CN208754216U - 高效光伏控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高效光伏控制系统，包括，控制模块，以及与控制模块连接的功率开关模块和市电补充模块，所述功率开关模块电连接有蓄电池组和负载，所述蓄电池组连接有光伏模块，所述市电补充模块电连接负载。本方案采用光伏发电的方式为负载供电，清洁可靠，且获取方便；同时通过市电补充模块，在光伏发电不稳定的情况下，可以通过市电直接进行补充，避免出现负载缺电无法工作的情况；同时采用光伏DC‑DC模块，解决了因为太阳光强弱变化而导致输出功率不稳定的问题，提高了光伏转化效率，高效的为直流负载和蓄电池组供电。

Description

高效光伏控制系统
技术领域
本实用新型涉及到光伏供电，特别是涉及到一种高效光伏控制系统。
背景技术
随着可持续发展概念的提出，越来越多的清洁能源被使用，例如，风力发电、潮汐能发电和光伏发电。其中光作为一种清洁的可再生能源，在世界上大部分地区均可以直接获取到，方便快捷。
目前的太阳能发电技术之一为：太阳能光伏并网逆变发电系统技术，主要是将具有直流的太阳能光伏电力想交流的电网输出，通过国家电网蓄能，但是在逆变的过程会很大一部分电能。另一种技术为：采用离网的太阳能光伏应用技术，主要应用在路灯，孤岛小电站等场景下，容易出现阴天电能不够使用，而晴天有剩余的情况。
实用新型内容
为了解决上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种高效光伏控制系统。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种高效光伏控制系统包括，控制模块，以及与控制模块连接的功率开关模块和市电补充模块，所述功率开关模块电连接有蓄电池组和负载，所述蓄电池组连接有光伏模块，所述市电补充模块电连接负载。
进一步地，所述蓄电池组为纳米硅蓄电池组。
进一步地，所述负载为具有直流性质的LED灯具或DC磁环灯。
进一步地，所述控制模块为MCU控制器
进一步地，所述光伏模块包括DC/DC模块，所述DC/DC模块用于快速改变PWM的占空比，并确定最大工作频率点。
进一步地，所述DC/DC模块包括正输入正输出的boost电路，所述正输入正输出boost电路包括电阻R1，开关K1、二极管Q1和第电容C1，所述电阻R1的第一端连接于电源输入正极，第二端连接所述开关K1的第一端和二极管Q1的正极，所述二极管Q1的负极连接所述电容C1的正极，所述开关K1的第二端和电容C1的负极连接电源输入的负极，所述电容C1两端与所述负载并联。
进一步地，所述DC/DC模块包括正输入正输出的buck电路，所述buck 电路包括电阻R2，开关K2、二极管Q2和第一电容C2，所述开关K2的第一端连接于电源输入正极，第二端连接所述电阻R2的第一端和二极管Q2 的负极，所述电阻R2的第二端连接所述电容C2的正极，所述二极管Q2 的正极和电容C2的负极连接电源输入的负极，所述电容C2两端与所述负载并联。
进一步地，所述DC/DC模块包括正输入正输出的boost-buck电路，所述 boost-buck电路包括电阻R3，开关K3、二极管Q3和第一电容C3，所述开关 K3的第一端连接于电源输入正极，第二端连接所述电阻R3的第一端和二极管Q3的负极，所述二极管Q3的正极连接所述电容C3的正极，所述电阻R3 的第二端和电容C3的负极连接电源输入的负极，所述电容C3两端与所述负载并联。
本实用新型的有益效果是：采用光伏发电的方式为负载供电，清洁可靠，且获取方便；同时通过市电补充模块，在光伏发电不稳定的情况下，可以通过市电直接进行补充，避免出现负载缺电无法工作的情况；同时采用光伏DC-DC模块，解决了因为太阳光强弱变化而导致输出功率不稳定的问题，提高了光伏转化效率，高效的为直流负载和蓄电池组供电。
附图说明
图1为本实用新型一种高效光伏控制系统的原理框图；
图2为本实用新型一种boost电路的拓扑图；
图3为本实用新型一种boost电路的电路图；
图4为本实用新型一种buck电路的拓扑图；
图5为本实用新型一种buck电路的电路图；
图6为本实用新型一种boost-buck电路的拓扑图；
图7为本实用新型一种boost-buck电路的电路图。
具体实施方式
为阐述本实用新型的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
参照图1-7，本实用新型一实施例提出了一种高效光伏控制系统，包括：控制模块10，以及与控制模块10连接的功率开关模块20和市电补充模块40，功率开关模块20电连接有蓄电池组50和负载30，蓄电池组50连接有光伏模块60，市电补充模块40电连接负载30。
负载30为直流负载，例如，直流LED灯或其他使用直流驱动的元器件。
在使用时，正常情况下，通过光伏模块60吸收太阳能供转化成直流电流，并将光伏电压、电流和输出功率通过数字通信结构传入控制模块10，控制模块10通过功率开关模块20控制最终输出给负载30的电流和电压大小；在光伏模块60输出的功率大于负载30工作需要的功率时，将超出部分的电能存储在蓄电池组50内，并在光伏不使用的时候，使用蓄电池组50的电能为负载30供电；当蓄电池组50内的电能耗尽，且也无外部的光能进行光能转化时，控制模块10控制市电补充模块40输入市电为负载30供电，也可以为蓄电池组50进行充能，提高整个系统的电能储备。
蓄电池组为纳米硅蓄电池组。具体的，纳米硅蓄电池的电解液包括纳米硅酸溶液和纳米级的石墨烯酸溶液。加入纳米硅酸后，可以把电解液变成胶溶液，改变了电解液的特性，使得蓄电池中电解液温度不容易升高。在电解液的温度升高会导致硫酸的浓度升高，而硫化现象在电解液温度较高的情况下更容易产生。加入纳米硅酸后，电解液温度不容易升高，进而硫酸的浓度不容易升高，能够使得硫酸铅的形成速度明显减弱。同时，加入纳米级的石墨烯酸，能够配合纳米硅酸有效的提高蓄电池的使用寿命。
负载30为具有直流性质的LED灯具或DC磁环灯。其中，磁环灯在节能灯领域素有节能灯心脏之称,无论在节能灯电子电路的调试上,或者在生产上,磁环参数的变动都影响较大。上述的LED灯具和DC磁环灯仅为本实用新型可能使用的负载30的两种，在实际使用时，可以根据使用场景的需要选择其他适合的负载30。
具体的，控制模块10为MCU控制器，MUC全称Microcontroller Unit，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central ProcessUnit；CPU)的频率与规格做适当缩减形成芯片级的计算机，能够为不同的应用场合做不同组合控制。
具体的，光伏模块60包括DC/DC模块，DC/DC模块用于快速改变PWM 的占空比，并确定最大工作频率点。通过DC/DC模块采用快速扰动法确定最大功率点，具体的，通过快速改变DC/DC模块中的PWM的占空比D，比较不同占空比(D+x)和(D-x)的输出功率大小，找出输出功率大的占空比，再以这个占空比为中心左右扰动，直至工作在最大功率点附近。正常情况下，光伏模块60最大输出功率是随着太阳光的强弱变化而变化，理论上在 0～1000W内变化，太阳光的强弱变化导致光伏DC/DC模块的输入功率不稳定。
DC/DC模块中设置有用于稳定DC/DC模块输出功率的实现电路，通过该电路，输出功率稳定。具体的，本实用新型采用以下是三种电路进行 DC-DC装换：
参考图2和3，图3为输入正输出的boost电路的电路图，图2为boost电路的拓扑图。具体的，boost电路包括电阻R1，开关K1、二极管Q1和第电容 C1，电阻R1的第一端连接于电源输入正极，第二端连接开关K1的第一端和二极管Q1的正极，二极管Q1的负极连接电容C1的正极，开关K1的第二端和电容C1的负极连接电源输入的负极，电容C1两端与负载30并联。
参考图4和5，图5为正输入正输出的buck电路的电路图，图4为buck电路的拓扑图。具体的，buck电路包括电阻R2，开关K2、二极管Q2和第一电容 C2，开关K2的第一端连接于电源输入正极，第二端连接电阻R2的第一端和二极管Q2的负极，电阻R2的第二端连接电容C2的正极，二极管Q2的正极和电容C2的负极连接电源输入的负极，电容C2两端与负载30并联。
参考图6和7，图7为boost-buck电路的电路图，图5为boost-buck电路的拓扑图。具体的，boost-buck电路包括电阻R3，开关K3、二极管Q3和第一电容C3，开关K3的第一端连接于电源输入正极，第二端连接电阻R3的第一端和二极管Q3的负极，二极管Q3的正极连接电容C3的正极，电阻R3的第二端和电容C3的负极连接电源输入的负极，电容C3两端与负载30并联。
上述的boost电路、buck电路和boost-buck电路通过调节对应开关元器件 (K1，K2，K3)的通断，来控制电路电流的流向，高效的进行DC-DC。
具体的，上述的boost电路、buck电路和boost-buck电路，DC-DC模块中只需要要使用一种即可解决因为太阳光强弱变化而导致输出功率不稳定的问题，提高了光伏转化效率，高效的为负载30和蓄电池组50供电。
本方案采用光伏发电的方式为负载供电，清洁可靠，且获取方便；同时通过市电补充模块，在光伏发电不稳定的情况下，可以通过市电直接进行补充，避免出现负载缺电无法工作的情况；同时采用光伏DC-DC模块，解决了因为太阳光强弱变化而导致输出功率不稳定的问题，提高了光伏转化效率，高效的为负载和蓄电池组供电。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高效光伏控制系统，其特征在于，包括，控制模块，以及与控制模块连接的功率开关模块和市电补充模块，所述功率开关模块电连接有蓄电池组和负载，所述蓄电池组连接有光伏模块，所述市电补充模块电连接负载,所述光伏模块包括DC/DC模块，所述DC/DC模块用于快速改变PWM的占空比，并确定最大工作频率点。
2.如权利要求1所述的高效光伏控制系统，其特征在于，所述蓄电池组为纳米硅蓄电池组。
3.如权利要求1所述的高效光伏控制系统，其特征在于，所述负载为具有直流性质的LED灯具或DC磁环灯。
4.如权利要求1所述的高效光伏控制系统，其特征在于，所述控制模块为MCU控制器。
5.如权利要求1所述的高效光伏控制系统，其特征在于，所述DC/DC模块包括正输入正输出的boost电路，所述boost电路包括电阻R1，开关K1、二极管Q1和第电容C1，所述电阻R1的第一端连接于电源输入正极，第二端连接所述开关K1的第一端和二极管Q1的正极，所述二极管Q1的负极连接所述电容C1的正极，所述开关K1的第二端和电容C1的负极连接电源输入的负极，所述电容C1两端与所述负载并联。
6.如权利要求1所述的高效光伏控制系统，其特征在于，所述DC/DC模块包括正输入正输出的buck电路，所述buck电路包括电阻R2，开关K2、二极管Q2和第一电容C2，所述开关K2的第一端连接于电源输入正极，第二端连接所述电阻R2的第一端和二极管Q2的负极，所述电阻R2的第二端连接所述电容C2的正极，所述二极管Q2的正极和电容C2的负极连接电源输入的负极，所述电容C2两端与所述负载并联。
7.如权利要求1所述的高效光伏控制系统，其特征在于，所述DC/DC模块包括正输入正输出的boost-buck电路，所述boost-buck电路包括电阻R3，开关K3、二极管Q3和第一电容C3，所述开关K3的第一端连接于电源输入正极，第二端连接所述电阻R3的第一端和二极管Q3的负极，所述二极管Q3的正极连接所述电容C3的正极，所述电阻R3的第二端和电容C3的负极连接电源输入的负极，所述电容C3两端与所述负载并联。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108649864A (zh) * 2018-07-10 2018-10-12 深圳市均益安联光伏系统工程有限责任公司 高效光伏控制系统

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