CN209516990U - 一种高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，包括太阳能板、控制电路、水泵电机，其特征在于：所述控制电路包括升压逆变支电路和控制支路，所述升压逆变支电路包括DC/DC升压电路和与DC/DC升压电路输出端相连接的逆变电路，所述DC/DC升压电路的输入端外接在太阳能板的直流输出端，所述逆变电路的输出端外接水泵电机的三相输入端；所述控制支路包括检测电路、MCU主控芯片和驱动电路，所述检测电路的输入端接太阳能板的输出端和DC/DC升压电路的输出端，所述驱动电路的输出端连接逆变电路的控制端。本实用新型的系统，具有明显的高效率和更宽电压输入范围的优点，扩大了太阳能光伏水泵系统的适应性和应用范围。

Description

一种高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能系统控制技术领域，尤其涉及一种高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统。

背景技术

太阳能电池板(简称太阳能板)吸收太阳能辐射能量并将其转化为电能。太阳能光伏水泵系统(亦称光伏水泵，光伏提水系统)根据日照强度的变化实时调节输出功率，并驱动水泵工作。是当今世界上阳光丰富地区，尤其是缺电无电的偏远地区最具吸引力的供水方式。全世界有超过10亿人口无法使用清洁水，26亿人得不到足够的卫生设施。在发展中国家，几乎所有地表水都已遭到污染，因此地表水已不再是“安全饮用水”，最普遍使用的“安全”水源就是地下水。而将地下水抽出就需要用到某种形式的水泵，偏远地区经常没有电力供应，因此无法使用常规的交流水泵，这些地区通常使用柴油或汽油泵，但是其运行成本很高。而太阳能水泵因其特有的优势，利用随处可取、取之不竭的太阳能，系统全自动地日出而作，日落而歇，无需人员看管，几乎无需维护，是理想的集经济性、可靠性和环保效益为一体的绿色能源系统。太阳能光伏水泵系统特别适合在大部分地中海国家、大部分非洲国家和部分亚洲国家满足居民生活供水、牲畜饮水和灌溉农业方面的使用。大多数灌溉项目都需要水泵，艳阳高照时，水泵的运行状况最佳，此时也是农作物耗水量最大的时候，太阳能光伏水泵系统发挥了重要的作用。

现有技术的具有典型代表性的太阳能光伏水泵系统主要由太阳能板、控制器、水泵电机以及若干安装组件组成，不需要外部供电，利用太阳能自动将地下水抽出并储存在蓄水池中，供人们使用。

太阳能光伏水泵系统除可供人们使用外，还可用于偏远地区的果园、花园及温室灌溉，郊外公园及农场供水，鱼塘等水产养殖场的增氧设备，游泳池水循环系统，牲畜饮水系统等。

太阳能光伏水泵系统的优势：有光照就能供水，无需消耗燃料或能源；碳排放为零；输出流量大，系统的供水能力通常是手动泵的十多倍，多余的水可以储存在蓄水池内；安装简便，维护低成本；全自动运行，无须人工值守；结构简单可靠，使用寿命长等等。

目前存在的主要问题：1、受光照的影响，太阳能板输出电压的波动大。光照条件较差时，太阳能板的输出电压降低，水泵电机甚至不能启动和运行。2、以往太阳能板的利用率低，建造和运行成本，也降低了系统的可靠性。3、太阳能板的最大输出电压必须与控制电路匹配，许多情况下控制电路和水泵电机无法适用已有的太阳能板，若再另外配置适合光伏水泵系统的太阳能板，则必然会增加太阳能光伏水泵系统的初期投资和使用成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，本系统具有明显的高效率和更宽电压输入范围的优点，即在太阳光照较差的条件下，或者将控制电路及水泵电机直接连接到已有的较低输出电压的太阳能板上，本实用新型的太阳能光伏水泵系统均能正常且高效的工作，扩大了太阳能光伏水泵系统的适应性和应用范围。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，包括太阳能板、控制电路、水泵电机，所述控制电路包括升压逆变支电路和控制支路，所述升压逆变支电路包括DC/DC升压电路和与DC/DC升压电路输出端相连接的逆变电路，所述DC/DC升压电路的输入端外接在太阳能板的直流输出端，所述逆变电路的输出端外接水泵电机的三相输入端；所述控制支路包括检测电路、MCU主控芯片和驱动电路，所述检测电路的输入端分别接太阳能板的输出端和DC/DC升压电路的输出端，所述驱动电路的输出端连接逆变电路的控制端。

作为对上述技术方案的改进，所述逆变电路为三相正弦波逆变电路，由六个功率开关管桥接组成；所述MCU主控芯片实时检测太阳能板的直流输出电压，并将其升压到能保证水泵电机高效运行的直流电压。

作为对上述技术方案的改进，DC/DC升压电路包括电感L、第七开关管V0、二极管D、电容C2，所述电感L与二极管D的阳极串连，所述第七开关管V0的正端桥接在电感L与二极管D的阳极之间，其负端接在太阳能板的负极，所述电容C2连接在二极管D的阴极输出端和太阳能板的负极之间。

作为对上述技术方案的改进，所述太阳能板的输出端连接一个滤波电路，该滤波电路包括一个电容C1，连接在太阳能板的输出与控制电路的输入端间。

本实用新型的高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统在控制电路的输入端加了DC/DC升压电路，减少了太阳能光伏水泵系统受光照的影响，解决了太阳能板输出电压的波动大、光照条件较差时太阳能板的输出电压降低、水泵电机甚至不能启动和运行的缺陷和问题；配合DC/DC升压电路输出的合适的直流电压，采用永磁同步电机无位置传感器正弦波驱动控制这一最新的电机控制技术，解决了以往建造和运行成本增加、系统的可靠性降低的缺陷和问题；也解决了许多情况下已有的太阳能板的合理利用、降低太阳能光伏水泵系统的初期投资和使用成本的问题。

其中控制支路由检测电路、MCU主控芯片和驱动电路连接而成。单片机MCU实时检测太阳能板的直流输出电压，并将其升压到能保证水泵电机高效运行的直流电压，逆变电路再将合适的Vdc实施三相正弦逆变，对永磁同步电机进行无位置传感器正弦波驱动控制。这样，既保证了水泵电机的低压可靠启动，又通过正弦波逆变方式实现了水泵电机的高效运行。太阳能光伏水泵系统可以根据太阳光照的有无和强弱，控制水泵的运行或停机，也可通过无线远程操控其运行和停机。

本实用新型的控制电路同样可以驱动感应电机、开关磁阻电机、无刷直流电机或有刷直流电机(只是效率偏低，震动和噪音较大，或寿命较短)。可以是三相电机，也可以是单相电机。由于采用了模块化设计，可以按功率容量等方式进行组合，实现个性化的解决方案。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型的高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，具有明显的高效率和更宽电压输入范围的优点，即在太阳光照较差的条件下，本实用新型的太阳能光伏水泵系统也能正常工作，扩大了太阳能光伏水泵系统的适应性和应用范围。特别是用户在已有太阳能板的情况下，可任意组合太阳能板，使本实用新型的太阳能光伏水泵系统运行在最佳状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是太阳能光伏水泵系统电气原理图；

图2是以单片机为核心的控制电路框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

如图1和2所示，本实用新型的高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，包括太阳能板、控制电路、水泵电机，所述控制电路包括升压逆变支电路和控制支路，所述升压逆变支电路包括DC/DC升压电路和与DC/DC升压电路输出端相连接的逆变电路，所述DC/DC升压电路的输入端外接在太阳能板的直流输出端，所述逆变电路的输出端外接水泵电机的三相输入端；所述控制支路包括检测电路、MCU主控芯片和驱动电路，所述检测电路的输入端分别接太阳能板的输出端和DC/DC升压电路的输出端，所述驱动电路的输出端连接逆变电路的控制端。

作为对上述技术方案的改进，所述逆变电路为三相正弦波逆变电路，由六个功率开关管即第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、第五开关管V5、第六开关管V6桥接组成；所述MCU主控芯片，实时检测太阳能板的直流输出电压，并将其升压到能保证水泵电机高效运行的直流电压。

作为对上述技术方案的改进，DC/DC升压电路包括电感L、第七开关管V0、二极管D、电容C2，所述电感L与二极管D的阳极串连，所述第七开关管V0的正端桥接在电感L与二极管D的阳极之间，其负端接在太阳能板的负极，所述电容C2连接在二极管D的阴极输出端和太阳能板的负极之间。

作为对上述技术方案的改进，所述太阳能板的输出端连接一个滤波电路，该滤波电路包括一个电容C1，连接在太阳能板的输出与控制电路的输入端间。

本实用新型的高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统在控制器的输入端加了DC/DC升压电路，减少了太阳能光伏水泵系统受光照的影响，解决了太阳能板输出电压的波动大、光照条件较差时太阳能板的输出电压降低、水泵电机甚至不能启动和运行的缺陷和问题；配合DC/DC升压电路输出的合适的直流电压，采用永磁同步电机无位置传感器正弦波驱动控制这一最新的电机控制技术，解决了以往建造和运行成本增加、系统的可靠性降低的缺陷和问题；也解决了许多情况下已有的太阳能板的合理利用、降低太阳能光伏水泵系统的初期投资和使用成本的问题。

其中控制支路由检测电路、MCU主控芯片和驱动电路连接而成。单片机MCU实时检测太阳能板的直流输出电压，并将其升压到能保证水泵电机高效运行的直流电压，逆变电路再将合适的Vdc实施三相正弦逆变，对永磁同步电机进行无位置传感器正弦波驱动控制。这样，既保证了水泵电机的低压可靠启动，又通过正弦波逆变方式实现了水泵电机的高效运行。太阳能光伏水泵系统可以根据太阳光照的有无和强弱，控制水泵的运行或停机，也可通过无线远程操控其运行和停机。此外，图1中的取样电阻R可用于检测太阳能光伏水泵系统的工作电流，必要时还可实施过流保护；温度传感器T1和T2可用于对环境、控制电路以及电机等温度量的检测，必要时还可实施过温保护。

本实用新型的控制电路同样可以驱动感应电机、开关磁阻电机、无刷直流电机或有刷直流电机(只是效率偏低，震动和噪音较大，或寿命较短)。可以是三相电机，也可以是单相电机。由于采用了模块化设计，可以按功率容量等方式进行组合，实现个性化的解决方案。

与以往通常使用的太阳能光伏水泵系统的一个对比实例：本实用新型高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，太阳能板的最大输出功率500W(由2块250W太阳能板组成)，最大输出电压180V，电机最大轴输出功率约375W,最低启动电压约30V。而以往通常使用的太阳能光伏水泵系统的太阳能板的最大输出功率600W(由4块150W太阳能板组成)，最大输出电压180V，电机最大轴输出功率约350W,最低启动电压约80V。

另一实施例：将适用于180V的控制电路及水泵电机分别连接到输出电压48V的太阳能板和蓄电池上，本太阳能光伏水泵系统均能正常工作。

实践效果证明，本实用新型的高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，具有明显的高效率和更宽电压输入范围的优点，即在太阳光照较差的条件下，或者将控制电路及水泵电机直接连接到已有的较低输出电压的太阳能板上，本实用新型的太阳能光伏水泵系统均能正常且高效的工作，扩大了太阳能光伏水泵系统的适应性和应用范围。

Claims (4)

1.一种高效率宽电压输入的太阳能光伏水泵系统，包括太阳能板、控制电路、水泵电机，其特征在于：所述控制电路包括升压逆变支电路和控制支路，所述升压逆变支电路包括DC/DC升压电路和与DC/DC升压电路输出端相连接的逆变电路，所述DC/DC升压电路的输入端外接在太阳能板的直流输出端，所述逆变电路的输出端外接水泵电机的三相输入端；所述控制支路包括检测电路、MCU主控芯片和驱动电路，所述检测电路的输入端分别接太阳能板的输出端和DC/DC升压电路的输出端，所述驱动电路的输出端连接逆变电路的控制端。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏水泵系统，其特征在于：所述逆变电路为正弦波逆变电路，由第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、第五开关管V5、第六开关管V6桥接组成；所述MCU主控芯片实时检测太阳能板的直流输出电压，并将其升压到能保证水泵电机高效运行的直流电压。

3.如权利要求2所述的太阳能光伏水泵系统，其特征在于：DC/DC升压电路包括电感L、第七开关管V0、二极管D、电容C2，所述电感L与二极管D的阳极串连，所述第七开关管V0的正端桥接在电感L与二极管D的阳极之间，其负端接在太阳能板的负极，所述电容C2连接在二极管D的阴极输出端和太阳能板的负极之间。

4.如权利要求3所述的太阳能光伏水泵系统，其特征在于：所述太阳能板的输出端连接一个滤波电路，该滤波电路包括一个电容C1，连接在太阳能板的输出与控制电路的输入端间。