监控和管理，并通过LCD液晶显示电路M2上的液晶显示屏实时显示当前太阳能光伏电池阵列电压、蓄电池电压等系统工作参数。

本实用新型中应用到的常规电路技术人员采用现有技术均可实现。

Claims (7)

1、一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于，该装置包括可折叠便携式电池板(9)，太阳能充放电主控制模块M1，与M1相连的LCD液晶显示电路M2、DC-DC转换电路M3、DC-AC逆变电路M4、太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5、发光二极管显示电路M6、输出开关继电器电路M7、输出接口M8，其中可折叠便携式电池板(9)的输出通过电源板输出线(8)与太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5相连，DC-AC逆变电路M4的一个输出端和DC-DC转换电路M3的输出端分别与输出开关继电器电路M7对应的输入端相连，同时DC-AC逆变电路M4的另一个输出端与开关继电器电路M7的输出端分别与输出接口M8的输入端相连。

2、根据权利要求1所述的一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于，所述可折叠便携式电池板(9)由若干相互铰接的长条形框座(7)组成，各框座(7)上通过线座(5)固定有太阳能板(6)，最左右两侧框座(7)各连有面板(10)，其中一块外侧面上装有把手(1)，另一块内侧设有销扣(2)，同时所述两面板(10)通过扣合装置(3)连接在一起。

3、根据权利要求1所述的一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于所述DC-AC逆变器电路M4的PWM2、PWM1与太阳能充放电主控制模块M1中U1的16、43脚相连。

4、根据权利要求1所述的一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于所述太阳能光伏电池阵列及蓄电池充电电路M5的RL1、BAT1、BAT2、VCC、GND与主控制模块M1的RL1、BAT1、BAT2、VCC、GND相连。

5、根据权利要求1所述的一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于所述输出开关继电器电路M7的RL2与主控制模块M1中U1的41脚相连。

6、根据权利要求1所述的一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于所述发光二极管显示电路M6的LED2、LED1与主控制模块M1中U1的30、31脚相连。

7、根据权利要求1所述的一种可折叠便携式微型太阳能光伏电站，其特征在于所述输出开关继电器电路M7的Vdc与DC-DC转换电路M3的Vdc相连。

Images