CN207398912U - 一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统 - Google Patents
一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统。该系统主要由太阳能电池板、太阳能充电控制器、可调稳压模块、两个快速响应程控开关、电压采样监测模块、微型控制器、输出端口、配电箱组成。电压采样监测模块采集太阳能充电控制器输出端电压信号，微型控制器读取电压采样监测模块的反馈信号来决定电路的工作状态。可调稳压模块输出取决于程控开关所处的状态，电路系统整体安装在配电箱中。本供电系统通过智能监测控制，使太阳能发电系统的负载运行达到稳定、安全的目的，同时提高青藏高原地区太阳能的利用效率。本实用新型成本较低，运行稳定可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统，该系统能够实现在青藏高原地区对当前高效率太阳能充电控制器存在的缺陷进行弥补，有效提高了青藏高原地区太阳能供电系统的稳定性和太阳能的利用率。
背景技术
太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源。而利用太阳能发电技术已经得到广泛应用，对于偏远无电地区尤其适用。例如，在我国青藏高原地区，由于地理环境特殊，当地部分牧民过着游牧的生活，牧民居住分散等原因，导致很多牧区和偏远村庄无法接入电网。因此，太阳能发电成为了这些地区主要的电力来源。青藏高原光照资源丰富，年太阳总辐射量为5000～8500兆焦耳/平方米。太阳能电池板、充电控制器、蓄电池是组成太阳能发电系统的最基本组成部分，但是大部分家用电器需要220V的交流电才能工作，此时系统还需要有一个逆变器。随着电子技术的发展，太阳能充电控制器的智能程度越来越高，为了提高对太阳能的利用率，一些充电控制器在蓄电池被充满之后，太阳能电池板直接参与输出，此时太阳能控制器的输出电压会随着辐射强度变化而变化，这种太阳能充电控制器对太阳能的利用率高，但是输出电压不稳定，由于青藏高原地区光照剧烈变化，如云暂时性的遮住太阳，之后太阳突然出现，在青藏高原地区这种突变可以使得12V太阳能电池板电压2~3秒内升至22V左右，引起逆变器输入电压也发生剧烈变化，从而造成逆变器过压保护或太阳能充电控制器过压保护，产生负载断电或者烧毁负载、负载运行不稳定等一系列问题。另外，如果直接将逆变器接入蓄电池组，由于青藏雨雪天气较多，容易形成连阴天，在这种情况下太阳能电池板基本不能为畜电池充电，虽然逆变器已经输出保护，但是由于系统自身损耗等问题，会造成蓄电池过放，造成电池损坏。所以为了解决这种高效率充电控制器在青藏高原地区的实用性，对当前高效率太阳能充电控制器存在的缺陷进行弥补，在有效利用太阳能的同时提高系统稳定度具有很高的实用价值。
发明内容
综上所述，本实用新型的目的在于提供一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统。该系统利用快速响应程控开关实现应用高速电压监测模块,对充电控制器的输出端电压实时监控，最终达到在提高太阳能利用率的同时提高太阳能供电系统稳定度。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统，包括：太阳能电池板组、太阳能充电控制器、蓄电池组、电压采样监测模块、1#程控开关、微型控制器、2#程控开关、可调稳压模块、逆变器和配电箱，箱外的太阳能电池板组通过箱内的太阳能充电控制器与箱外的蓄电池组连接组成基本的太阳能发电系统；在太阳能发电系统中，箱内的太阳能充电控制器的输出端与电压采样监测模块的输入端连接，电压采样监测模块的输出端与微型控制器的输入端连接，微型控制器输出端分别连接1#程控开关和2#程控开关的输入端， 2#程控开关的输出端连接可调稳压模块并接入逆变器输入端口，1#程控开关输出端直接接入逆变器输入端口。
本实用新型的优点是：
1、本实用新型应用高速电压监测模块,对充电控制器的输出端电压实时监控，利用快速响应程控开关实现过压时稳压、低压时直接输出的自动切换，解决了现有设备因为光照强度剧烈变化而造成逆变器或者负载输入电压剧烈变化，导致逆变器工作电压急剧变化，变化剧烈时会使逆变器过压保护或者太阳能充电控制器输出保护，严重时可能造成负载被烧毁的问题。降低了系统自身功耗，有效地提高供电系统对太阳能的利用率。应用实现最终达到在提高太阳能利用率的同时提高太阳能供电系统稳定度。
2、本实用新型所需成本低，性能稳定，易于维护，适合为一些安装在野外的精密仪器设备提供电能，且可调节电压能满足多种输入电压不同的直流负载。
3、由于青藏高原地区太阳能充足，本实用新型可以为长期无人值守的精密负载提供持久的电力能源，节省劳动力。
4、解决了逆变器和太阳能充电控制器直接连接的问题，避免由于逆变器直接接入蓄电池，从而使得蓄电池不受太阳能充电控制器输出保护。
附图说明
图1 为本实用新型整体结构示意图。
具体实施方式
本实用新型采用的太阳能板组1由太阳能电池板（型号为TSOLAR200W12V）组成、蓄电池组3由蓄电池（型号为PV100-12）组成、太阳能充电控制器2（型号为SP24V30A）的智能充电控制器，其各项参数均可调节；电压采样监测模块4采用工业控制采集板（型号为YXGC-SPIAD7606），1#程控开关5和2#程控开关7采用含有两路大功率光耦隔离直流固态继电器开关模块（Omron固态继电器）、微型控制器6主要是以Cyclone-II系列的EP2C5Q208C8N为核心组成的控制模块，选择该模块的主要原因是该模块工作频率高且适合做高速接口。可调稳压模块8采用直流20A大功率350W可调稳压模块，具备防止电流倒灌功能，自带的超大电容可以有效解决逆变器启动时大电流和高频率的问题，其输入范围为12-55 V，输出可调范围为10-53V，如负载超出该范围值需要更换该模块。逆变器9采用山特UPS工频逆变器，其输入电压变化范围为24-34V。
下面，结合附图，对本实用新型的技术方案再做进一步的说明：
如图1所示，一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统，包括：太阳能电池板组1、太阳能充电控制器2、蓄电池组3、电压采样监测模块4、1#程控开关5、微型控制器6、2#程控开关7、可调稳压模块8、逆变器9和配电箱10。箱外的太阳能电池板组1通过箱内的太阳能充电控制器2与箱外的蓄电池组3连接组成基本的太阳能发电系统。在太阳能发电系统中，箱内的太阳能充电控制器2的输出端与电压采样监测模块4的输入端连接，电压采样监测模块4的输出端与微型控制器6的输入端连接，微型控制器6输出端分别连接1#程控开关5和2#程控开关7的输入端， 2#程控开关7的输出端连接可调稳压模块8并接入逆变器9输入端口，1#程控开关5输出端接入逆变器9输入端口。
本实用新型设计的太阳能供电系统输出电压是AC220V，最大输出功率为350W。在实施过程中，太阳能充电控制器2的输入端接入由八块12V太阳能电池板两两串联最后并联联组成的24V太阳能电池板组1，在正常情况下，其开路电压为37.2V，但是在青藏高原地区其开路电压可以达到44V-48V。将太阳能充电控制器2的输出保护电压调整至45V，输入保护选择太阳能充电控制器默认值，避免太阳能充电控制器输出保护，造成负载断电。太阳能充电控制器2的蓄电池接口上接有由两块12V蓄电池串联组成的标称电压为24V的电池组3，充满时电压可以达到28.6V。太阳能充电控制器2输出断开，电压采样监测模块4以及1#程控开关5、2#程控开关7连接。电压监测模块4主要通过16位AD7606芯片将模拟电压高频率采样后传输给微型控制器6，采集微型控制器6读取电压监测模块4的输出信号控制1#程控开关5和2#程控开关7，其采样时钟取决与外部时钟。采集微型控制器6的工作时钟频率为50MHz，该频率远远高于电路中任何模块的工作频率。微型控制器6通过读取电压监测模块4输出的电压值，1#程控开关5和2#程控开关输出的自动切换，决定电路三种工作模式。第一种是1#程控开关5闭合，2#程控开关7断开，蓄电池组3和太阳能电池板组1直接为逆变器9提供输入电源，简称直接模式；第二种是1#程控开关5断开，2#程控开关7闭合，蓄电池组3和太阳能电池板组1的电压经过可调稳压模块8稳压之后为逆变器9提供输入电源，简称稳压模式；第三种是1#程控开关5闭合，2#程控开关7闭合，两路同时为逆变器9提供输入电源，简称混合模式。其具体工作流程如下：
从当地实际观测情况来看，太阳能电池板组1的电压从28.6V变化至32V约需1-2秒的时间，在开机时，默认选择系统稳压模式工作；
据电压情况系统选择不同的工作方式，当电压监测模块4检测到太阳能充电控制器2的输出电压低于28.6V时，此时电池处于充电状态，微型控制器6发出控制信息使1#程控开关5关闭，此时系统工作在混合模式，此过程的主要目的是为了使系统从稳压模式过渡到直接模式时负载不断电。
当经过过程之后，微型控制器6延时1S，之后断开2#程控开关7，系统进入直接模式，这样做的目的在于尽可能降低系统自身在低电压时的损耗。
当电压监测模块4检测到太阳能充电控制器2的输出电压高于32V时，此时电池已经被充满，太阳能电池板1参与输出，电压已经达到逆变器9过压保护的上限，微型控制器6发出控制指令使2#程控开关7关闭，此时系统工作在混合模式，此过程的目的同样是为了系统从稳压模式过渡到直接模式时负载不断电。
当经过过程之后，微型控制器6延时1S，之后断开2#程控开关7，系统进入稳压模式，防止输入电压突变之后逆变器9过压保护，造成负载断电。
以上是系统主要工作流程，整个系统的工作主要通过微型控制器6读取电压监测模块4输出信号使1#程控开关5和2#程控开关输出的相互切换，以完成青藏高原地区太阳能供电系统自适应。
Claims (1)
1.一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统，包括：太阳能电池板组（1）、太阳能充电控制器（2）、蓄电池组（3）、电压采样监测模块（4）、1#程控开关（5）、微型控制器（6）、2#程控开关（7）、可调稳压模块（8）、逆变器（9）和配电箱（10），箱外的太阳能电池板组（1）通过箱内的太阳能充电控制器（2）与箱外的蓄电池组（3）连接组成基本的太阳能发电系统；其特征是在太阳能发电系统中，箱内的太阳能充电控制器（2）的输出端与电压采样监测模块（4）的输入端连接，电压采样监测模块（4）的输出端与微型控制器（6）的输入端连接，微型控制器（6）输出端分别连接1#程控开关（5）和2#程控开关（7）的输入端， 2#程控开关（7）的输出端连接可调稳压模块（8）并接入逆变器（9）输入端口，1#程控开关（5）输出端接入逆变器（9）输入端口。
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| CN201721459154.2U CN207398912U (zh) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | 一种适用于高寒地区自适应太阳能供电系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107634573A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-01-26 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 一种适用于青藏高原地区自适应太阳能供电系统 |
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2017
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| CN107634573A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-01-26 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 一种适用于青藏高原地区自适应太阳能供电系统 |
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