CN205864041U - 太阳能光伏控制系统 - Google Patents

Abstract

太阳能光伏控制系统，属于电气控制领域，本实用新型为解决现有太阳能光伏系统中的电池板存在输出电压不稳，影响用电设备寿命的问题。本实用新型方案：包括自耦变压器T1、变压器T2、中间继电器K1～K3、蓄电池GB、MOS开关管V、运放A、电阻R1～R6、电位器RP1～RP4、电解电容C1～C6、二极管VD2、稳压管VS、三极管VT1～VT5和熔断器FU1；对太阳能电池输出的电压半波逆变，对半波逆变后的交流电压进行初步处理，将其稳定在220V左右，然后再处理成输出+12V直流电压为负载提供直流电源。在太阳强时还能产生+12V电压为蓄电池充电，阴天时，由蓄电池为负载供电。

Description

太阳能光伏控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种电压输出控制装置，属于电气控制领域。

背景技术

太阳能光伏系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成，太阳能电池板是太阳能光伏系统中的核心部分，太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能光伏系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。

但太阳能电池板输出电压具有不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。太阳能输出电压忽大忽小，这样的波动电压会影响用电设备的寿命，甚至直接毁坏用电设备，给人们的生活带来不便。

发明内容

本实用新型目的是为了解决现有太阳能光伏系统中的电池板存在输出电压不稳，影响用电设备寿命的问题，提供了一种太阳能光伏控制系统。

本实用新型所述太阳能光伏控制系统包括自耦变压器T1、变压器T2、中间继电器K1、中间继电器K2、中间继电器K3、蓄电池GB、MOS开关管V、运放A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电位器RP1、电位器RP2、电位器RP3、电位器RP4、电解电容C1、电解电容C2、电解电容C3、电解电容C4、电解电容C5、电解电容C6、二极管VD2、稳压管VS、NPN三极管VT1、NPN三极管VT2、NPN三极管VT3、NPN三极管VT4、NPN三极管VT5和熔断器FU1；

自耦变压器T1的绕组由W1、W2、W3和W4四段依次连接，每相邻两个绕组之间具有抽头；W1绕组的一端作为自耦变压器T1的首端，W4绕组的一端作为自耦变压器T1的末端；

太阳能电池的负极电源输出端同时连接电解电容C1的负极、自耦变压器T1的末端和变压器T2原边线圈的一端；

太阳能电池的正极电源输出端同时连接电解电容C1的正极和MOS开关管V的一端，MOS开关管V的另一端连接中间继电器K1的动触头，中间继电器K1的静触头常开触点同时连接中间继电器K2的静触头常闭触点和自耦变压器T1的首端，W1绕组和W2绕组之间的抽头连接中间继电器K2的静触头常开触点，中间继电器K2的动触头连接中间继电器K3常闭开关的一端，中间继电器K3常闭开关的另一端连接变压器T2原边线圈的另一端；

W2绕组和W3绕组之间的抽头连接中间继电器K1的静触头常闭触点，

W3绕组和W4绕组之间的抽头同时连接电解电容C2的正极、电阻R1的一端、电解电容C3的正极、中间继电器K1线圈的一端、电阻R2的一端、电解电容C4的正极、中间继电器K2线圈的一端、电阻R3的一端、电解电容C5的正极和中间继电器K3线圈的一端；

电阻R1的另一端连接电位器RP1的一个固定端，电位器RP1的活动端连接NPN三极管VT1的基极，NPN三极管VT1的集电极同时连接电解电容C3的负极和中间继电器K1线圈的另一端；

电阻R2的另一端连接电位器RP2的一个固定端，电位器RP2的活动端连接NPN三极管VT2的基极，NPN三极管VT2的集电极同时连接电解电容C4的负极和中间继电器K2线圈的另一端；

电阻R3的另一端连接电位器RP3的一个固定端，电位器RP3的活动端连接NPN三极管VT3的基极，NPN三极管VT3的集电极同时连接电解电容C5的负极和中间继电器K3线圈的另一端；

自耦变压器T1的末端还同时连接电解电容C2的负极、电位器RP1的另一个固定端、NPN三极管VT1的发射极、电位器RP2的另一个固定端、NPN三极管VT2的发射极、电位器RP3的另一个固定端和NPN三极管VT3的发射极；

变压器T2副边线圈的一端同时连接电解电容C6的正极、电阻R4的一端、NPN三极管VT4的集电极和NPN三极管VT5的集电极；NPN三极管VT4的发射极连接NPN三极管VT5的基极；NPN三极管VT4的基极连接运放A的输出端，运放A的同相输入端同时连接电阻R4的另一端和稳压二极管VS的阴极，运放A的反相输入端连接电位器RP4的活动端，电位器RP4的一个固定端连接电阻R6的一端，电位器RP4的另一个固定端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端同时连接NPN三极管VT5的发射极和二极管VD2的阳极，二极管VD2的阴极同时连接蓄电池GB的正极和熔断器FU1的一端，熔断器FU1的另一端作为12V直流电源的正极输出端；

变压器T2副边线圈的另一端同时连接电解电容C6的负极、稳压二极管VS的阳极、电阻R6的另一端和蓄电池GB的负极，并作为12V直流电源的负极输出端。

本实用新型的优点：本实用新型所述太阳能光伏控制系统结构简单，对太阳能电池输出的电压半波逆变，对半波逆变后的交流电压进行初步处理，将其稳定在220V左右，然后再处理成输出+12V直流电压为负载提供直流电源，在太阳强时还能产生+12V电压为蓄电池充电，阴天时，由蓄电池为负载供电，达到了无论阴天、晴天，均能稳定地输出12V直流电压，更好的为用户提供电能。

附图说明

图1是本实用新型所述太阳能光伏控制系统的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述太阳能光伏控制系统包括自耦变压器T1、变压器T2、中间继电器K1、中间继电器K2、中间继电器K3、蓄电池GB、MOS开关管V、运放A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电位器RP1、电位器RP2、电位器RP3、电位器RP4、电解电容C1、电解电容C2、电解电容C3、电解电容C4、电解电容C5、电解电容C6、二极管VD2、稳压管VS、NPN三极管VT1、NPN三极管VT2、NPN三极管VT3、NPN三极管VT4、NPN三极管VT5和熔断器FU1；

自耦变压器T1的绕组由W1、W2、W3和W4四段依次连接，每相邻两个绕组之间具有抽头；W1绕组的一端作为自耦变压器T1的首端，W4绕组的一端作为自耦变压器T1的末端；

太阳能电池的负极电源输出端同时连接电解电容C1的负极、自耦变压器T1的末端和变压器T2原边线圈的一端；

太阳能电池的正极电源输出端同时连接电解电容C1的正极和MOS开关管V的一端，MOS开关管V的另一端连接中间继电器K1的动触头，中间继电器K1的静触头常开触点同时连接中间继电器K2的静触头常闭触点和自耦变压器T1的首端，W1绕组和W2绕组之间的抽头连接中间继电器K2的静触头常开触点，中间继电器K2的动触头连接中间继电器K3常闭开关的一端，中间继电器K3常闭开关的另一端连接变压器T2原边线圈的另一端；

W2绕组和W3绕组之间的抽头连接中间继电器K1的静触头常闭触点，

W3绕组和W4绕组之间的抽头同时连接电解电容C2的正极、电阻R1的一端、电解电容C3的正极、中间继电器K1线圈的一端、电阻R2的一端、电解电容C4的正极、中间继电器K2线圈的一端、电阻R3的一端、电解电容C5的正极和中间继电器K3线圈的一端；

电阻R1的另一端连接电位器RP1的一个固定端，电位器RP1的活动端连接NPN三极管VT1的基极，NPN三极管VT1的集电极同时连接电解电容C3的负极和中间继电器K1线圈的另一端；

电阻R2的另一端连接电位器RP2的一个固定端，电位器RP2的活动端连接NPN三极管VT2的基极，NPN三极管VT2的集电极同时连接电解电容C4的负极和中间继电器K2线圈的另一端；

电阻R3的另一端连接电位器RP3的一个固定端，电位器RP3的活动端连接NPN三极管VT3的基极，NPN三极管VT3的集电极同时连接电解电容C5的负极和中间继电器K3线圈的另一端；

自耦变压器T1的末端还同时连接电解电容C2的负极、电位器RP1的另一个固定端、NPN三极管VT1的发射极、电位器RP2的另一个固定端、NPN三极管VT2的发射极、电位器RP3的另一个固定端和NPN三极管VT3的发射极；

变压器T2副边线圈的一端同时连接电解电容C6的正极、电阻R4的一端、NPN三极管VT4的集电极和NPN三极管VT5的集电极；NPN三极管VT4的发射极连接NPN三极管VT5的基极；NPN三极管VT4的基极连接运放A的输出端，运放A的同相输入端同时连接电阻R4的另一端和稳压二极管VS的阴极，运放A的反相输入端连接电位器RP4的活动端，电位器RP4的一个固定端连接电阻R6的一端，电位器RP4的另一个固定端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端同时连接NPN三极管VT5的发射极和二极管VD2的阳极，二极管VD2的阴极同时连接蓄电池GB的正极和熔断器FU1的一端，熔断器FU1的另一端作为12V直流电源的正极输出端；

变压器T2副边线圈的另一端同时连接电解电容C6的负极、稳压二极管VS的阳极、电阻R6的另一端和蓄电池GB的负极，并作为12V直流电源的负极输出端。

MOS开关管V采用NMOS开关管或PMOS开关管，且均在源、漏极之间反向并联二极管VD1。

W1绕组为135匝，W2绕组为120匝，W3绕组为820匝，W4绕组为44匝。

工作原理：太阳能电池输出的直流电是不稳定的，这样的电压是不能直接给负载的，人们为了利用这一直流电必须对其进行有效的稳定，本实施方式给出的就是稳定控制电路，使其稳定输出+12V直流电源。

本实施方式首先将波动幅度大太阳能电池输出的直流电压由MOS管V进行半波逆变为交流电压，该交流电压为正半波交流电，首先对该交流电压进行初步稳定，即图1的中间部分电路，让其初步稳定输出220V左右，该交流电压再经图1下半部分电路处理输出稳定的+12V直流电给负载。

升/降压控制电路由K1、K2的控制触头和自耦变压器T1组成。过电压保护电路由R3、RP3、VT3、C5和K3组成。

当太阳能电池输出直流电逆变输出的交流电压低于190V时，K1～K3均处于释放状态，各继电器的常闭触头均接通，常开触头断开，该190V交流电压经T1的W2、W1绕组升压为220V左右后输出。

当输出直流电逆变输出的交流电压低于220V时，使K2通电吸合，其常闭触头断开，常开触头闭合，该220V交流电压经T1的W2绕组升压为220V左右后输出。

当输出直流电逆变输出的交流电压低于255V时，K1和K2吸合，发电机输出的交流电压经T1的W1绕组降至220V左右输出。

当输出直流电逆变输出的交流电压高于270V时，K3吸合，K3常闭触头断开，断开输出电路，保护了负载的安全。

经过上述电路初步处理，输出220V左右的交流电源，该220V左右的正半波交流电源经C6滤波后输出平滑直流，即产生一个随太阳强度大小及负载轻重变换而变化的平滑直流电压，一般在0～40V之间波动，该直流电压经由运放A、RP4、R5、R6、VS、VT4和VT5构成具有放大环节的串联型稳压电路进行稳压、VT4、VT5扩大电流输出为+12.7V后，再经VD2对蓄电池GB充电。当蓄电池GB端电压低于12V时，经VT4、VT5向蓄电池GB充电，直到蓄电池GB的端电压达到标称值12V。所述具有放大环节的串联型稳压电路引入深度电压负反馈，输出电阻趋近于零，输出电压相当稳压。

当太阳强度较大时，太阳能电池输出电压较高，经初步稳压后输出的交流电压超过220V，经整流滤波后的直流电压达到18V～40V，经VT4、VT5输出的稳压直流电源正常工作，向负载供电；若阴天或太阳强度较小时，太阳能电池输出电压偏低，经整流滤波后的直流电压低于18V时，则VD2因VT4、VT5输出电压低于+12.7V而截止，改由蓄电池GB为负载提供+12V电压。

可见经过两步稳压及处理，可稳压输出+12V电压给负载。

Claims (3)

1.太阳能光伏控制系统，其特征在于，包括自耦变压器T1、变压器T2、中间继电器K1、中间继电器K2、中间继电器K3、蓄电池GB、MOS开关管V、运放A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电位器RP1、电位器RP2、电位器RP3、电位器RP4、电解电容C1、电解电容C2、电解电容C3、电解电容C4、电解电容C5、电解电容C6、二极管VD2、稳压管VS、NPN三极管VT1、NPN三极管VT2、NPN三极管VT3、NPN三极管VT4、NPN三极管VT5和熔断器FU1；

自耦变压器T1的绕组由W1、W2、W3和W4四段依次连接，每相邻两个绕组之间具有抽头；W1绕组的一端作为自耦变压器T1的首端，W4绕组的一端作为自耦变压器T1的末端；

太阳能电池的负极电源输出端同时连接电解电容C1的负极、自耦变压器T1的末端和变压器T2原边线圈的一端；

太阳能电池的正极电源输出端同时连接电解电容C1的正极和MOS开关管V的一端，MOS开关管V的另一端连接中间继电器K1的动触头，中间继电器K1的静触头常开触点同时连接中间继电器K2的静触头常闭触点和自耦变压器T1的首端，W1绕组和W2绕组之间的抽头连接中间继电器K2的静触头常开触点，中间继电器K2的动触头连接中间继电器K3常闭开关的一端，中间继电器K3常闭开关的另一端连接变压器T2原边线圈的另一端；

W2绕组和W3绕组之间的抽头连接中间继电器K1的静触头常闭触点，

W3绕组和W4绕组之间的抽头同时连接电解电容C2的正极、电阻R1的一端、电解电容C3的正极、中间继电器K1线圈的一端、电阻R2的一端、电解电容C4的正极、中间继电器K2线圈的一端、电阻R3的一端、电解电容C5的正极和中间继电器K3线圈的一端；

电阻R1的另一端连接电位器RP1的一个固定端，电位器RP1的活动端连接NPN三极管VT1的基极，NPN三极管VT1的集电极同时连接电解电容C3的负极和中间继电器K1线圈的另一端；

电阻R2的另一端连接电位器RP2的一个固定端，电位器RP2的活动端连接NPN三极管VT2的基极，NPN三极管VT2的集电极同时连接电解电容C4的负极和中间继电器K2线圈的另一端；

电阻R3的另一端连接电位器RP3的一个固定端，电位器RP3的活动端连接NPN三极管VT3的基极，NPN三极管VT3的集电极同时连接电解电容C5的负极和中间继电器K3线圈的另一端；

自耦变压器T1的末端还同时连接电解电容C2的负极、电位器RP1的另一个固定端、NPN三极管VT1的发射极、电位器RP2的另一个固定端、NPN三极管VT2的发射极、电位器RP3的另一个固定端和NPN三极管VT3的发射极；

变压器T2副边线圈的一端同时连接电解电容C6的正极、电阻R4的一端、NPN三极管VT4的集电极和NPN三极管VT5的集电极；NPN三极管VT4的发射极连接NPN三极管VT5的基极；NPN三极管VT4的基极连接运放A的输出端，运放A的同相输入端同时连接电阻R4的另一端和稳压二极管VS的阴极，运放A的反相输入端连接电位器RP4的活动端，电位器RP4的一个固定端连接电阻R6的一端，电位器RP4的另一个固定端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端同时连接NPN三极管VT5的发射极和二极管VD2的阳极，二极管VD2的阴极同时连接蓄电池GB的正极和熔断器FU1的一端，熔断器FU1的另一端作为12V直流电源的正极输出端；

变压器T2副边线圈的另一端同时连接电解电容C6的负极、稳压二极管VS的阳极、电阻R6的另一端和蓄电池GB的负极，并作为12V直流电源的负极输出端。

2.根据权利要求1所述太阳能光伏控制系统，其特征在于，MOS开关管V采用NMOS开关管或PMOS开关管，且均在源、漏极之间反向并联二极管VD1。

3.根据权利要求1所述太阳能光伏控制系统，其特征在于，W1绕组为135匝，W2绕组为120匝，W3绕组为820匝，W4绕组为44匝。