CN210405223U - 一种基于云网端的光伏控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于云网端的光伏控制器，包括：光伏输入接口、MPPT光伏充电控制电路、控制器、无线数据发送电路、辅助源电路、数据采集电路、输出电路和蓄电池，所述光伏输入接口通过所述MPPT光伏充电控制电路连接至所述控制器，所述控制器分别与所述无线数据发送电路、辅助源电路、数据采集电路和输出电路相连接，所述辅助源电路分别与所述无线数据发送电路和数据采集电路连接，所述蓄电池分别与所述辅助源电路、MPPT光伏充电控制电路和输出电路相连接，所述控制器通过所述无线数据发送电路连接至云平台。本实用新型能够同时采集发电端及用电端的数据，为用户用电习惯和云平台大数据的统计分析提供硬件基础。

Description

一种基于云网端的光伏控制器

技术领域

本实用新型涉及一种光伏控制器，尤其涉及一种基于云网端的光伏控制器。

背景技术

随着对新能源以及太阳能的不断应用，现在的光伏控制器应用范围越来越广，但是，现有的光伏控制器一般对发电端和用电端需要分别设置，这样在能源的产生和使用的时候分开的，进而给用户用电习惯分析以及大数据的统计分析带来了不便，用电情况和产生能源的对比分析也不便。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供过一种光伏控制器，进而能够为发电端及用电端数据进行同时采集提供硬件基础。

对此，本实用新型提供一种基于云网端的光伏控制器，包括：光伏输入接口、MPPT光伏充电控制电路、控制器、无线数据发送电路、辅助源电路、数据采集电路、输出电路和蓄电池，所述光伏输入接口通过所述MPPT光伏充电控制电路连接至所述控制器，所述控制器分别与所述无线数据发送电路、辅助源电路、数据采集电路和输出电路相连接，所述辅助源电路分别与所述无线数据发送电路和数据采集电路相连接，所述蓄电池分别与所述辅助源电路、MPPT光伏充电控制电路和输出电路相连接，所述控制器通过所述无线数据发送电路连接至外部的云平台。

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT光伏充电控制电路包括防反灌电路和驱动电路，所述防反灌电路通过所述驱动电路连接至所述控制器。

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT光伏充电控制电路还包括同步整流电路，所述防反灌电路通过所述同步整流电路连接至所述驱动电路

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT光伏充电控制电路还包括蓄电池防反接电路，所述驱动电路通过所述蓄电池防反接电路连接至所述蓄电池。

本实用新型的进一步改进在于，所述MPPT光伏充电控制电路还包括输入保护电路，所述驱动电路通过所述输入保护电路连接至所述蓄电池。

本实用新型的进一步改进在于，还包括USB充电电路，所述USB充电电路分别与所述控制器和蓄电池相连接。

本实用新型的进一步改进在于，还包括显示模块，所述显示模块分别与所述控制器和辅助源电路相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述数据采集电路包括电压采集电路和电流采集电路，所述电压采集电路连接至所述蓄电池、MPPT光伏充电控制电路、输出电路以及USB充电电路，所述电流采集电路连接至所述蓄电池和输出电路。

本实用新型的进一步改进在于，所述数据采集电路还包括温度采集电路，所述温度采集电路通过热敏电阻连接至所述控制器。

本实用新型的进一步改进在于，所述无线数据发送电路包括Bluetooth模块、GPRS模块、WIFI模块、NB-IOT模块、Zigbee模块、4G模块以及5G模块中的至少一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：集合所述光伏输入接口、MPPT光伏充电控制电路、控制器、无线数据发送电路、辅助源电路、数据采集电路、输出电路和蓄电池，因此，能够同时采集发电端及用电端的数据，即为能源的产生和试用两方面数据的同时采集提供了硬件基础，直观提供给消费者发电端数据，并同时监控控制器及光伏组件的信息，为用户用电习惯分析和云平台的大数据统计分析提供了硬件基础，进而得以及时优化能源使用体验。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的电路结构原理框图；

图2是本实用新型一种实施例的MPPT光伏充电控制电路的电路原理图；

图3是本实用新型一种实施例的控制器的电路原理图；

图4是本实用新型一种实施例的无线数据发送电路的电路原理图；

图5是本实用新型一种实施例的数据采集电路的电路原理图；

图6是本实用新型一种实施例的输出电路的电路原理图；

图7是本实用新型一种实施例的USB充电电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1至图6所示，本例提供一种基于云网端的光伏控制器，包括：光伏输入接口1、MPPT光伏充电控制电路2、控制器3、无线数据发送电路4、辅助源电路5、数据采集电路6、输出电路7和蓄电池8，所述光伏输入接口1通过所述MPPT光伏充电控制电路2连接至所述控制器3，所述控制器3分别与所述无线数据发送电路4、辅助源电路5、数据采集电路6和输出电路7相连接，所述辅助源电路5分别与所述无线数据发送电路4和数据采集电路6相连接，所述蓄电池8分别与所述辅助源电路5、MPPT光伏充电控制电路2和输出电路7相连接，所述控制器3通过所述无线数据发送电路4连接至外部的云平台9。

本例所述MPPT光伏充电控制电路2包括防反灌电路201、同步整流电路202和驱动电路203，所述防反灌电路201通过所述同步整流电路202连接至所述驱动电路203，所述驱动电路203连接至所述控制器3。

本例集合所述光伏输入接口1、MPPT光伏充电控制电路2、控制器3、无线数据发送电路4、辅助源电路5、数据采集电路6、输出电路7和蓄电池8，因此，能够同时采集发电端及用电端的数据，为发电端及用电端数据进行同时采集提供了硬件基础，其重要模块的电路框图和电路图如图1至图7所示，其他部分的电路可以用现有技术的电路来实现。

如图2所示，本例所述MPPT光伏充电控制电路2还优选包括蓄电池防反接电路204和输入保护电路205，所述驱动电路203分别通过所述蓄电池防反接电路204和所述输入保护电路205连接至所述蓄电池8。

如图2和图3所示，本例所述MPPT光伏充电控制电路2通过光伏板的防反灌电路201、同步整流电路202和驱动电路203实现对所述蓄电池8的充电管理，受控于所述控制器3。本例所述控制器3优选为MCU，也称中央处理模块或单片机，可选STM8单片机、STM单片机以及DSP等，本例图3中的MCU优选为STM8L151K6T6，所述控制器3还用于将光伏发电站的数据通过所述无线数据发送电路4（通讯模块）以多跳通讯模式发送至云平台9（云端服务器）进行分析；所述控制器3还用于解析通过所述无线数据发送电路4（通讯模块）接收到的云平台9（云端服务器）的控制指令，生成所述数据采集电路6的数据采集命令和电站控制命令。

因此，本例所述蓄电池8的所述充电输入DC_DC 变换器与太阳能电池板之间连接有输入保护电路205，所述太阳能电池输入电压取样电路通过所述输入保护电路205与太阳能电池板连接。这样就形成了多重保护措施，首先输入保护电路有所述蓄电池防反接电路204，进而能够防反充，有效地杜绝了在太阳电池板充电输入电压低于蓄电池8的电压情况下可能发生电流倒灌进太阳能电池板的现象；其次，本例还优选在所述蓄电池8的在充电输入口设置压敏电阻电路，以防止因雷击而损坏电路板的现象；第三，充电时所述控制器3由太阳能电池板输入电压取样电路感知实时充电输入电压，如果电压超过正常充电范围，所述控制器3将断开充电回路，充电过程中断；第四，蓄电池8设有电流采集电路601，在电流异常时，可以切断电流回路，从而起到对蓄电池8及其所在的电路起到保护作用；第五，蓄电池8的两端设有电压采集电路，所述控制器3可以实时了解当前蓄电池8的电压状态，有效地防止了蓄电池8过充电以及过放电等情况，多个方面全面保障，使其安全性和可靠性能得到大幅度提升。

如图7所示，本例还包括USB充电电路10，所述USB充电电路10分别与所述控制器3和蓄电池8相连接；其中，所述控制器3发出PWM波通过所述驱动电路203驱动所述同步整流电路202工作，进而控制所述USB充电电路10的开断，接收所述数据采集电路6的电压值，实现对所述输出电路7的控制。图7中，芯片U4优选为MP1482DN等电源管理芯片。

本例所述USB充电电路10优选为5V/2A的输出电路，符合电器充电规格，供电来源于所述蓄电池8，使能受控于所述控制器3，用于提供手机等设备充电

如图1所示，本例还包括显示模块11，所述显示模块11分别与所述控制器3和辅助源电路5相连接。所述显示模块11优选为LCD显示及指示灯电路，为专用LCD驱动芯片驱动屏幕，受控于所述控制器3，供电均来源于5V的辅助源电路5的供电，受控于所述控制器3。

本例所述无线数据发送电路4包括Bluetooth模块、GPRS模块、WIFI模块、NB-IOT模块、Zigbee模块、4G模块以及5G模块中的至少一种。

如图4所示，本例所述无线数据发送电路4是双向发送的无线模块，也可以叫无线数据传输电路或无线通信模块，用于进行数据透传，让云平台9与所述控制器3能进行信息交互。所述无线数据发送电路4的供电来源于所述辅助源电路5，所述无线数据发送电路4包括Bluetooth模块、GPRS模块、WIFI模块、NB-IOT模块、Zigbee模块、4G模块、5G模块中的至少一种。所述无线数据发送电路4连接所述控制器3和所述数据采集模块6，用于传递所述数据采集命令和接收所述光伏发电站数据；所述无线数据发送电路4连接所述控制器3和所述电站控制模块，用于传递所述电站控制命令。图4中，无线模组的型号优选为M6315等通信模组，芯片U8优选为MP1482DN等电源管理芯片，芯片U11优选为ESIM等嵌入式SIM卡，芯片U12优选为MUP-C713等SIN卡座芯片，芯片U14优选为MIC29302BU等稳压芯片。

本例所述辅助源电路5包括5V输出电路、3.3V输出电路以及3.8V输出电路等辅助电源输出电路，所述辅助源电路5的输入来源于蓄电池8，用于给数据采集电路6、显示模块11、无线数据发送电路4以及控制器3等提供工作电压。

如图5所示，本例所述数据采集电路6包括电压采集电路、电流采集电路601和温度采集电路，所述电压采集电路通过电阻分压式采集电路分别采集所述蓄电池8、MPPT光伏充电控制电路2、输出电路7以及USB充电电路10的电压，所述电流采集电路601通过差分运算放大电路采集所述蓄电池8和输出电路7的电流，所述温度采集电路通过热敏电阻采集所述控制器3所在环境的温度。在本例中，仅仅提供了特殊设计过的所述电流采集电路601的电路，至于所述电压采集电路通过现有的电阻分压式采集电路来实现即可，所述温度采集电路通过现有的热敏电阻即可实现。

本例所述数据采集电路6的电压采集电路中，通过电阻分压式电压采集电路对蓄电池8、光伏板、输出电路7（输出负载）以及USB充电电路10（USB输出）进行电压采样；如图5所示，所述电流采集电路601通过差分运算放大的电流采样电路，对蓄电池8的放电电流、蓄电池8的充电电流、输出电路7中的3种或多种负载的输出电流进行电流采样；所述温度采集电路采样高精度温敏电阻对控制器环境温度进行采样，本例所述数据采集模块6将采集到的数据提供到所述控制器3，用于响应所述控制器3的数据采集命令，实现光伏发电站数据采集。

如图6所示，本例所述输出电路7为PMOS+NMOS方式的输出控制电路，受控于所述控制器3，对蓄电池8的电能进行控制输出。所述控制器3根据云平台9的控制信号对所述输出电路7进行控制，或所述控制器3根据所述数据采集电路6的信息对所述输出电路7进行关闭。

本例所述蓄电池8可以直接选用常规的12V等级的蓄电池；所述光伏输入接口1可以选用MPPT电压为17.3、功率为120W的光伏接口；所述云平台9通过所述无线数据发送电路4与所述控制器3进行信息交互，采集光伏控制器的运行信息、发电电压、发电电流、蓄电池8的放电电压、蓄电池8的放电电流、负载的供电电压、供电电流、运行中的状态信息以及故障信息等，通信协议采用通用的Modbus协议。

本例所述云平台9用于实现云网端，所述云网端，用于向所述光伏控制器发送与数据采集相关的控制指令；用于接收所述光伏控制器发送的数据；还用于根据所述光伏控制器的数据分析结果，进而向所述光伏控制器发送与电站控制相关的控制指令。

本例优选还包括远程控制设备和显示设备，所述云平台9还用于为所述远程控制设备提供输出接口，所述MPPT光伏充电控制电路2对所述光伏控制器进行控制。所述云平台9还用于通过所述显示设备可视化所述光伏控制器的实时信息和分析结果信息。

本例所述控制器3用于判断光伏板电压控制防反灌电路开断，即所述防反灌电路201的开端，通过发出PWM波通过所述驱动电路203驱动BUCK同步整流电路202工作，控制USB充电电路10的开断，接收所述数据采集电路6的电压量计算出各部分的运行信息，所述运行信息包括发电电压、发电电流、蓄电池8的放电电压、蓄电池8的放电电流、输出电路7的负载的供电电压、输出电路7的供电电流、运行中的状态信息以及故障信息等，对输出电路7进行控制，与LCD驱动信息通信进行LCD显示（显示模块11），计算出运行的状态对指示灯控制输出，接收所述无线数据发送电路4透传过来指令进行相应控制，比如输出控制、光伏电路工作控制以及蓄电池的保护控制等，发送采集到的数据信息，发送计算出的状态信息，控制所述无线数据发送电路4的工作状态。

本例所有数据都可以集中到所述控制器3，所述控制器3可以根据不同的使用场所，采用不同的通信连接方式与云平台进行通信连接，例如可以通过GPRS模块、WIFI模块或4G模块连接，可以通过现有技术自定义通讯协议进行相互通讯，所述云平台9接收所述控制器3发送的数据信息之后，经由大数据分析之后，将分析结果推送反馈至移动终端，移动终端上可以设置对应的APP，经由APP进行相关数据的呈现及优化建议，即可使得用户可以通过移动终端远程了解用电情况，若遇到特定情况，例如优化建议为需关断设备、有系统危险或需要维修整改情况时，用户可以通过移动终端及时对所述控制器3下发控制指令，以实现对光伏控制器的调控，若遇到高危险情况时，例如光伏组件温度过高时，可由所述控制器3进行关断，并向云平台9以及移动终端发出报警信号。

本例所述控制器3采集发电端数据采集以及用电端数据采集的指挥中心，其通过无线的方式搜集发电端及用电端的采样数据，并存储于本地，所述控制器3优选经过初步筛选分析，将有效信息通过WIFI/GPRS/4G等方式发送至所述云平台9，所述云平台9通过大数据计算分析，将有效信息展现在用户的手机APP上，同时，通过NILM的算法模型，对家居用电情况进行比对分析，提供给客户最准确的用电信息。作为优选，本例所述移动终端优选为手机或平板电脑。

综上所述，本例通过集合所述光伏输入接口1、MPPT光伏充电控制电路2、控制器3、无线数据发送电路4、辅助源电路5、数据采集电路6、输出电路7和蓄电池8，因此，能够同时采集发电端及用电端的数据，即为能源的产生和试用两方面数据的同时采集提供了硬件基础，直观提供给消费者发电端数据，并同时监控所述控制器3及光伏组件的信息，为用户用电习惯分析（比如通过NILM的模型及边缘计算来实现）和云平台9的大数据统计分析提供了硬件基础，进而得以及时优化能源使用体验。

本例所述控制器3既采集发电端数据，又作为用电端数据采集的指挥中心，能够通过无线的方式采集发电端及用电端的数据，实现了发电端及用电端数据进行同时采集的光伏控制器的硬件基础。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于云网端的光伏控制器，其特征在于，包括：光伏输入接口、MPPT光伏充电控制电路、控制器、无线数据发送电路、辅助源电路、数据采集电路、输出电路和蓄电池，所述光伏输入接口通过所述MPPT光伏充电控制电路连接至所述控制器，所述控制器分别与所述无线数据发送电路、辅助源电路、数据采集电路和输出电路相连接，所述辅助源电路分别与所述无线数据发送电路和数据采集电路相连接，所述蓄电池分别与所述辅助源电路、MPPT光伏充电控制电路和输出电路相连接，所述控制器通过所述无线数据发送电路连接至外部的云平台。

2.根据权利要求1所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，所述MPPT光伏充电控制电路包括防反灌电路和驱动电路，所述防反灌电路通过所述驱动电路连接至所述控制器。

3.根据权利要求2所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，所述MPPT光伏充电控制电路还包括同步整流电路，所述防反灌电路通过所述同步整流电路连接至所述驱动电路。

4.根据权利要求2所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，所述MPPT光伏充电控制电路还包括蓄电池防反接电路，所述驱动电路通过所述蓄电池防反接电路连接至所述蓄电池。

5.根据权利要求2所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，所述MPPT光伏充电控制电路还包括输入保护电路，所述驱动电路通过所述输入保护电路连接至所述蓄电池。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，还包括USB充电电路，所述USB充电电路分别与所述控制器和蓄电池相连接。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块分别与所述控制器和辅助源电路相连接。

8.根据权利要求6所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，所述数据采集电路包括电压采集电路和电流采集电路，所述电压采集电路连接至所述蓄电池、MPPT光伏充电控制电路、输出电路以及USB充电电路，所述电流采集电路连接至所述蓄电池和输出电路。

9.根据权利要求8所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，所述数据采集电路还包括温度采集电路，所述温度采集电路通过热敏电阻连接至所述控制器。

10.根据权利要求1至5任意一项所述的基于云网端的光伏控制器，其特征在于，所述无线数据发送电路包括Bluetooth模块、GPRS模块、WIFI模块、NB-IOT模块、Zigbee模块、4G模块以及5G模块中的至少一种。

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