CN203175783U - 小型无储能电池光伏水泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光伏水泵系统，尤其是一种小型无储能电池光伏水泵系统，属于光伏水泵系统的技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，所述小型无储能电池光伏水泵系统，包括直流水泵；所述直流水泵通过起动模块与太阳能光伏组件电连接，所述起动模块能将太阳能光伏组件输入的电能形成滞回电压，并根据太阳能光伏组件的输入电压驱动直流水泵。本实用新型起动模块接收太阳能光伏组件的输出电压，并将太阳能光伏组件的输出电压形成滞回电压，根据太阳能光伏组件的输出电压来驱动直流水泵，能避免直流水泵的频繁启动，延长直流水泵的工作时间，结构简单紧凑，降低使用成本，提高起动能力，安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光伏水泵系统，尤其是一种小型无储能电池光伏水泵系统，属于光伏水泵系统的技术领域。
背景技术
光伏水泵系统利用太阳能光伏组件将太阳能转化为电能，并驱动水泵运行具有绿色环保无污染等特点，广泛应用于农业灌溉，畜牧养殖，喷泉景观等方面。现有的光伏水泵系统多配备有储能电池以维持系统的稳定连续运行，部分还会配备光伏扬水逆变器和复杂的控制器。这对于大型光伏水泵系统或集中式光伏水泵系统来讲是必要的且必须如此。但是由于储能电池的先期投资比较大且维修故障率比较高，部分储能电池还需定期更换。因此光伏水泵系统需要做些许优化。目前已有厂家推出无蓄电池的光伏水泵系统，太阳能电池板直驱光伏水泵系统，无蓄电池市电互补的光伏水泵系统。大大减小了光伏水泵的建造成本和光伏水泵系统的储能电池维护成本。现有的光伏直驱水泵系统容易造成频繁起动，且在太阳光不强时，由于电机启动电流比较大，比较难于启动，工作时间短。而市电互补型的光伏水泵系统在市电供电困难的边远地区比较难以实现。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种小型无储能电池光伏水泵系统，其结构简单紧凑，降低使用成本，提高起动能力，避免频繁起动，安全可靠。
按照本实用新型提供的技术方案，所述小型无储能电池光伏水泵系统，包括直流水泵；所述直流水泵通过起动模块与太阳能光伏组件电连接，所述起动模块能将太阳能光伏组件输入的电能形成滞回电压，并根据太阳能光伏组件的输入电压驱动直流水泵。
所述直流水泵为有刷直流电机驱动的水泵或无刷直流电机驱动的水泵。
所述起动模块包括运算放大器，所述运算放大器的反相端与第一电阻的一端及第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第一电容的一端连接后接地，第一电阻的另一端与第一电容的另一端、第五电阻的一端及第一MOS管的源极端连接，第五电阻的另一端与运算放大器的输出端连接，且运算放大器的输出端与第一MOS管的栅极端及第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与运算放大器的同相端及第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端接地。
所述起动模块包括单片机，所述单片机的输入端与第六电阻的一端及第七电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与第二电容的一端、第八电阻的一端及第二MOS管的源极端连接，第二电容的另一端与第七电阻的另一端连接后接地；单片机的输出端与三极管的基极端连接，所述三极管的发射极端接地，三极管的集电极端与第八电阻的另一端及第二MOS管的栅极端连接。
本实用新型的优点：起动模块接收太阳能光伏组件的输出电压，并将太阳能光伏组件的输出电压形成滞回电压，根据太阳能光伏组件的输出电压来驱动直流水泵，能避免直流水泵的频繁启动，延长直流水泵的工作时间，结构简单紧凑，降低使用成本，提高起动能力，安全可靠。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型起动模块的行为模式与太阳能光伏组件输入电压之间关系的示意图。
图3为本实用新型起动模块的一种实施原理图。
图4为本实用新型起动模块的另一种实施原理图。
附图标记说明：1-太阳能光伏组件、2-起动模块、3-直流水泵及4-单片机。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示：在无储能电池光伏水泵系统中，为了避免水泵的频繁起动，本实用新型包括直流水泵3；所述直流水泵3通过起动模块2与太阳能光伏组件1电连接，所述起动模块2能将太阳能光伏组件1输入的电能形成滞回电压，并根据太阳能光伏组件1的输入电压驱动直流水泵3。
具体地，太阳能光伏组件1接收太阳光，并将所述太阳能转化为电能输出到起动模块2，起动模块2在满足条件时向直流水泵3输送电能，驱动水泵电机运转，实现扬水功能。其中，太阳能光伏组件1可以是单片光伏组件，也可以是多片光伏组件组合在一起构成的光伏组件单元，直流水泵3可以是有刷直流电机驱动的水泵也可以是带驱动器（控制器）的无刷直流电机驱动的水泵。起动模块2的行为模式，如图2。假定初始时没有阳光，此时太阳能光伏组件1输出电压为0，即Vin=0，此时起动模块2没有电能输出，起动模块2处于stop状态，当太阳出来后，光照慢慢加强，太阳能光伏组件1的输出电压Vin慢慢增大，此时起动模块2输出仍处于stop状态（即无电能输出）；当太阳能光伏组件1的输出电压Vin大于V2后，起动模块2有电能输出，起动模块2能驱动直流水泵3工作，即起动模块2处于start状态。太阳能光伏组件1提供的能量足够时，即太阳能光伏组件1的输出电压Vin一直大于V2，则起动模块2一直维持在start状态，在此状态下随着Vin的升高，起动模块2输出的电能也增大，表征为加在直流水泵3的电压也增大，从而可以提高直流水泵3的泵送能力，有效利用了光伏组件的发电能力。
随着阳光的减弱，太阳能光伏组件1的输出电压Vin也会随之降低，从而直流水泵3的泵送能力也会降低。当太阳能光伏组件1的输出电压Vin小于V1时，起动模块2停止输出电能，起动模块2的状态由start状态转为stop状态，直流水泵3的电机停止工作。只有当太阳能光伏组件1的输出电压Vin再次大于V2时，起动模块2才能重回start状态，驱动直流水泵3的运转。这里在V1和V2之间形成了一个滞回电压。只有在太阳能光伏组件1的输出电压Vin处于较高的电压水平时，才能通过起动模块2驱动直流水泵2运转；一方面，在电压较高时比较容易启动直流水泵3，且能够提供一个较大的启动转矩，在直流水泵3启动后维持电机运行并不需要这么大的转矩，也就是在启动后太阳能光伏组件1的输出电压Vin降低一点依然能够维持直流水泵3的运行，只有在太阳能光伏组件1的输出电压Vin低于一个较低的电压水平时才停止直流水泵3运行，这就延长了直流水泵3运行的时间。本实用新型实施例中，起动模块2内的电压V1、V2根据直流水泵3的类型来设定和选取。
在无需电池直驱型的光伏水泵系统中，太阳能光伏组件1的输出直接接入直流光伏水泵3不具备此种优点，在该系统中，直流水泵3启动时由于太阳能光伏组件1直接连接在直流水泵3的两端，太阳能光伏组件1处于短路状态，只有在阳光比较充足时，太阳能光伏组件1提供了比较大的短路电流后才能启动直流水泵3运转，其启动条件较本实用新型的启动方式较为严格，且一旦光照条件不能满足水泵运行需要，水泵立即停止，且在次启动较为困难。
图3为本实用新型中起动模块2的一个实施实例。其中，所述起动模块2包括运算放大器U1A，所述运算放大器U1A的反相端与第一电阻R1的一端及第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第一电容C1的一端连接后接地，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的另一端、第五电阻R5的一端及第一MOS管Q1的源极端连接，第五电阻R5的另一端与运算放大器U1A的输出端连接，且运算放大器U1A的输出端与第一MOS管Q1的栅极端及第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与运算放大器U1A的同相端及第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地。太阳能光伏组件1的输出电压Vin与第一电阻R1及第一电容C1连接的一端连接，同时与第一MOS管Q1的源极端连接。运算放大器U1A为有源元件，运算放大器U1A的工作电压VCC为将太阳能光伏组件1的输出电压Vin转换得到，将太阳能光伏组件1的输出电压转换得到工作电压VCC为本技术领域常规的技术手段，此处不再赘述。
本实施例中，起动模块2主要由一个带滞环的运算放大器U1A和第一MOS管Q1构成，其中，运算放大器U1A形成电压比较器，第一MOS管Q1为开关管，第一MOS管Q1的漏极端能够得到输出电压Vout。
图4为本实用新型中起动模块2的另一实施实例。在本实施实例中，所述起动模块2包括单片机4，所述单片机4的输入端与第六电阻R6的一端及第七电阻R7的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与第二电容C2的一端、第八电阻R8的一端及第二MOS管Q2的源极端连接，第二电容C2的另一端与第七电阻R7的另一端连接后接地；单片机4的输出端与三极管Q3的基极端连接，所述三极管Q3的发射极端接地，三极管Q3的集电极端与第八电阻R8的另一端及第二MOS管Q2的栅极端连接。
将太阳能光伏组件1的输出端电压Vin经第六电阻R6、第七电阻R7分压后接入单片机4的ADC（数模转换）输入引脚，单片机4通过ADC模块检测Vin的电压，并经内部判断所述电压Vin与V1，V2的大小，以确定起动模块2的输出状态。起动模块2的输出状态通过单片机3的IO口输出，并控制三极管Q3和第二MOS管Q2输出电压Vout，以实现直流水泵3的启停。
在上述实施实例中可以通过调整第一电容C1，第二电容C2的电容量大小适当延长或缩短直流水泵3的启停时间间隔，亦可以通过在单片机4内设定相关参数实现启停的时间间隔调整。
以上所述的实施实例，只是本实用新型的具体实施方式，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化或替换都应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种小型无储能电池光伏水泵系统，包括直流水泵（3）；其特征是：所述直流水泵（3）通过起动模块（2）与太阳能光伏组件（1）电连接，所述起动模块（2）能将太阳能光伏组件（1）输入的电能形成滞回电压，并根据太阳能光伏组件（1）的输入电压驱动直流水泵（3）。
2.根据权利要求1所述的小型无储能电池光伏水泵系统，其特征是：所述直流水泵（3）为有刷直流电机驱动的水泵或无刷直流电机驱动的水泵。
3.根据权利要求1所述的小型无储能电池光伏水泵系统，其特征是：所述起动模块（2）包括运算放大器（U1A），所述运算放大器（U1A）的反相端与第一电阻（R1）的一端及第二电阻（R2）的一端连接，第二电阻（R2）的另一端与第一电容（C1）的一端连接后接地，第一电阻（R1）的另一端与第一电容（C1）的另一端、第五电阻（R5）的一端及第一MOS管（Q1）的源极端连接，第五电阻（R5）的另一端与运算放大器（U1A）的输出端连接，且运算放大器（U1A）的输出端与第一MOS管（Q1）的栅极端及第三电阻（R3）的一端连接，第三电阻（R3）的另一端与运算放大器（U1A）的同相端及第四电阻（R4）的一端连接，第四电阻（R4）的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的小型无储能电池光伏水泵系统，其特征是：所述起动模块（2）包括单片机（4），所述单片机（4）的输入端与第六电阻（R6）的一端及第七电阻（R7）的一端连接，所述第六电阻（R6）的另一端与第二电容（C2）的一端、第八电阻（R8）的一端及第二MOS管（Q2）的源极端连接，第二电容（C2）的另一端与第七电阻（R7）的另一端连接后接地；单片机（4）的输出端与三极管（Q3）的基极端连接，所述三极管（Q3）的发射极端接地，三极管（Q3）的集电极端与第八电阻（R8）的另一端及第二MOS管（Q2）的栅极端连接。
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2013
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