CN205657436U - 一种分布式光伏能效管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式光伏能效管理系统，包括太阳能板、MPPT控制器、逆变器、单向电表、双向电表、中央控制器、电池充放电管理模块和电池，中央控制器与电池充放电管理模块、逆变器和双向电表相连接，监测太阳能板的输出功率、电池能量以及家居用电系统的用电情况控制电池充放电管理模块、逆变器和双向电表的工作状态使系统能效最高；电池充放电管理模块受控于中央控制器，用于将MPPT控制器所输出的电能为电池进行充电或者将电池所存储的能量经逆变器为家居用电系统提供电能。与现有技术相比，本实用新型通过中央控制器检测各个模块的工作状态并合理调配系统工作状态使系统能效达到最佳。

Description

一种分布式光伏能效管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种光伏系统，具体涉及一种分布式光伏能效管理系统。

背景技术

随着社会经济的发展，太阳能的开发利用成为一个非常重要的问题，其也显示出巨大的优越性。目前太阳能屋顶正逐渐推广，用于家庭的日常供电，但目前对这种太阳能光伏缺乏有效的管理，未能充分利用光伏能源。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提供一种技术方案以解决现有技术存在的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种分布式光伏能效管理系统，能够利用太阳能实现向家居用电系统供电以及实现太阳能发电并网，通过对整个系统的合理控制，使太阳能光伏的能效达到最佳。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种分布式光伏能效管理系统，包括太阳能板、MPPT控制器、逆变器、单向电表、双向电表、中央控制器、电池充放电管理模块和电池，其中，所述太阳能板用于将太阳能转换为电能；所述MPPT控制器用于实时监测太阳能板的发电电压并追踪所述太阳能板发电电压和发电电流以最大功率输出；

所述中央控制器与所述电池充放电管理模块、逆变器和双向电表相连接，监测太阳能板的输出功率、电池能量以及家居用电系统的用电情况控制所述电池充放电管理模块、逆变器和双向电表的工作状态使系统能效最高；

所述逆变器受控于所述中央控制器，用于将所述MPPT控制器所输出的直流电压转换为交流市电，该交流市电经所述单向电表和所述双向电表并入交流电网，或者经所述单向电表为家居用电系统提供供电；所述单向电表用于计量所述逆变器提供的电能；所述双向电表用于计量所述逆变器所输出的电能并入电网的电量以及计量交流电网为家居用电系统所提供的电能；

所述电池充放电管理模块受控于所述中央控制器，用于将所述MPPT控制器所输出的电能为所述电池进行充电或者将所述电池所存储的能量经所述逆变器为家居用电系统提供电能。

优选地，所述电池充放电管理模块进一步包括第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、微控制器、第二开关模块和通讯模块；其中，

所述第一开关模块受控于所述微控制器，用于控制充电过程的开启或断开，其输入端与所述MPPT控制器的输出连接，其输出端与所述充电模块连接；

所述充电模块受控于所述微控制器，用于控制电池的充电状态；

所述第二开关模块受控于所述微控制器，用于控制放电过程的开启或断开，其输入端与电池连接，其输出端与逆变器连接；

所述第一电流检测模块用于检测电池充电电流并将充电电流信息发送给所述微控制器；

所述电压检测模块用于检测充放电时电池电压并将电池电压信息发送给所述微控制器；

所述温度检测模块用于检测电池温度并将电池温度信息发送给所述微控制器；

所述过充保护模块与电池相连接，用于对电池进行过充保护；

所述第二电流检测模块用于检测电池放电电流并将放电电流信息发送给所述微控制器；

所述通讯模块与所述微控制器相连接，用于与中央控制器进行数据通讯；

所述微控制器为本电池充放电管理模块的核心，它与第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块和通讯模块相连接；所述微控制器接收第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块发送的数据信息，并对这些数据信息进行分析处理，同时根据处理结果控制第一开关模块、充电模块、第二开关模块和通讯模块，从而实现电池充放电进行控制管理。

优选地，当电池电压高于预设电压值时，所述过充保护模块自动将多余的能量消耗掉；所述过充保护模块进一步包括三端可调稳压器U1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，

三端可调稳压器U1的1脚与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端以及第一三极管Q1的集电极连接并共同与电池的正极相连接；

三端可调稳压器U1的2脚与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极连接；

三端可调稳压器U1的3脚与第三电阻R3的另一端、第一二极管D1的阴极连接并共同与电池的负极相连接；第一二极管D1的阳极与第六电阻R6的一端连接；第六电阻R6的另一端与第一三极管Q1的发射极连接，所述第六电阻R6为功率电阻。

优选地，温度检测模块采用NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻贴在电池表面。

优选地，所述第一开关模块和第二开关模块采用MOS管或者继电器。

优选地，所述通讯模块为串口数据传输模块。

优选地，所述中央控制器采用嵌入式芯片。

与现有技术相比，本实用新型通过MPPT控制器实现太阳能板最大功率点输出；通过电池充放电管理模块实时检测电池的电压、电流、温度，防止电池的过充、过放、过温及过流等现象，将电池使用的安全隐患降到最低；通过中央控制器检测各个模块的工作状态并合理调配系统工作状态使系统能效达到最佳。

附图说明

图1是本实用新型实施例分布式光伏能效管理系统的原理框图。

图2是本实用新型实施例分布式光伏能效管理系统中电池充放电管理模块的原理框图。

图3是本实用新型实施例的电池充放电管理模块中过充保护模块的电路原理图。

图4是本实用新型实施例电池充放电管理模块中温度检测模块的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。

参见图1，本实用新型实施例分布式光伏能效管理系统的原理框图，包括太阳能板、MPPT控制器、逆变器、单向电表、双向电表、中央控制器、电池充放电管理模块和电池，其中，太阳能板用于将太阳能转换为电能；MPPT控制器用于实时监测太阳能板的发电电压并追踪太阳能板发电电压和发电电流以最大功率输出；

中央控制器与电池充放电管理模块、逆变器和双向电表相连接，监测太阳能板的输出功率、电池能量以及家居用电系统的用电情况控制电池充放电管理模块、逆变器和双向电表的工作状态使系统能效最高；

逆变器受控于中央控制器，用于将MPPT控制器所输出的直流电压转换为交流市电，该交流市电经单向电表和双向电表并入交流电网，或者经单向电表为家居用电系统提供供电；单向电表用于计量逆变器提供的电能；双向电表用于计量逆变器所输出的电能并入电网的电量以及计量交流电网为家居用电系统所提供的电能；

电池充放电管理模块受控于中央控制器，用于将MPPT控制器所输出的电能为电池进行充电或者将电池所存储的能量经逆变器为家居用电系统提供电能。

参见图2，本实用新型实施例分布式光伏能效管理系统中电池充放电管理模块的原理框图，进一步包括第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、微控制器、第二开关模块和通讯模块；其中，第一开关模块受控于微控制器，用于控制充电过程的开启或断开，其输入端与MPPT控制器的输出连接，其输出端与充电模块连接；充电模块受控于微控制器，用于控制电池的充电状态；第二开关模块受控于微控制器，用于控制放电过程的开启或断开，其输入端与电池连接，其输出端与逆变器连接；第一电流检测模块用于检测电池充电电流并将充电电流信息发送给微控制器；电压检测模块用于检测充放电时电池电压并将电池电压信息发送给微控制器；温度检测模块用于检测电池温度并将电池温度信息发送给微控制器；过充保护模块与电池相连接，用于对电池进行过充保护；第二电流检测模块用于检测电池放电电流并将放电电流信息发送给微控制器；通讯模块与微控制器相连接，用于与中央控制器进行数据通讯；微控制器为本电池充放电管理模块的核心，它与第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块和通讯模块相连接；微控制器接收第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块发送的数据信息，并对这些数据信息进行分析处理，同时根据处理结果控制第一开关模块、充电模块、第二开关模块和通讯模块，从而实现电池充放电进行控制管理。也即通过检测电池的电压值、充电电流值、放电电流值和电池的温度值，微控制器根据这些信号对电池充放电开关以及充电模式进行控制管理。

参如图3，所示为本实用新型实施例过压保护模块的电路原理图，进一步包括三端可调稳压器U1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，三端可调稳压器U1的1脚与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端以及第一三极管Q1的集电极连接并共同与电池的正极相连接；三端可调稳压器U1的2脚与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极连接；三端可调稳压器U1的3脚与第三电阻R3的另一端、第一二极管D1的阴极连接并共同与电池的负极相连接；第一二极管D1的阳极与第六电阻R6的一端连接；第六电阻R6的另一端与第一三极管Q1的发射极连接。图中U1为并联型三端稳压管TL431，第一三极管是功率三极管S8550，第三电阻R3是功率电阻，第六电阻R6为功率电阻，主要用来消耗电能。当电池电压高于预设电压值时，过充保护模块能够自动将多余的能量消耗掉。一旦电池过充时，TL431便开通，S8550的发射PN结由于承受正压而打开，随即功耗电阻便开始消耗电池电能，直至把电池电压拖到均衡点，通过发光二极管的亮灭判断电池的均衡状态。通过调节第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值来设置过充保护点。

在一种优选实施方式中，温度检测模块采用NTC热敏电阻，NTC热敏电阻贴在电池表面。参见图4，所示为本实用新型实施例温度检测模块的电路原理图，图中NTC是阻值10K、精度为1％的热敏电阻，电池电压VCC是通过稳压电路部分得到，再经RC滤波电路，所以通过测量Q点的电压变化即可得到热敏电阻的阻值，再通过热敏电阻的阻值测量出电池温度。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式光伏能效管理系统，其特征在于，包括太阳能板、MPPT控制器、逆变器、单向电表、双向电表、中央控制器、电池充放电管理模块和电池，其中，所述太阳能板用于将太阳能转换为电能；所述MPPT控制器用于实时监测太阳能板的发电电压并追踪所述太阳能板发电电压和发电电流以最大功率输出；

所述中央控制器与所述电池充放电管理模块、逆变器和双向电表相连接，监测太阳能板的输出功率、电池能量以及家居用电系统的用电情况控制所述电池充放电管理模块、逆变器和双向电表的工作状态使系统能效最高；

所述逆变器受控于所述中央控制器，用于将所述MPPT控制器所输出的直流电压转换为交流市电，该交流市电经所述单向电表和所述双向电表并入交流电网，或者经所述单向电表为家居用电系统提供供电；所述单向电表用于计量所述逆变器提供的电能；所述双向电表用于计量所述逆变器所输出的电能并入电网的电量以及计量交流电网为家居用电系统所提供的电能；

所述电池充放电管理模块受控于所述中央控制器，用于将所述MPPT控制器所输出的电能为所述电池进行充电或者将所述电池所存储的能量经所述逆变器为家居用电系统提供电能。

2.根据权利要求1所述的分布式光伏能效管理系统，其特征在于，所述电池充放电管理模块进一步包括第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、微控制器、第二开关模块和通讯模块；其中，

所述第一开关模块受控于所述微控制器，用于控制充电过程的开启或断开，其输入端与所述MPPT控制器的输出连接，其输出端与所述充电模块连接；

所述充电模块受控于所述微控制器，用于控制电池的充电状态；

所述第二开关模块受控于所述微控制器，用于控制放电过程的开启或断开，其输入端与电池连接，其输出端与逆变器连接；

所述第一电流检测模块用于检测电池充电电流并将充电电流信息发送给所述微控制器；

所述电压检测模块用于检测充放电时电池电压并将电池电压信息发送给所述微控制器；

所述温度检测模块用于检测电池温度并将电池温度信息发送给所述微控制器；

所述过充保护模块与电池相连接，用于对电池进行过充保护；

所述第二电流检测模块用于检测电池放电电流并将放电电流信息发送给所述微控制器；

所述通讯模块与所述微控制器相连接，用于与中央控制器进行数据通讯；

所述微控制器为本分布式光伏能效管理系统的核心，它与第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块和通讯模块相连接；所述微控制器接收第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块发送的数据信息，并对这些数据信息进行分析处理，同时根据处理结果控制第一开关模块、充电模块、第二开关模块和通讯模块，从而实现电池充放电进行控制管理。

3.根据权利要求2所述的分布式光伏能效管理系统，其特征在于，当电池电压高于预设电压值时，所述过充保护模块自动将多余的能量消耗掉；所述过充保护模块进一步包括三端可调稳压器U1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，

三端可调稳压器U1的1脚与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端以及第一三极管Q1的集电极连接并共同与电池的正极相连接；

三端可调稳压器U1的2脚与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极连接；

三端可调稳压器U1的3脚与第三电阻R3的另一端、第一二极管D1的阴极连接并共同与电池的负极相连接；第一二极管D1的阳极与第六电阻R6的一端连接；第六电阻R6的另一端与第一三极管Q1的发射极连接，所述第六电阻R6为功率电阻。

4.根据权利要求2所述的分布式光伏能效管理系统，其特征在于，温度检测模块采用NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻贴在电池表面。

5.根据权利要求2所述的分布式光伏能效管理系统，其特征在于，所述第一开关模块和第二开关模块采用MOS管或者继电器。

6.根据权利要求2所述的分布式光伏能效管理系统，其特征在于，所述通讯模块为串口数据传输模块。

7.根据权利要求1所述的分布式光伏能效管理系统，其特征在于，所述中央控制器采用嵌入式芯片。