CN204090232U - 一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统 - Google Patents

一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，包括：太阳能组件；DC-DC驱动电路，连接DSP控制器；最大功率点跟踪电路，连接太阳能组件的输出端及DC-DC驱动电路，以将太阳能组件的输出进行DC-DC变换输出直流高压；蓄电池组，连接最大功率点跟踪电路；SPWM驱动电路，连接DSP控制器；逆变电路，连接蓄电池组与SPWM驱动电路，将蓄电池组所得的高压直流电转化成220V交流电；DSP控制器，具有多个AD端口，分别连接太阳能组件输出端、MPPT电路输出端、蓄电池组输出端以及逆变电路输出端，所述DSP控制器还连接DC-DC驱动电路与SPWM驱动电路，本实用新型实现了节能环保的目的。

Description

一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统
技术领域
本实用新型涉及新能源应用技术领域，特别是涉及一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统。
背景技术
由于目前大量使用的传统化石能源煤炭、石油等枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立，在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题，故而引发了人们对新能源的广泛思考和探索，很多国家都在能源战略上鼓励开发和使用新能源。
太阳能光伏发电过程简单，不消耗任何燃料，也不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染，且又取之不尽，用之不竭。因此，太阳能光伏发电是一种满足可持续发展要求的可再生能源发电技术。
当今世界，石油、煤炭、天然气等主要能源正面临资源枯竭的危险，环保、节能已经成为世界范围内各行各业努力追求的目标。LED被成为第四代照明光源，凭借其节能、环保、寿命长、体积小、响应时间短等特点，已经广泛应用于各种指示、显示、照明等领域。同时，太阳能是一种清洁的绿色能源，两者结合将获得很高的能源利用率、较高的安全性能和可靠性，实现节能、环保、安全、高校的照明系统。
目前，随着城市发展进程的推进，很多城市的很多建筑外墙都采用了LED照明系统，但多数还是采用传统的供电方式。因此，为了应对能源危机以及响应国家提出的可持续发展的号召，本实用新型提出了一种基于太阳能的楼宇外墙照明系统。
实用新型内容
为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其充分利用楼宇顶部闲置空间，用太阳能电池板将太阳能转化成电能，供该楼宇的外部照明使用，可以分担电网供电压力，减少二氧化碳等温室气体和有毒气体的排放，既节能又环保，从长远来看，还可以减少不少电费开支甚至能带来一定经济收益。
为达上述及其它目的，本实用新型提出一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，该系统包括：
太阳能组件，以将太阳能转换为电能；
DC-DC驱动电路，连接DSP控制器
最大功率点跟踪电路，连接所述太阳能组件的输出端及所述DC-DC驱动电路，以将太阳能组件的输出进行DC-DC变换输出直流高压；
蓄电池组，连接所述最大功率点跟踪电路；
SPWM驱动电路，连接所述DSP控制器；
逆变电路，连接所述蓄电池组与所述SPWM驱动电路，将所述蓄电池组所得的高压直流电转化成220V交流电；
DSP控制器，具有多个AD端口，分别连接所述太阳能组件输出端、MPPT电路输出端、蓄电池组输出端以及逆变电路输出端，所述DSP控制器还连接所述DC-DC驱动电路与所述SPWM驱动电路。
进一步地，所述照明系统还包括温度/湿度/光照强度检测电路和监测显示电路，所述该温度/湿度/光照强度检测电路连接所述DSP控制器，以实时检测温度、湿度、光照强度信息，并将检测结果传送给所述DSP控制器，所述监测显示电路连接所述DSP控制器。
进一步地，所述最大功率点跟踪电路包括一电感、一控制管、一二极管以及一滤波电容组成的Boost升压电路，光伏电池连接至该电感之一端，该电感另一端连接控制管一端和该二极管的阳极，该控制管另一端接地，该二极管的阴极接该滤波电容和该蓄电池组，该控制管的控制端接该DSP控制器。
进一步地，所述逆变电路采用单相全桥逆变拓扑结构，采用四个IGBT作为全桥拓扑的开关管，每两个IGBT的中点之间连接LC滤波电路和负载。
进一步地，所述SPWM驱动电路采用单极性倍频式正弦脉宽调制驱动电路。
进一步地，所述逆变电路输出连接内置电源的LED负载及电网。
进一步地，所述DSP控制器采用TI公司的C2000系列DSP。
进一步地，所述太阳能组件设置于楼宇顶部。
与现有技术相比，本实用新型一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统通过利用楼宇顶部闲置空间，用太阳能电池板将太阳能转化成电能，并通过最大功率跟踪(MPPT)电路、蓄电池组、逆变电路、DSP控制器、DC-DC驱动电路以及SPWM驱动电路将太阳能转化的电能转化为220V交流电，以供楼宇的外部照明使用，可以分担电网供电压力，减少二氧化碳等温室气体和有毒气体的排放，既节能又环保，从长远来看，还可以减少不少电费开支甚至能带来一定经济收益。
附图说明
图1为本实用新型一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统之较佳实施例的系统架构图；
图2为本实用新型较佳实施例中最大功率跟踪(MPPT)电路30的框图；
图3为本实用新型较佳实施例中逆变电路的电路示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本实用新型一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统之较佳实施例的系统架构图。如图1所示，本实用新型一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，包括太阳能组件10、蓄电池组20、最大功率跟踪(MPPT)电路30、逆变电路40、DSP控制器50、DC-DC驱动电路60、SPWM驱动电路70。
其中，太阳能组件10可设置于楼宇顶部，用于接收太阳光，太阳光照射光伏组件，产生光电效应，但是不同的光照强度和温度，光伏电池的输出功率是波动的，而应用最大功率点跟踪(MPPT)技术，可以保证太阳能电池板一直以最大功率输出。因此，最大功率跟踪技术通常被用作一个前端DC-DC转换器来高效地提取太阳能电池板输出功率，并将光伏电池输出电压转换为一个直流高压，即最大功率跟踪(MPPT)电路30连接于太阳能组件10的输出端，同时，最大功率跟踪(MPPT)电路30通过DC-DC驱动电路60连接DSP控制器50，DC-DC驱动电路60在DSP控制器50的控制下输出PWM信号对最大功率跟踪(MPPT)电路30进行驱动，得到直流高压DC。
蓄电池组20连接最大功率跟踪(MPPT)电路30，其作为最大功率跟踪(MPPT)电路30的负载，通过MPPT电路让太阳能组件始终以最大功率输出给蓄电池充电，以提高光电变换效率。逆变电路40连接蓄电池组，并通过SPWM驱动电路70连接DSP控制器50，以将蓄电池组存储的高压直流电转换为220V的交流电，即蓄电池组20储存能量，在楼宇照明系统需要用电时，通过全桥逆变电路40，将蓄电池组20所得的高压直流电转化成220V交流电，给楼宇外部带内置电源的LED负载(洗墙灯、控制器、广告牌和其他照明装置)供电，如果能量还有富余，可以将该交流电给楼宇住户使用或者并入电网。
在本实用新型较佳实施例中，DSP控制器50采用德州仪器DSP C2000系列，其具有多个AD端口，分别连接太阳能组件10输出端、MPPT电路30输出端、蓄电池组20输出端以及逆变电路40输出端，以分别采集各处的电压和电流信号，并产生对DC-DC驱动电路60及SPWM驱动电路70的驱动信号。在此需说明的是，DSP控制器50对采集的电压电流信号如何进行处理产生相应的驱动信号为常见的现有技术，在此不予赘述。
较佳的，本实用新型之楼宇外墙照明系统还包括温度/湿度/光照强度检测电路80和监测显示电路90，该温度/湿度/光照强度检测电路80实时检测温度、湿度、光照强度信息，并将检测结果传送给DSP控制器50，监测显示电路90连接DSP控制器50，以在DSP控制器50的控制下显示相应信息，如各处的电压电流参数、输入输出功率、某一部分电路效率以及整体效率、每天的发电量/月发电量/年发电量和历史总发电量、楼顶温度湿度、光照强度等等信息，在本实用新型较佳实施例中，监测显示电路90可以包括一LCD面板。在此需说明的是，显示电路在控制器的控制下如何显示相关信息为常见的现有技术，不属于本实用新型所要保护的内容，在此不予赘述。
图2为本实用新型较佳实施例中最大功率跟踪(MPPT)电路30的框图。太阳能电池板经BOOST变换器对蓄电池组进行充电。该MPPT电路包括电感L1、控制管Q1、二极管D以及滤波电容C组成的Boost升压电路，光伏电池连接至电感L1之一端，电感L1连接控制管Q1一端和二极管D的阳极，控制管Q1另一端接地，二极管D的阴极接滤波电容C和蓄电池组，控制管Q1的控制端接DSP控制器50，该MPPT电路由电压和电流霍尔传感器采集蓄电池的电压和电流，再通过最大功率点跟踪控制器寻找出太阳能电池最大功率点，给出控制信号，调节BOOST变换器的占空比，从而改变BOOST变换器的输入电压Um(即太阳能电池的输出电压)，使其与太阳能电池组最大功率点所对应的电压相匹配，从而使太阳能电池组始终以最大功率输出，从而更充分利用太阳能，提高该装置的太阳能转换率。系统中最大功率点跟踪的DSP控制器由TI公司的C2000系列DSP来实现。
系统中最大功率跟踪过程实际是一个太阳能电池板功率自寻优的过程。对于以蓄电池作为负载的情况，考虑到充电过程中蓄电池两端的电压变化与温度和辐射强度引起的Io变化过程相比是一个渐变过程，所以只需测量蓄电池组电流Io的变化，使其始终保持在当前时刻下的最大值，即可确定太阳能电池组工作在最大功率点。系统中蓄电池组的充电电流经采样后，在最大功率点跟踪控制器中将当前时刻的采样电流Io(N)与上一时刻的采样电流Io(N-1)相比较，确定功率变化的方向，再结合上一时刻占空比D的变化，直接确定当前时刻D应增大还是减小。由于对太阳能电池的最大功率追踪为现有技术，由于如何实现太阳能电池板最大功率的追踪不是本实用新型所要保护的内容，在此不予赘述。
图3为本实用新型较佳实施例中逆变电路的电路示意图。如图3所示，在本实用新型中，逆变电路采用单相全桥逆变拓扑结构，如图3所示，Vd是蓄电池组两端的电压，S1～S4是四个IGBT，作为全桥拓扑的开关管，A、B两点接的是输出LC滤波电路和负载Z，Z两端得到的就是本实用新型所需的有效值为220V正弦波。
SPWM驱动电路80采用单极性倍频式正弦脉宽调制(SPWM)驱动电路，与单极性SPWM相比，在相同的开关频率下，单极性倍频式SPWM能够更有效地抑制低次谐波，使谐波分量高频化，且与提高开关频率以抑制谐波的方法相比，开关损耗更小，系统效率更高，温升更低，从而可以提高系统的稳定性和延长系统的使用寿命。由于单极性倍频式正弦脉宽调制(SPWM)技术为现有技术，在此不予赘述。
全桥逆变电路所得的有效值为220V频率为50Hz的正弦波，可以在晚上直接供给楼宇外部带内置电源的洗墙灯、控制器、广告牌和其他照明装置使用，如果还有富余电能，可以供该楼宇用户使用或者并入电网。如果蓄电池检测电路90发现蓄电池电量不足，DSP控制器50采集到该信号后立即封锁SPWM驱动信号，逆变电路停止工作，切换到市电供电，待第二天白天蓄电池充电后，蓄电池检测电路90得到信息，送至DSP控制器50，由DSP控制器50发出控制信号，晚上继续由蓄电池组20经逆变电路给照明装置供电，该过程由系统自动完成，无需人为参与，特别适合无人值守场合使用。而且本实用新型的LCD面板除了显示系统多处电压电流参数之外，还可以显示输入输出功率，装置的某一部分电路效率以及整体效率，每天的发电量，月发电量，年发电量和总发电量，楼顶温度湿度、光照强度等等信息，方便用户直观地观察到系统的工作状态和工作环境。
可见，本实用新型一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统通过利用楼宇顶部闲置空间，用太阳能电池板将太阳能转化成电能，并通过最大功率跟踪(MPPT)电路、蓄电池组、逆变电路、DSP控制器、DC-DC驱动电路以及SPWM驱动电路将太阳能转化的电能转化为220V交流电，以供楼宇的外部照明使用，可以分担电网供电压力，减少二氧化碳等温室气体和有毒气体的排放，既节能又环保，从长远来看，还可以减少不少电费开支甚至能带来一定经济收益。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于，该系统包括：
太阳能组件，将太阳能转换为电能；
DC-DC驱动电路，连接DSP控制器
最大功率点跟踪电路，连接所述太阳能组件的输出端及所述DC-DC驱动电路，以将太阳能组件的输出进行DC-DC变换输出直流高压；
蓄电池组，连接所述最大功率点跟踪电路；
SPWM驱动电路，连接所述DSP控制器；
逆变电路，连接所述蓄电池组与所述SPWM驱动电路，将所述蓄电池组所得的高压直流电转化成220V交流电；
DSP控制器，具有多个AD端口，分别连接所述太阳能组件输出端、MPPT电路输出端、蓄电池组输出端以及逆变电路输出端，所述DSP控制器还连接所述DC-DC驱动电路与所述SPWM驱动电路。
2.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于：所述照明系统还包括温度/湿度/光照强度检测电路和监测显示电路，所述该温度/湿度/光照强度检测电路连接所述DSP控制器，以实时检测温度、湿度、光照强度信息，并将检测结果传送给所述DSP控制器，所述监测显示电路连接所述DSP控制器。
3.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于：所述最大功率点跟踪电路包括一电感、一控制管、一二极管以及一滤波电容组成的Boost升压电路，光伏电池连接至该电感之一端，该电感另一端连接控制管一端和该二极管的阳极，该控制管另一端接地，该二极管的阴极接该滤波电容和该蓄电池组，该控制管的控制端接该DSP控制器。
4.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于：所述逆变电路采用单相全桥逆变拓扑结构，采用四个IGBT作为全桥拓扑的开关管，每两个IGBT的中点之间连接LC滤波电路和负载。
5.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于：所述SPWM驱动电路采用单极性倍频式正弦脉宽调制驱动电路。
6.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于：所述逆变电路输出连接内置电源的LED负载及电网。
7.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于：所述DSP控制器采用TI公司的C2000系列DSP。
8.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电的楼宇外墙照明系统，其特征在于：所述太阳能组件设置于楼宇顶部。
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CN110620422A (zh) * 2019-10-28 2019-12-27 施柳凯 一种基于太阳能电池板的智慧供电系统

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