CN203674760U

CN203674760U - 可视化小型光伏智能供电装置

Info

Publication number: CN203674760U
Application number: CN201320880512.2U
Authority: CN
Inventors: 王中鲜; 魏永庚; 毕永利; 魏莹
Original assignee: Heilongjiang University
Current assignee: Heilongjiang University
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2023-12-30

Abstract

可视化小型光伏智能供电装置。传统的光伏供电装置存在能量密度不高，太阳光的强弱影响较大，整体利用率较低等问题。本实用新型的组成包括:太阳能电池板（１），太阳能电池板分别与ＡＤ采样电路（２）、DC/DC转换电路（３）连接，DC/DC转换电路与太阳能电池板控制开关（４）连接，太阳能电池板控制开关与蓄电池组连接，蓄电池组分别与ＡＤ采样电路、稳压电路（5）、AC/DC的切换开关（6）连接，控制器（7）分别与DC/DC转换电路、液晶显示屏（8）、ＡＤ采样电路、蓄电池组、稳压电路连接，AC/DC的切换开关分别与逆变电路（9）、直流负载（１0）连接，逆变电路与交流负载（１1）连接。本实用新型用于供电装置。

Description

可视化小型光伏智能供电装置

技术领域：

本实用新型涉及一种可视化小型光伏智能供电装置。

背景技术：

对传统的光伏供电系统研究发现，在对蓄电池充电时，设定的蓄电池充电电压为7.2V，实验发现此充电过程存在一些问题，当蓄电池电压达到7.2V时，结束充电过程，但蓄电池的充满恢复连接电压并不是7.2V，过一段时间后，蓄电池的端电压将会降低，蓄电池将会进入充电阶段，这样会导致在一天内蓄电池反复地充电，大大地缩短蓄电池的使用寿命。

传统的光伏供电装置存在以下几个问题：

1、能量密度不高，太阳光的强弱影响较大，整体利用率较低；2、对负载的供电可靠性不强；3、蓄电池的运行管理不合理，进而导致蓄电池的寿命较短；4、在不需要外接电源的条件下，鲜有光伏系统提供交流供电功能；5、由于缺少可视化器件，致使用户不便于随时掌握系统运行信息；6、主控电路过于复杂，不利于后期维护。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种可视化小型光伏智能供电装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种可视化小型光伏智能供电装置，其组成包括: 太阳能电池板，所述的太阳能电池板分别与ＡＤ采样电路、DC/DC转换电路连接，所述的DC/DC转换电路与太阳能电池板控制开关连接，所述的太阳能电池板控制开关与蓄电池组连接，所述的蓄电池组分别与所述的ＡＤ采样电路、稳压电路、AC/DC的切换开关连接，控制器分别与所述的DC/DC转换电路、液晶显示屏、所述的ＡＤ采样电路、所述的蓄电池组、所述的稳压电路连接，所述的AC/DC的切换开关分别与逆变电路、直流负载连接，所述的逆变电路与交流负载连接。

所述的可视化小型光伏智能供电装置，所述的蓄电池组包括主蓄电池、备蓄电池，所述的主蓄电池分别与所述的ＡＤ采样电路、所述的AC/DC的切换开关连接，所述的备蓄电池分别与所述的稳压电路、所述的ＡＤ采样电路、所述的AC/DC的切换开关连接，所述的太阳能电池板控制开关分别与所述的主蓄电池、所述的备蓄电池连接。

所述的可视化小型光伏智能供电装置，所述的逆变电路以输出SPWM信号的EG8010为核心控制芯片，所述的逆变电路以IR2110作为驱动芯片，所述的控制器电路包括STC89C52单片机、A/D转换器芯片PCF8591、继电器驱动芯片ULN2003A，所述的液晶显示屏采用LCD1602。

有益效果：

1.本实用新型的优点有以下三个方面：一是克服了以往光伏发电系统能量利用率低和抗扰动能力差等缺点，实现光伏稳压供电，并且在太阳能电池板光照较弱的条件下亦可实现供电；二是可以实现负载不间断供电，兼有直流和交流供电两种模式；三是延长了蓄电池使用寿命短。本实用新型采用的太阳能电池板是通过太阳光和材料相互作用直接产生电能，没有燃料、水和其它物质的消耗，以及没有二氧化碳等气体的释放，对环境无污染，是可再生能源，对生态环境的改善和温室气体的减轻具有重要意义。可以实现直流、交流负载不间断供电，用于路灯等小功率负载供电场所。而且可以采用类似的方法构成一个大容量的供电装置。

本实用新型为了提高太阳能电池板的利用率、延长蓄电池的使用寿命和提高对负载供电的可靠性，本实用新型采用DC/DC转换模块和控制器的配合来提高太阳能电池板的利用率，通过配置的两块蓄电池分组来延长蓄电池的使用寿命和提高对负载供电的可靠性。具体体现如下：1、主控电路设计巧妙，减少装置的元器件数量，不仅降低了光伏供电装置的投资费用，而且便于后期维护；2、具有可视化功能，用户可以实时掌握系统运行信息；3、克服了以往光伏供电系统能量利用率低和抗扰动能力差等缺点；4、可以实现负载不间断供电，提高负载供电的可靠性；5、通过51单片机实时监测，合理地管理蓄电池运行状态，有效地延长了蓄电池使用寿命；6、可以实现直流负载供电和交流正弦波负载供电功能，扩大了供电装置应用范围。

本实用新型的DC/DC转换模块主要功能是可以实现蓄电池组的快充和浮充两个阶段，并且可以使太阳能电池板在低压下实现充电，从而提高了太阳能的利用率和解决了太阳能电池板抗扰动能力差的缺点。采用直通电路、升压电路和降压电路三种电路，以便根据不同的充电方式调整输入电源的电压，满足蓄电池充电要求。

本实用新型的蓄电池组配置了两块蓄电池，具有以下两个优点：一是可以较好地提高太阳能电池板的利用率，即，当一块蓄电池充满电，另一块蓄电池补上继续充电，从而使得太阳能电池板在白天一直处于充电阶段；二是提高负载供电的可靠性，即，当一块蓄电池供电电压低于最低放电电压时，此蓄电池将会停止对负载供电，然后切换至另一块蓄电池对负载供电，进而实现负载不间断供电。两块蓄电池有主次之分，主蓄电池主要是对负载供电，备蓄电池主要是给控制器供电，但当主蓄电池停止发电时，备蓄电池将对负载供电。

本可视化小型光伏智能供电装置的充电方法如下，本装置设定蓄电池的充电电压为6.6V，根据太阳光照强度自动切换电路给蓄电池充电，不断地通过A/D采集蓄电池的电压，根据电压的变化选择不同的充电方式，进而实现对蓄电池的合理控制：首先判断备用蓄电池的电压，以保障备用蓄电池有充足的电量，一旦备用蓄电池无电，系统将会失去作用；其次判断主蓄电池的电压，根据主蓄电池的电压选择负载的供电方式，以上过程采用循环方式不间断运行；控制主程序主要完成对I/O、定时器的初始化，同时根据太阳能电池板和蓄电池电压调用相应的充电子程序；当备蓄电池电压低于6.5V时，备蓄电池进入浮充充电阶段，当备蓄电池电压高于7.2V时，备蓄电池停止充电；当主蓄电池电压低于6.6V高于6.0V时，主蓄电池进入浮充充电阶段，当主蓄电池电压高于7.2V时，主蓄电池停止充电；当主蓄电池电压低于6.0V时，主蓄电池停止对负载供电转换为备蓄电池供电，主蓄电池进入快充充电阶段。

所述的可视化小型光伏智能供电装置的充电方法，蓄电池有两个充电阶段分别是快速充电阶段和浮充充电阶段，快速充电是采用的太阳能电池板直接加到蓄电池两端充电，浮充充电是采用的恒压充电方式；当阴天时，太阳能电池板的工作效率不高时，通过控制器控制DC/DC转换模块选择升压电路，使太阳能电池板继续给蓄电池充电；晴天时，A/D采集蓄电池组的电压给控制器，通过控制器控制DC/DC转换模块选择相应的充电电路，控制继电器S1来选择相应的充电蓄电池和控制继电器S2来选择相应的供电蓄电池。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的软件编程流程图。

附图3是本发明的电路原理图。

附图4是附图3的第二部分的太阳能电池板及其供电切换选择开关电路原理图。

附图5是附图3的第五部分的稳压电路的电路原理图。

附图6是附图3的第三部分的升降电路的电路原理图。

附图7是附图3的+5V辅助电源的电路原理图。

附图8是附图3的+15V辅助电源的电路原理图。

附图9是附图3的逆变电路的电路原理图。

附图10是附图3的第一部分的控制器电路原理图。

附图11是附图3的第四部分的主备蓄电池供电线路及负载输出的的电路原理图。

具体实施方式：

实施例1：

一种可视化小型光伏智能供电装置，其组成包括: 太阳能电池板1，所述的太阳能电池板分别与ＡＤ采样电路2、DC/DC转换电路3连接，所述的DC/DC转换电路与太阳能电池板控制开关4连接，所述的太阳能电池板控制开关与蓄电池组连接，所述的蓄电池组分别与所述的ＡＤ采样电路、稳压电路5、AC/DC的切换开关6连接，控制器7分别与所述的DC/DC转换电路、液晶显示屏8、所述的ＡＤ采样电路、所述的蓄电池组、所述的稳压电路连接，所述的AC/DC的切换开关分别与逆变电路9、直流负载10连接，所述的逆变电路与交流负载11连接。

实施例2：

根据实施例1所述的可视化小型光伏智能供电装置，所述的蓄电池组包括主蓄电池12、备蓄电池13，所述的主蓄电池分别与所述的ＡＤ采样电路、所述的AC/DC的切换开关连接，所述的备蓄电池分别与所述的稳压电路、所述的ＡＤ采样电路、所述的AC/DC的切换开关连接，所述的太阳能电池板控制开关分别与所述的主蓄电池、所述的备蓄电池连接。

实施例３：

根据实施例1或２所述的可视化小型光伏智能供电装置，所述的逆变电路以输出SPWM信号的EG8010为核心控制芯片，所述的逆变电路以IR2110作为驱动芯片，所述的控制器电路包括STC89C52单片机、A/D转换器芯片PCF8591、继电器驱动芯片ULN2003A，所述的液晶显示屏采用LCD1602。

实施例４：

上述的可视化小型光伏智能供电装置的充电方法，本装置的设定蓄电池的充电电压为6.6V，根据太阳光照强度自动切换电路给蓄电池充电，不断地通过A/D采集蓄电池的电压，根据电压的变化选择不同的充电方式，进而实现对蓄电池的合理控制：首先判断备用蓄电池的电压，以保障备用蓄电池有充足的电量，一旦备用蓄电池无电，系统将会失去作用；其次判断主蓄电池的电压，根据主蓄电池的电压选择负载的供电方式，以上过程采用循环方式不间断运行；控制主程序主要完成对I/O、定时器的初始化，同时根据太阳能电池板和蓄电池电压调用相应的充电子程序；当备蓄电池电压低于6.5V时，备蓄电池进入浮充充电阶段，当备蓄电池电压高于7.2V时，备蓄电池停止充电；当主蓄电池电压低于6.6V高于6.0V时，主蓄电池进入浮充充电阶段，当主蓄电池电压高于7.2V时，主蓄电池停止充电；当主蓄电池电压低于6.0V时，主蓄电池停止对负载供电转换为备蓄电池供电，主蓄电池进入快充充电阶段。

实施例５：

根据实施例４所述的可视化小型光伏智能供电装置的充电方法，蓄电池有两个充电阶段分别是快速充电阶段和浮充充电阶段，快速充电是采用的太阳能电池板直接加到蓄电池两端充电，浮充充电是采用的恒压充电方式；当阴天时，太阳能电池板的工作效率不高时，通过控制器控制DC/DC转换模块选择升压电路，使太阳能电池板继续给蓄电池充电；晴天时，A/D采集蓄电池组的电压给控制器，通过控制器控制DC/DC转换模块选择相应的充电电路，控制继电器S1来选择相应的充电蓄电池和控制继电器S2来选择相应的供电蓄电池。

实施例６：

所述的可视化小型光伏智能供电装置，逆变电路设计以输出SPWM信号的EG8010为核心控制芯片，以IR2110作为驱动芯片，驱动电力MOSFET，将蓄电池输出的直流电逆变为交流电，从而实现交流负载供电。

可以通过设计EG8010不同引脚的接法实现调制方式的选择、电压频率的调节、死区时间的设置等功能；对IR2110驱动芯片的外围电路设计时，需重点考虑自举电容的选取，此装置设计选定10uF，16V的电解电容作为自举电容。

控制电路设计主要包括STC89C52单片机、A/D转换器芯片PCF8591和继电器驱动芯片ULN2003A及其外围电路。介于STC89C52没有内置的A/D转换模块，因此采用8位串行PCF8591芯片作为A/D转换器，分别从AIN0、AIN2和AIN3输入采集3路信号，VREF基准电压使用5V，SCL和SDA引脚接单片机21、22引脚。选择ULN2003A芯片驱动5V电压型电磁继电器，通过单片机端口输出高低电平控制继电器的吸合，进而实现电路切换。智能控制器是整个装置的核心，它与各个模块构成一个电压检测、继电器智能控制的闭环控制系统。同时还含有人机交互界面，包括液晶的显示、太阳能电池板控制开关、AC/DC的切换开关、太阳能电池板工作灯、AC工作灯和DC工作灯。可视化小型光伏智能供电装置启动后可以通过太阳能电池板控制开关选择控制太阳能电池板是否投入使用，AC/DC的切换开关可以对AC和DC负载供电方式进行管理。液晶采用的是LCD1602进行显示，显示太阳能电池板的电压、主蓄电池的电压、备蓄电池的电压和主备蓄电池的充电阶段。该控制系统的主控制器采用8位的单片机，实时对各个模块的电压进行采样检测，反馈给主控制器，单片机通过接受检测到的信号，经过分析运算，控制驱动器驱动对应的继电器，进而实现相应的功能。通过合理的软件程序来对硬件电路进行控制，从而使蓄电池的充电过程优质化，进一步地延长蓄电池的使用寿命。

实施例７：

所述的可视化小型光伏智能供电装置，DC/DC转换模块包含降压电路、稳压电路、升压电路。

辅助电源电路主要包括+5V的直流电源模块和+15V的直流电源模块。AC电路中控制芯片EG8010需要+5V的直流电源供电，驱动芯片IR2110需要的+15V的直流电源供电，可以采用L7805和L7815CV作为辅助电源设计的芯片。对于+5V和+15V的辅助电源设计时，应将蓄电池输出电压通过升压芯片LM2577-ADJ得到的+24V电压作为L7805芯片和L7815CV芯片的输入电压，来得到+5V和+15V的辅助电源，其原理接线图如图7和图8所示。

如图9可知，逆变电路部分主要包括控制驱动电路和辅助电源两部分。控制驱动电路以可以输出SPWM信号的EG8010为核心控制芯片，以IR2110作为驱动芯片，驱动电力MOSFET，实现单相全桥逆变。可以通过设计EG8010不同引脚的接法实现调制方式的选择、电压频率的调节、死区时间的设置等功能；对IR2110驱动芯片的外围电路设计时，重点考虑了自举电容的选取，以钽电容最佳，亦可选取电解电容，此设计选取电解电容作为自举电容。

如图10所示为智能控制器原理接线图，包括STC89C52单片机、A/D转换器芯片PCF8591和继电器驱动芯片ULN2003A及其外围电路。STC89C52单片机中没有内置的A/D转换模块，因此采集电压需要外置A/D采样模块才能接入单片机。此设计采用8位串行PCF8591芯片作为A/D转换器，需要采集的3路信号分别从AIN0、AIN2和AIN3输入，VREF基准电压使用5V，SCL和SDA引脚接单片机21、22引脚。继电器及驱动电路选择了ULN2003A芯片驱动继电器，继电器选用5V电压型电磁继电器，STC89C52单片机的4个端口可以任意与ULN2003A输入端口相连接，但要求输出与输入需要一一对应，通过单片机端口输出高低电平控制继电器的吸合，从而达到对电路的选择。

Claims

1.一种可视化小型光伏智能供电装置，其组成包括: 太阳能电池板，其特征是:所述的太阳能电池板分别与ＡＤ采样电路、DC/DC转换电路连接，所述的DC/DC转换电路与太阳能电池板控制开关连接，所述的太阳能电池板控制开关与蓄电池组连接，所述的蓄电池组分别与所述的ＡＤ采样电路、稳压电路、AC/DC的切换开关连接，控制器分别与所述的DC/DC转换电路、液晶显示屏、所述的ＡＤ采样电路、所述的蓄电池组、所述的稳压电路连接，所述的AC/DC的切换开关分别与逆变电路、直流负载连接，所述的逆变电路与交流负载连接。

2.根据权利要求1所述的可视化小型光伏智能供电装置，其特征是:所述的蓄电池组包括主蓄电池、备蓄电池，所述的主蓄电池分别与所述的ＡＤ采样电路、所述的AC/DC的切换开关连接，所述的备蓄电池分别与所述的稳压电路、所述的ＡＤ采样电路、所述的AC/DC的切换开关连接，所述的太阳能电池板控制开关分别与所述的主蓄电池、所述的备蓄电池连接。

３.根据权利要求1或２所述的可视化小型光伏智能供电装置，其特征是: 所述的逆变电路以输出SPWM信号的EG8010为核心控制芯片，所述的逆变电路以IR2110作为驱动芯片，所述的控制器电路包括STC89C52单片机、A/D转换器芯片PCF8591、继电器驱动芯片ULN2003A，所述的液晶显示屏采用LCD1602。