CN208707377U - 一种独立光伏直流供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种独立光伏直流供电系统，其特征在于：包括光伏阵列、DC/DC转换器、充放电选择模块、充电回路选择模块、STM32控制器、蓄电池组、供电方式选择模块及检测电路。所述的光伏阵列与DC/DC转换器连接并通过充放电选择模块供电给负载与蓄电池，所述的DC/DC转换器通过STM32控制器产生PWM作用于驱动电路控制其输出，所述的蓄电池组接充电回路选择模块并通过供电方式选择模块供电于负载，所述的检测电路包括光强检测电路、电压检测电路和电流检测电路，所述的检测电路、充放电选择模块、充电回路选择模块与STM32控制器连接。本装置结构简单，易于实现，可以满足用户或对电量需求量较小的场合。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏发电技术领域，尤其是一种可以独立输出并且可以蓄电的独立光伏直流供电系统。
背景技术
太阳能是一种清洁高效的可再生能源，与常规能源相比，具有使用范围广、绿色环保等优势。光伏发电技术作为太阳能应用的主要方面，已衍生出多种应用方式，其中光伏独立供电系统由于其使用条件的灵活性正广泛应用于许多领域中。在缺电无电的偏远地区，大都是阳光丰富地区，只有太阳能是随处可取、取之不竭的资源，这样独立供电系统的优势就突显出来。影响光伏系统供电效率的因素很多，其中一个问题是如何能够充分利用电能，并且持续使用。现有的光伏独立供电系统还存在如下一些问题：在一般独立光伏系统中，控制器、斩波器、电池管理系统的供电均来自蓄电池组，当出现连续阴雨天，光伏发电不能为蓄电池补充电力，而蓄电池组的储能也消耗为放电极限以下时，使得系统因为没有能力供电而处于关闭的极端情形，所以存在既要在光照充足、光伏电池组件光电转换率较高时保证蓄电池能快速充满电，同时尽可能减少充电过程中对蓄电池的损坏的问题。两块或者多块电池串接使用，整组电池充电充满时，部分电池已经过充，经过多次充放电，电量的差异愈来愈大，会形成恶性循环，最后提前报废的问题。追求高效率的利用光伏电池所提供的能量是本实用新型的重要目的。在有效的延长蓄电池的使用期限的同时，又要提高对光伏电池的利用率。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术的不足，既要在光照充足、光伏电池组件光电转换率较高时保证蓄电池能快速充满电，又要尽可能减少对蓄电池的损坏。
为了解决上述的技术问题，本实用新型提出的基本技术方案为：
一种独立光伏直流供电系统，其特征在于：包括光伏阵列、DC/DC转换器、充放电选择模块、充电回路选择模块、STM32控制器、蓄电池组、供电方式选择模块及检测电路，所述的光伏阵列与DC/DC转换器连接并通过充放电选择模块供电给负载与蓄电池，所述的DC/DC转换器通过STM32控制器产生PWM作用于驱动电路控制其输出，所述的蓄电池组接充电回路选择模块并通过供电方式选择模块供电于负载，所述的检测电路包括光强检测电路、电压检测电路和电流检测电路，所述的检测电路、充放电选择模块、充电回路选择模块与STM32控制器连接。
所述光照强度传感器直接采集当前太阳光强度，STM32控制器得到采集数据之后，通过供电方式选择模块选择光伏电池单独供电、蓄电池单独供电光或光伏电池与蓄电池同时供电。
所述充电回路选择模块是通过电压、电流电路检测1号电池、2号电池电量，控制器判断大小后通过充电回路选择模块对较低电量的电池进行充电。
所述充电方式共有3个过程：i)涓流充电：利用小电流充电两分钟，测试是否满电，以免造成电池损坏。ii)MPPT充电：MPPT控制实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。iii)浮充：蓄电池的充电电压保持恒定值，保证在相对较短的时间内使放过电的电池充足电。
本实用新型的优点和积极效果是：
1.本实用新型可以在光伏阵列与蓄电池组容量设计合理的前提下满足任何小时不间断工作的负载系统。
2.在系统中增加一个光照强度传感器，直接采集当前太阳光强度，控制器得到采集数据之后，直接进行判断选择是否满足三种供电方式中某一种：光照很强则选择光伏电池单独供电；光照较弱则选择两种供电方式同时供电；光照十分弱时则开启蓄电池单独供电。
3.两块或多块电池串接使用时，充电时电量少的电池电压高，最先充满，待整组电池充满，电量少的那块电池已经过充，经过多次充放电，电量的差异愈来愈大，会形成恶性循环，最后提前报废；充电回路选择模块通过检测两块电池的电量，判断大小后输出控制信号对较低电量的电池进行充电。
4.由于太阳能电池是一个非线性直流电源，其输出电压、电流不但取决于本身的性能参数，还与日照强度、工作温度及负载特性等因素有关，因此，必须考虑系统各部件之间的匹配，以使系统的效率最高，运行更可靠、稳定。本文设计的一种带最大功率跟踪的充电模式，对主电路的电压、电流采样，将采样信号送到控制器，通过调节PWM信号的占空比，调节DC/DC 转换器控制输出电压的大小，使太阳能电池板工作于最大功率点附近，提高光伏阵列的利用率，减少蓄电池的充电时间。
附图说明
图1是一种独立光伏直流供电系统的结构示意图；
图2是两块蓄电池充电回路互锁电路图；
具体实施方式
一种独立光伏直流供电系统，其特征在于：包括光伏阵列、DC/DC转换器、充放电选择模块、充电回路选择模块、STM32控制器、蓄电池组、供电方式选择模块及检测电路，所述的光伏阵列与DC/DC转换器连接并通过充放电选择模块供电给负载与蓄电池，所述的DC/DC转换器通过STM32控制器产生PWM作用于驱动电路控制其输出，所述的蓄电池组接充电回路选择模块并通过供电方式选择模块供电于负载，所述的检测电路包括光强检测电路、电压检测电路和电流检测电路，所述的检测电路、充放电选择模块、充电回路选择模块与STM32控制器连接。在阳光充足、光伏电池组件光电转换效率较高的时，直接利用光伏电池产生的电能对负载供电，将多余的电能用蓄电池组储存起来。在持续阴雨天等光照不足条件下，选择使用蓄电池组储存的电能，对负载实行供电。
光伏阵列由太阳能电池串、并联组成，直接把太阳能转换为直流电能，供电给负载和蓄电池。
光照强度传感器直接采集当前太阳光强度，控制器得到采集数据之后，通过供电方式选择模块选择光伏电池单独供电、蓄电池单独供电光或光伏电池与蓄电池同时供电。
蓄电池组采用铅酸蓄电池，用以储存日照强烈时过剩的能量以及白天负载不工作时光伏阵列产生的能量，确保阴雨天阳光不足或夜晚负载能继续工作，克服了“日出而作，日落而息”的运作模式。
充电回路选择模块是通过检测两块电池的电量，判断大小后输出控制信号对较低电量的电池进行充电，而两块电池的充电使用互锁开关，在给电量低的电池充电时，另一块电池充电开关断开。避免了两块或多块电池串接使用时，充电时电量少的电池电压高，最先充满，待整组电池充满，电量少的那块电池已经过充，经过多次充放电，电量的差异愈来愈大，会形成恶性循环，最后提前报废的问题。
电压、电流检测电路实现采样光伏阵列电压与电流的功能，电流与电压是系统最大功率点跟踪控制中最关键的测量值，将采样的电压、电流信号送到控制器，通过调节PWM信号的占空比，调节DC/DC转换器控制输出电压的大小，使太阳能电池板工作于最大功率点附近，提高光伏阵列的利用率。其中DC/DC转换器采用升降压式转换电路，该电路主要由场效应管、电感、电容和二极管构成。
采用了STM32控制器作为主控芯片，STM32控制器需实现最大功率跟踪控制、充放电选择、蓄电池组充电回路选择、供电方式选择以及光强、电压、电流传感器检测信息的处理等。
追求高效率的利用光伏电池所提供的能量是本实用新型的重要目的。在有效的延长蓄电池的使用期限的同时，又要提高对光伏电池的利用率。这需要较为优化的蓄电池充电管理策略。对于光伏系统来说，其最大的限制便是光照，日照的强度、日照的时间、日照的歇性都是无法人工干预的。当蓄电池放电过度时，如果一开始使用较大电流充电，容易造成热失控，影响蓄电池性能，不能最大的利用蓄电池，甚至影响蓄电池的寿命。因此可以在初始阶段以小电流激活充电，这样在很大程度上能减少对蓄电池的损坏。
蓄电池充电方式共有3个过程：i)涓流充电：利用小电流充电两分钟，测试是否满电，以免造成电池损坏。ii)MPPT充电：MPPT控制实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。iii)浮充：在蓄电池充满后，为了弥补由于蓄电池自放电造成的储能损失，使蓄电池电压保持浮充电压，蓄电池进入了浮充阶段。充电控制器通过调节电流保证蓄电池在浮充电压上。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (1)
1.一种独立光伏直流供电系统，其特征在于：包括光伏阵列、DC/DC转换器、充放电选择模块、充电回路选择模块、STM32控制器、蓄电池组、供电方式选择模块及检测电路，所述的光伏阵列与DC/DC转换器连接并通过充放电选择模块供电给负载与蓄电池，所述的DC/DC转换器通过STM32控制器产生PWM作用于驱动电路控制其输出，所述的蓄电池组接充电回路选择模块并通过供电方式选择模块供电于负载，所述的检测电路包括光强检测电路、电压检测电路和电流检测电路，所述的检测电路、充放电选择模块、充电回路选择模块与STM32控制器连接。
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