CN206490626U - 太阳能能源转换装置以及移动式太阳能泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能能源转换装置，用于驱动一电动机，电动机驱动一泵。太阳能能源转换装置包括一太阳能转换模块、一控制模所述组以及一电压电流检测电路。太阳能转换模块电性连接电动机，用于转换吸收的太阳能为电能，并输出一输出电压以及一输出电流，用以驱动电动机。电压电流检测电路检测太阳能转换模块的输出电压以及输出电流，并根据输出电压或输出电流传送一对应输出电压以及输出电流的一回授信号至控制模块。

Description

太阳能能源转换装置以及移动式太阳能泵系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能能源转换装置以及移动式太阳能泵系统，尤其涉及一种不具电池的太阳能能源转换装置以及移动式太阳能泵系统。

背景技术

近年来的太阳能发电相关设备，都是将太阳日照的光能转换为电能，部分储存于电能储存装置(电池)中，部分则转换为交流电能传输至远方以提供终端设备使用。然而在电能储存过程中易产生耗损，且电池成本高使用寿命短。

如何提供一种可以降低能量损耗以及系统成本，且提供最大输出功率的太阳能泵系统，显然已经是业界的一个重要课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型公开了一种太阳能能源转换装置，用于驱动一电动机，电动机驱动一泵。太阳能能源转换装置包括一太阳能转换模块、一控制模块以及一电压电流检测电路。太阳能转换模块电性连接电动机，用于转换吸收的太阳能为电能，并输出一输出电压以及一输出电流，用以驱动电动机。电压电流检测电路检测太阳能转换模块的输出电压以及输出电流，并根据输出电压或输出电流传送一对应输出电压以及输出电流的一回授信号至控制模块。

优选地，控制模块根据回授信号决定电动机的工作状态。

其中，控制模块根据输出电压以及输出电流去追踪太阳能转换模块的一最大输出功率工作点，控制模块根据太阳能转换模块的最大输出功率工作点驱动电动机。

优选地，电动机为一直流无刷电动机。

优选地，太阳能能源转换装置设置在一移动载具上。

本实用新型实施例公开了一种移动式太阳能泵系统，其包括一太阳能能源转换装置、一电动机以及一泵。太阳能能源转换装置，包括一太阳能转换模块、一控制模块以及一电压电流检测电路。太阳能转换模块用于转换吸收的太阳能为电能，并输出一输出电压以及一输出电流；电压电流检测电路检测太阳能转换模块的输出电压以及输出电流，并根据输出电压或输出电流传送一对应的一回授信号至控制模块。泵连接电动机，电动机驱动泵。其中，太阳能能源转换装置电性连接电动机。

优选地，控制模块根据回授信号决定电动机的转动状态。

优选地，控制模块根据输出电压以及输出电流去追踪太阳能转换模块的一最大输出功率工作点，控制模块根据太阳能转换模块的最大输出功率工作点驱动电动机。

优选地，电动机为一直流无刷电动机。

优选地，太阳能能源转换装置设置在一移动载具上，电动机以及泵设置在一预定位置，太阳能能源转换装置根据移动载具的位置变换而移动。

优选地，太阳能能源转换装置、电动机以及泵设置在一移动载具上。

综上所述，本实用新型实施例的太阳能泵系统，由于不配置电能储存装置，因此太阳能转换模块经过光电转换的所有电能，都可以通过控制模块控制直流电动机以使太阳能转换模块工作在最大输出功率的工作点上，有效地利用所有的电能，再者，更由于电压电流检测电路能够实时地檢測太阳能转换模块的输出电压以及输出电流，使得控制模块可以实时地根据太阳能转换模块目前的输出功率调整电动机的工作状态，不仅可以有效率地利用光电转换后的电能，更可实时调整电动机以匹配太阳能转换模块的工作状态。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为本实用新型实施例的太阳能泵系统的示意图。

图2绘示为本实用新型实施例的太阳能能源转换装置的工作曲线图。

图3绘示为本实用新型实施例的太阳能泵系统的另一示意图。

图4绘示为本实用新型实施例的太阳能泵系统的另一示意图。

具体实施方式

在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本实用新型概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本实用新型将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本实用新型概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似组件。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但此等组件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本实用新型概念的教示。如本文中所使用，术语「及/或」包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。

以下将以至少一种实施例配合图式来说明所述太阳能泵系统，然而，下述实施例并非用以限制本揭露内容。

〔本实用新型太阳能泵系统的实施例〕

请参照图1，图1绘示为本实用新型实施例的太阳能泵系统的示意图。

本实用新型的太阳能泵系统1包括一太阳能能源转换装置10、一电动机20以及一泵30。

其中，太阳能能源转换装置10电性连接电动机20以提供电动机20电能以驱动电动机20。电动机20连接泵30，透过电动机20的转动以驱动泵30，以进行抽水的工作。在本实施例中，太阳能泵系统1是用于抽取地下水或是一沼泽地、或是一湖泊的水分。也可用于将低处的水分抽取至高处的水塔或是储水设备，其用途在本实用新型中不作限制。

太阳能能源转换装置10包括一控制模块101、一太阳能转换模块102以及一电压电流检测电路103。太阳能能源转换装置10电性连接电动机20，用以输出一输出电压以及一输出电流以驱动电动机20。

太阳能转换模块102包括一太阳能板(图未示)以及一光电转换单元(图未示)。太阳能板(图未示)用于接收光能，并将其传送至光电转换单元(图未示)以转换为一直流电能。

目前的太阳能板是以硅基半导体作为基础的产品，其利用P型半导体以及N型半导体接合而成，当太阳光照射到太阳能板时，则会产生电子、电洞的流动，而以导线连接，则可产生电流。一般来说，太阳光的能量大部分在1-3电子伏特之间，因此，若能透过适当的设计，则能够吸收1.5电子伏特。

然而，现今太阳能板(图未示)的转换效率越趋增高，加上其转换出一直流电能，因此在应用上，也越趋多样化。

在本实施例中，太阳能板(图未示)输出的电压以及电流根据太阳能板的尺寸大小而决定，而输出电压的以及输出电流的大小可根据控制模块101、电动机20以及泵30的规格而定，在本实用新型中不作限制，因此，太阳能板(图未示)的尺寸大小也依据实际需求进行设计，在本实用新型中不作限制。

本实施例中，控制模块101用于提供一驱动信号以及控制指令给电动机20，以及接收太阳能转换模块102转换的直流电能。在其他实施例中，控制模块101还可包括一电压转换模块(图未示)，用于将太阳能板(图未示)提供的直流电能转换为适用于电动机20的电压值。在其他实施例中，控制模块101还可包括一直流交流转换模块(图未示)，用于将太阳能板(图未示)提供的直流电能转换为一交流电压，用于驱动一交流电动机。因此电动机20的种类在本实用新型中不作限制，可依据实际需求进行选用。不过交流直流转换模块的转换效率可以达到90％，然而，为了更有效的利用太阳能板(图未示)的输出电能，在本实施例中，太阳能泵统1的控制模块101并不包括直流直流转换器或是直流交流转换器，以减少能量转换的损耗，此外，电动机20为一直流电动机，可以直接用太阳能转换模块102输出的直流电压进行驱动。

电压电流检测电路103是用于检测太阳能转换模块102的输出电压以及输出电流，并根据输出电压或输出电流传送一对应的一回授信号至控制模块101。在本实施例中，太阳能转换模块102的太阳能板(图未示)所接收的光能所转换出的直流电能是完全被用于驱动电动机20，并不会储存在任何电能储存装置中，例如电池或是超级电容中。因此需要通过电压电流检测电路103检测太阳能转换模块102的输出电压以及输出电流，以提供控制模块101判断现在太阳能转换模块102所能提供的最大输出功率，并且根据负载(电动机20以及泵30)的需求，以决定一最佳工作点。

请参照图2，图2绘示为本实用新型实施例的太阳能能源转换装置之工作曲线图。也就是图2是太阳能能源转换装置10的太阳能转换模块102在不同输出电压、输出电流以及不同负载下的电压电流曲线图。

由于太阳能板(图未示)的输出电压与电流有非线性的特性，输出功率曲线会随着在不同的温度与日照量下，各有不同的工作曲线，而每一条工作曲线都可以找到一个最大功率点(maximum power point,MPP)。在本实施例中，控制模块101即是根据每一工作曲线的最大功率点，控制电动机20以及泵。而电动机20则是根据控制模块101提供的输出电压以及输出电流进行转速的线性调控。

在本实施例中，太阳能板(图未示)为多块太阳能板单元(图未示)所组成，其可采用并联或是串联的形式组成，在本实用新型中不作限制。然而太阳能板(图未示)上有阴影时(例如乌云、尘埃、鸟兽粪便等)，即无法有效地将光能转换为电能，此时太阳能板(图未示)的发电效率会大幅衰减，因此，电压电流检测电路103即是主动地检测太阳能板(图未示)的输出电压以及输出电流，以追踪太阳能板(图未示)输出功率的变化。而且，由于太阳光照会根据天候、时间等变化，因此太阳能板(图未示)的输出功率也会根据光照状态而有差异。

在本实施例中，控制模块101透过控制电动机20的转速以检测太阳能转换模块102的输出电压以及输出电流的变化，也就是，电压电流检测电路102会随时提供控制模块101一对应于太阳能转换模块102的输出电压以及输出电流的回授信号。控制模块101则根据电压电流转换模块103以及负载(电动机20的转速或耗电量)，决定太阳能转换模块102的工作模式。

在本实施例中，太阳能泵系统1并没有包括一电能储存装置，因此太阳能转换模块102光电转换的电能，就会全部都用在电动机20以及泵30上，由于泵30连接在电动机20，以转换电动机20的机械能为主，因此，在本实施例中，太阳能转换模块102主要的负载就是电动机20。就如同利用连接水塔的水管清洗事物一样，水塔就如同太阳能转换模块102，其可提供的水量在这一个时间区间中是固定的，水管的输出功率就如同本实施例中的电动机20，输出功率可以透过挤压水管的管口而改变，管口小(电流小)，输出水流就强劲(电压高)。管口大(电流大)，输出水流就微弱(电压低)。然而，实际的输出功率却相同，只有水管开口大小达到优化时，才能产生使用者想要的水压和流量，以获得最好的冲洗力量。

在本实施例中，电动机20为一直流无刷电动机，其不具备电刷，转子则为多个永久磁铁，而定子则为多个线圈。由于直流无刷电动机可以线性调整输出转速。

因此，在本实施例中，是利用调整电动机20的转速，来找寻太阳能转换模块102在目前的状态下的最佳工作点，请参照图2中实线I，当电动机20的转速提高时，也就是太阳能转换模块102的输出电流需要增加，而相对地，太阳能转换模块102的输出电压也会随的降低。当太阳能转换模块102的输出电流增加到一个程度时(图2实线I上的交点A)。太阳能转换模块102的输出电压集会急遽的降低，因此，控制模块101就会判断太阳能转换模块102在目前的输出功率下，已经达到最佳工作点。

然而，由于太阳能转换模块102的工作状态并不会一成不变，在一时间区间内，太阳能转换模块102的输出功率可能会从实线I转换到实线II甚至是实线III，或是由实线III转换到实线I或实线II。在本实施例中，控制模块101可以通过电压电流检测电路103实时地检测太阳能转换模块102的输出电压以及输出电流，以得到实时的回授信号，适当的调整电动机20的输出转速。

也就是，在本实施例中，在太阳能转换模块102输出一输出电压以及一输出电流的情况下，控制模块101可以先调整电动机20的转速从0到一预定转速(例如2000rpm)。控制模块101可以根据电压电流检测电路103提供的对应太阳能转换模块102的输出电压以及输出电流的回授信号，以计算出最佳工作点，也就是最大输出功率。而当太阳能转换模块102的输出电压以及输出电流由实线I转换到实线II时，控制模块101可以调高或是调低电动机20的转速，以寻找最大输出功率，也就是从图2中的交点A调整至交点B。

在其他实施例中，太阳能转换模块102可以设定在较低的输出功率工作，例如最大输出功率的九成，以提高设备的使用寿命，而工作模式的设定，可以根据实际需求进行调整，在本实用新型不作限制。

请参照图3以及图4，图3绘示为本实用新型实施例的太阳能泵系统的另一示意图。图4绘示为本实用新型实施例的太阳能泵系统的另一示意图。

图3中的太阳能泵系统1，将太阳能能源转换装置10设置在一移动载具2上，在本实施例中，移动载具2是一台货车，在其他实施例中，移动载具2可以其他可移动的载具，本实用新型不作限制。而电动机20以及泵30则设置在一预定位置，例如湖泊3的岸边。而设置在移动载具2上的太阳能能源转换装置1则可透过一线材电性连接电动机20以驱动电动机20，将湖泊3中的水分抽取至移动载具2上的水塔4。

图4则是将太阳能泵系统1’的太阳能能源转换装置10’、电动机20’、泵30’以及水塔4’都设置在移动载具2’上，成为可在不同湖泊3’、沼泽之间移动的活动抽水站。在其他实施例中，使用者可根据实际需求调整太阳能能源转换装置10’、电动机20’、泵30’设置的方式，以适用于不同的情况。

〔实施例的可能功效〕

综上所述，本实用新型实施例的太阳能泵系统，由于不配置电能储存装置，因此太阳能转换模块经过光电转换的所有电能，都可以通过控制模块控制直流电动机以使太阳能转换模块工作在最大输出功率的工作点上，有效地利用所有的电能，再者，更由于电压电流检测电路能够实时地检测太阳能转换模块的输出电压以及输出电流，使得控制模块可以实时地根据太阳能转换模块目前的输出功率调整电动机的工作状态，不仅可以有效率地利用光电转换后的电能，更可实时调整电动机以匹配太阳能转换模块的工作状态。

以上所述仅为本实用新型的实施例，其并非用以局限本实用新型的专利范围。

Claims (10)

1.一种太阳能能源转换装置，用于驱动一电动机，所述电动机驱动一泵，其特征在于，该太阳能能源转换装置包括：

一太阳能转换模块，电性连接所述电动机，用于转换吸收的太阳能为电能，并输出一输出电压以及一输出电流，用以驱动所述电动机；

一控制模块：以及

一电压电流检测电路，检测所述太阳能转换模块的所述输出电压以及所述输出电流，并根据所述输出电压或所述输出电流传送一对应所述输出电压以及所述输出电流的一回授信号至所述控制模块；

其中，所述控制模块根据所述电动机模块的转动状态以及所述回授信号决定所述太阳能转换模块的工作状态。

2.如权利要求1所述的太阳能能源转换装置，其特征在于，所述控制模块根据所述回授信号决定所述电动机的工作状态。

3.如权利要求1所述的太阳能能源转换装置，其特征在于，所述控制模块根据所述输出电压以及所述输出电流去追踪所述太阳能转换模块的一最大输出功率工作点，所述控制模块根据所述太阳能转换模块的所述最大输出功率工作点驱动所述电动机。

4.如权利要求1所述的太阳能能源转换装置，其特征在于，所述电动机为一直流无刷电动机。

5.如权利要求1所述的太阳能能源转换装置，其特征在于，所述太阳能能源转换装置设置在一移动载具上。

6.一种移动式太阳能泵系统，其特征在于，包括：

一太阳能能源转换装置，包括：

一太阳能转换模块，用于转换吸收的太阳能为电能，并输出一输出电压以及一输出电流；

一控制模块；以及

一电压电流检测电路，检测所述太阳能转换模块的所述输出电压以及所述输出电流，并根据所述输出电压或所述输出电流传送一对应的一回授信号至所述控制模块；

一电动机；以及

一泵，连接所述电动机，所述电动机驱动所述泵；

其中，所述太阳能能源转换装置电性连接所述电动机，所述控制模块根据所述电动机模块的转动状态以及所述回授信号决定所述太阳能转换模块的工作状态。

7.如权利要求6所述的移动式太阳能泵系统，其特征在于，所述控制模块根据所述回授信号决定所述电动机的工作状态。

8.如权利要求6所述的移动式太阳能泵系统，其特征在于，所述控制模块根据所述输出电压以及所述输出电流去追踪所述太阳能转换模块的一最大输出功率工作点，所述控制模块根据所述太阳能转换模块的所述最大输出功率工作点驱动所述电动机。

9.如权利要求6所述的移动式太阳能泵系统，其特征在于，所述太阳能能源转换装置设置在一移动载具上，所述电动机以及所述泵设置在一预定位置，所述太阳能能源转换装置根据所述移动载具的位置变换而移动。

10.如权利要求6所述的移动式太阳能泵系统，其特征在于，所述太阳能能源转换装置、所述电动机以及所述泵设置在一移动载具上。