CN206060338U - 一种光伏直流空调控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光伏控制器的技术领域,它涉及一种光伏直流空调控制器，包括给控制器输入电能的光伏电池、用于在光伏电池处于非输出状态时输出电能至直流空调的储能器，控制器包括中央处理模块、光伏充电模块、DC/DC转换模块，所述光伏充电模块内设有第一Buck电路并通过第一Buck电路降压变换光伏电池输出的电能后再传输至储能器为其充电，所述DC/DC转换模块内设有第二Buck电路并升压变换光伏电池输出的电能再传输至直流空调为其供电，所述中央处理模块通过MPPT控制器控制光伏充电模块，本实用新型结构合理简单，实用性强，对储能电池实现精细化控制，储能电池充电更为稳定。

Description

一种光伏直流空调控制器

技术领域

本实用新型涉及光伏控制器的技术领域,更具体地说，它涉及一种光伏直流空调控制器。

背景技术

光伏控制器是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。光伏控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，光伏控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。

光伏直流空调控制器的基本原理是利用太阳电池将太阳能直接转换为电能，向直流空调提供稳定的优质的直流电能的同时也对后备的储能电池（蓄电池或锂电池）进行充电。在光伏充足的前提下，白天向负载供电的同时向储能电池储能，在阴雨天或晚上通过储能电池向直流空调供电。

目前国内外的光伏控制器的对储能电池的充电方式大多采用在线浮充，也就是说光伏控制器向负载供电时会一直对电池进行浮充，很难对储能电池的充电做到精细化控制，导致电池使用寿命下降，而且空调的电压是不稳定的，会随着储能电池充电电压变化而变化，大大影响了直流空调的工作稳定性性。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构合理简单，实用性强，对储能电池实现精细化控制，储能电池充电更为稳定的光伏直流空调控制器。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种光伏直流空调控制器，所述控制器包括中央处理模块、光伏充电模块、DC/DC转换模块，所述光伏充电模块内设有第一Buck电路并通过第一Buck电路降压变换光伏电池输出的电能后再传输至储能器为其充电，所述DC/DC转换模块内设有第二Buck电路并升压变换光伏电池输出的电能再传输至直流空调为其供电，所述中央处理模块通过MPPT控制器控制光伏充电模块。

通过采用上述技术方案，采用二路独立的第一Buck电路和第二Buck电路为直流空调供电和储能器充电，向直流空调输出的电压均是稳定的，避免了直流空调的电压随着储能器充电电压变化而变化。

MPPT控制器的设置使得对光伏充电模块实现MPPT的控制模式，取确保了能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对储能器充电。可有效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电，不产生环境污染。

本实用新型进一步设置为：所述中央处理模板包括信号采集模块、信号分析模块及命令输出模块，所述信号采集模块收取光伏电池输出的光伏信号、DC/DC转换模块的输出信号及储能器的电量信号；信号分析模块根据信号采集模块收集的信号判断光伏信号强弱后，命令输出模块输出对储能器进行充电的同时对直流空调供电、判断储能器满足充电条件且直流空调处于运行状态或非运行状态下，命令输出模块输出控制光伏充电模块对储能器进行充电、判断储能器是否满足电能传输至给直流空调供电的条件，命令输出模块输出控制DC/DC转换模块将储能器的电能供给至直流空调。

通过采用上述技术方案，通过中央处理模板内的信号采集模块、信号分析模块及命令输出模块实现了智能化管理及精准化管理，保证了储能器和直流空调在充电和供电时的电压稳定。

本实用新型进一步设置为：所述信号分析模块包括检测光伏电池输出电能强弱的光照检测模块、检测储能器电量多少的蓄能检测模块、检测直流空调是否通电的辅助检测模块。

通过采用上述技术方案，信号分析模块当中的各个对应部件的检测模块确保了精细化控制管理。

本实用新型进一步设置为：光伏充电模块通过第一Buck电路实现三段曲线模式对储能器进行充电。

本实用新型进一步设置为：所述三段曲线模式在第一充电阶段时，光伏电池经过第一Buck电路降压变换电路以恒定电流充至储能器，该期间光伏电池的充电电流保持恒定，充入电量快速增加，储能器电压上升。

通过采用上述技术方案，中央处理模块对光伏充电模块的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比，起到软启动的作用，避免在储能器处于冷态的情况下，直接充入大电流对储能器造成损害，延长使用寿命。

本实用新型进一步设置为：所述三段曲线模式在第二充电阶段时，光伏电池充电电压保持恒定，充入电量继续增加，储能器电压缓慢上升，充电电流下降。

通过采用上述技术方案，当中央处理模块对光伏充电模块的控制信号的占空比增大至最大允许占空比之后，在所述储能器的电量小于第一预设电量阈值时，所述中央处理模块对所述光伏充电模块执行第二充电阶段控制。

本实用新型进一步设置为：所述三段曲线模式在第三充电阶段前，储能器充满，充电电流下降到第一浮充转换电流，储能器充电电压降低到浮充电压，在正式进入第三充电阶段时，储能器充电电压保持为浮充电压。

通过采用上述技术方案，所述储能器的电量大于或等于所述第一预设电量阈值时，所述中央处理模块对所述光伏充电模块执行第三充电阶段控制，其中，在所述第三充电阶段，所述中央处理模块对所述光伏充电模块的控制信号的占空比为第一预设占空比，所述第一预设占空比大于所述最小允许占空比小于所述最大允许占空比。在储能器的电量达到第一预设电量阈值时，降低控制信号的占空比，可以减轻储能器内的极化现象和电解水现象。

附图说明

图1为本实用新型的框图。

图2为本实用新型中央控制模块的模块图。

图3为本实用新型光伏充电模块的电路结构示意图。

图4为本实用新型MPPT控制器控制过程中光伏电池输出功率与输出电压关系曲线示意图。

具体实施方式

参照图1至图4对本实用新型的实施例做进一步说明。

一种光伏直流空调4控制器1，包括给控制器1输入电能的光伏电池2、用于在光伏电池2处于非输出状态时输出电能至直流空调4的储能器3，所述控制器1包括中央处理模块、光伏充电模块、DC/DC转换模块，所述光伏充电模块内设有第一Buck电路并通过第一Buck电路降压变换光伏电池2输出的电能后再传输至储能器3为其充电，所述DC/DC转换模块内设有第二Buck电路并升压变换光伏电池2输出的电能再传输至直流空调4为其供电，所述中央处理模块通过MPPT控制器1控制光伏充电模块。

其中，光伏电池2可以是单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜电池或者柔性电池。其作用是通过光电转化将太阳能转化为电能，为储能器3充电，或者在光照充足时可以通过升压为直流空调4器提供直流电。

其中，直流空调4器采用全直流供电，内部的风机和压缩机都采用直流变频控制，四通阀也采用直流四通阀，其作用是为室内换气、在夏季降温以及冬季制热，提高直流空调4器所处地的舒适度，直流空调4器采用直流供电，减少了电能变换环节，提高了电能利用率。

其中，储能器3起到储能和供电的作用，在光伏电池2处于非输出状态时输出电能为直流空调4器供电。具体地，在直流空调4器不工作时将光伏电池2输出的电能存储起来，在光伏电池2无输出例如夜间或者时，释放出电能为直流空调4器使用。

其中，光伏充电电路用于将光伏充电模块用于将光伏电池2输出的电能传输至储能器3充电。具体地，光伏充电模块可以是简化版的二极管直充电路，或者是背靠背的双MOS管(或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等全控型功率开关器件 ) 组成的可以防接反和防倒灌的双向可控充电电路，甚至可以是带高频隔离变压器的推挽、双管正激、半桥或者全桥电路拓扑结构，以及在前述结构基础上延伸出来的软开关谐振电路等。本实用新型采用的是Buck非隔离电能变换电路，如图3所示即为由MOS管Q、二极管D、电感L 和电容 C 构成的传统的 Buck 变换电路，其电路组成结构不再详细赘述。光伏充电模块采用此类电能变换的电路，可以实现对光伏电池2进行 MPPT 控制。

DC/DC转换模块用于将光伏电池2输出的电能转换为直流空调4器工作所需电信号，可以为储能器3或者直接经过 DC/DC 转换模块升压供给直流空调4器使用。

采用二路独立的第一Buck电路和第二Buck电路为直流空调4供电和储能器3充电，向直流空调4输出的电压均是稳定的，避免了直流空调4的电压随着储能器3充电电压变化而变化。

MPPT控制器1的设置使得对光伏充电模块实现MPPT的控制模式，取确保了能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对储能器3充电。可有效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电，不产生环境污染。

中央处理模板包括信号采集模块、信号分析模块及命令输出模块，所述信号采集模块收取光伏电池2输出的光伏信号、DC/DC转换模块的输出信号及储能器3的电量信号；信号分析模块根据信号采集模块收集的信号判断光伏信号强弱后，命令输出模块输出对储能器3进行充电的同时对直流空调4供电、判断储能器3满足充电条件且直流空调4处于运行状态或非运行状态下，命令输出模块输出控制光伏充电模块对储能器3进行充电、判断储能器3是否满足电能传输至给直流空调4供电的条件，命令输出模块输出控制DC/DC转换模块将储能器3的电能供给至直流空调4。

通过中央处理模板内的信号采集模块、信号分析模块及命令输出模块实现了智能化管理及精准化管理，保证了储能器3和直流空调4在充电和供电时的电压稳定。

信号分析模块包括检测光伏电池2输出电能强弱的光照检测模块、检测储能器3电量多少的蓄能检测模块、检测直流空调4是否通电的辅助检测模块。

信号分析模块当中的各个对应部件的检测模块确保了精细化控制管理。

光伏充电模块通过第一Buck电路实现三段曲线模式对储能器3进行充电。

三段曲线模式在第一充电阶段时，光伏电池2经过第一Buck电路降压变换电路以恒定电流充至储能器3，该期间光伏电池2的充电电流保持恒定，充入电量快速增加，储能器3电压上升。

中央处理模块对光伏充电模块的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比，起到软启动的作用，避免在储能器3处于冷态的情况下，直接充入大电流对储能器3造成损害，延长使用寿命。

三段曲线模式在第二充电阶段时，光伏电池2充电电压保持恒定，充入电量继续增加，储能器3电压缓慢上升，充电电流下降。

当中央处理模块对光伏充电模块的控制信号的占空比增大至最大允许占空比之后，在所述储能器3的电量小于第一预设电量阈值时，所述中央处理模块对所述光伏充电模块执行第二充电阶段控制。

三段曲线模式在第三充电阶段前，储能器3充满，充电电流下降到第一浮充转换电流，储能器3充电电压降低到浮充电压，在正式进入第三充电阶段时，储能器3充电电压保持为浮充电压。

所述储能器3的电量大于或等于所述第一预设电量阈值时，所述中央处理模块对所述光伏充电模块执行第三充电阶段控制，其中，在所述第三充电阶段，所述中央处理模块对所述光伏充电模块的控制信号的占空比为第一预设占空比，所述第一预设占空比大于所述最小允许占空比小于所述最大允许占空比。在储能器3的电量达到第一预设电量阈值时，降低控制信号的占空比，可以减轻储能器3内的极化现象和电解水现象。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种光伏直流空调控制器，包括给控制器输入电能的光伏电池、用于在光伏电池处于非输出状态时输出电能至直流空调的储能器，其特征是：所述控制器包括中央处理模块、光伏充电模块、DC/DC转换模块，所述光伏充电模块内设有第一Buck电路并通过第一Buck电路降压变换光伏电池输出的电能后再传输至储能器为其充电，所述DC/DC转换模块内设有第二Buck电路并升压变换光伏电池输出的电能再传输至直流空调为其供电，所述中央处理模块通过MPPT控制器控制光伏充电模块。

2.根据权利要求1所述的一种光伏直流空调控制器，其特征是：所述中央处理模板包括信号采集模块、信号分析模块及命令输出模块，所述信号采集模块收取光伏电池输出的光伏信号、DC/DC转换模块的输出信号及储能器的电量信号；信号分析模块根据信号采集模块收集的信号判断光伏信号强弱后，命令输出模块输出对储能器进行充电的同时对直流空调供电、判断储能器满足充电条件且直流空调处于运行状态或非运行状态下，命令输出模块输出控制光伏充电模块对储能器进行充电、判断储能器是否满足电能传输至给直流空调供电的条件，命令输出模块输出控制DC/DC转换模块将储能器的电能供给至直流空调。

3.根据权利要求2所述的一种光伏直流空调控制器，其特征是：所述信号分析模块包括检测光伏电池输出电能强弱的光照检测模块、检测储能器电量多少的蓄能检测模块、检测直流空调是否通电的辅助检测模块。

4.根据权利要求2所述的一种光伏直流空调控制器，其特征是：所述光伏充电模块通过第一Buck电路实现三段曲线模式对储能器进行充电。

5.根据权利要求4所述的一种光伏直流空调控制器，其特征是：所述三段曲线模式在第一充电阶段时，光伏电池经过第一Buck电路降压变换电路以恒定电流充至储能器，该期间光伏电池的充电电流保持恒定，充入电量快速增加，储能器电压上升。

6.根据权利要求5所述的一种光伏直流空调控制器，其特征是：所述三段曲线模式在第二充电阶段时，光伏电池充电电压保持恒定，充入电量继续增加，储能器电压缓慢上升，充电电流下降。

7.根据权利要求5或6所述的一种光伏直流空调控制器，其特征是：所述三段曲线模式在第三充电阶段前，储能器充满，充电电流下降到第一浮充转换电流，储能器充电电压降低到浮充电压，在正式进入第三充电阶段时，储能器充电电压保持为浮充电压。