CN210517875U - 一种太阳能照明充电放电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能照明充电放电系统，包括，充电模块，与光伏模块和蓄电池模块相连，所述光伏模块通过所述充电模块给所述蓄电池模块充电；放电模块，与所述蓄电池模块和照明模块相连，所述蓄电池模块通过所述放电模块给所述照明模块供电；控制模块，与所述充电模块和所述放电模块相连，所述控制模块通过收集所述充电模块和所述放电模块的信号来控制整个系统的工作状态。本实用新型所述的一种太阳能照明充电放电系统，通过对太阳能电池和蓄电池电量等参数进行检测确定系统工作状态，利用最大功率点跟踪法，实现电能的最大化收集，提高太阳能的利用率，同时也有利于太阳能路灯的应用推广。

Description

一种太阳能照明充电放电系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能技术领域，特别是，涉及一种太阳能照明充电放电系统。

背景技术

太阳能是取之不尽，用之不竭，清洁无污染并可再生的绿色环保能源。利用太阳能发电，无可比拟的清洁性、高度的安全性、能源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其他常规能源所不具备的优点，光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源。而太阳能路灯无需铺设线缆、无需交流供电、不产生电费，采用直流供电、控制具有稳定性好、寿命长、发光效率高，安装维护简便、安全性能高、节能环保、经济实用等优点，广泛应用于城市主、次干道、小区、工厂、旅游景点、停车场等场所。

目前市场上很多利用太阳能的路灯照明系统，都是采用直充方式对蓄电池进行充电，没有对蓄电池进行管理控制，导致能源利用率不高，可靠性不强，特别是对于大功率的路灯，蓄电池的损耗更大，使用寿命更短。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述和/或现有太阳能照明系统中存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种太阳能照明充电放电系统，实时调整和控制对蓄电池的充电和放电，提高太阳能的利用率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种太阳能照明充电放电系统，包括，充电模块，与光伏模块和蓄电池模块相连，所述光伏模块通过所述充电模块给所述蓄电池模块充电；放电模块，与所述蓄电池模块和照明模块相连，所述蓄电池模块通过所述放电模块给所述照明模块供电；控制模块，与所述充电模块和所述放电模块相连，所述控制模块通过收集所述充电模块和所述放电模块的信号来控制整个系统的工作状态。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述充电模块包括第一采集子模块，所述第一采集子模块在所述充电模块内，连接在所述光伏模块一端，并与所述控制模块相连。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述充电模块还包括第二采集子模块，所述第二采集子模块在所述充电模块内，与所述第一采集子模块和所述控制模块相连。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述充电模块还包括降压子模块，所述降压子模块在所述充电模块内，所述降压子模块与所述第二采集子模块和所述控制模块相连。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述充电模块还包括保护子模块，所述保护子模块连接在所述降压子模块和所述蓄电池模块之间，用于保护所述蓄电池模块。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述保护子模块包括第一保护件、第二保护件和第三保护件，所述第三保护件与所述蓄电池模块相连。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述放电模块包括第三采集子模块，所述第三采集子模块在所述放电模块内，连接在所述蓄电池模块一端，并与所述控制模块相连。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述放电模块还包括第四采集子模块，所述第四采集子模块在所述放电模块内，并与所述控制模块相连。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：所述放电模块还包括滤波子模块，所述滤波子模块设于所述放电模块内。

作为本实用新型所述太阳能照明充电放电系统的一种优选方案，其中：还包括，防雷模块，设于所述充电模块和所述光伏模块之间，包括压敏电阻和放电管，所述压敏电阻和所述放电管相连。

本实用新型的有益效果：本实用新型所述的一种太阳能照明充电放电系统，通过对太阳能电池和蓄电池电量等参数进行检测确定系统工作状态，利用最大功率点跟踪法，实现电能的最大化收集，提高太阳能的利用率，同时也有利于太阳能路灯的应用推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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它的附图。其中：

图1为本实用新型提供的一种实施例中太阳能照明充电放电系统整体模块连接示意图；

图2为本实用新型提供的一种实施例中太阳能照明充电放电系统控制模块管脚图；

图3为本实用新型提供的一种实施例中太阳能照明充电放电系统充电模块电路图；

图4为本实用新型提供的一种实施例中太阳能照明充电放电系统放电模块电路图；

图5为本实用新型提供的一种实施例中太阳能照明充电放电系统整体模块连接示意图；

图6为本实用新型提供的一种实施例中太阳能照明充电放电系统防雷模块电路图；

图7为本实用新型提供的一种实施例中太阳能照明充电放电系统整体电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～图2，一种太阳能照明充电放电系统，包括充电模块100、光伏模块200、蓄电池模块300、放电模块400、照明模块500和控制模块600，充电模块100与光伏模块200和蓄电池模块300相连，光伏模块200通过充电模块100给蓄电池模块300充电；放电模块400与蓄电池模块300和照明模块500 相连，蓄电池模块300通过放电模块400给照明模块供电；控制模块600与充电模块100和放电模块400相连，控制模块600通过收集充电模块100和放电模块400的信号来控制整个系统的工作状态。

本实施例中，光伏模块200为太阳能电池板或太阳能电池板组成的阵列，太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要用单晶硅、多晶硅为材料。单晶硅的光电转换效率为13％～15％，多晶硅为11％～13％，目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。本系统中，光伏模块200由2组太阳能电池板组成阵列，每组额定输出电压18V，两组串联，总输出电压为36V，工作电流为5.6A，开路电压为21.2V，短路电流为6.1A，峰值功率为80W。

蓄电池模块300为一蓄电池，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷(路灯)相匹配。本系统中，蓄电池模块300选择铅蓄电池，参数为：输出电压12V，电池容量200Ah，过充电压14.8V，浮充电压12.3V，过放电压10.8V。

照明模块500为灯具，太阳能路灯采用何种灯具是太阳能路灯是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED 灯。本系统优选LED灯，LED灯寿命长，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，其参数为：LED路灯1组，额定功率32W，额定电压24V，最大电流1.4A，由LED 1W的光源4组并联，每组8个串联构成。只开启其中的 2组，则功率只有一半，为半功率放电模式。

控制模块600为一单片机，其型号为STC12C5410AD，STC12C5410AD单片机作为主控器件，该器件内置4路PWM通道，8路10位ADC通道，工作频率高达35MHz，指令兼容51单片机但速度快8～12倍，非常适合本设计要求。STC12C5410AD单片机中包含中央处理器、程序存储器(Flash)、数据存储器(RAM)、EEPROM、定时/计数器、I/O接口、UART接口和中断系统、SPI接口、高速A/D转换模块、PWM(或捕捉/比较单元)以及硬件看门狗、电源监控、片内RC振荡器等模块。可以说STC12C5410AD单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统 (SOC)，可以很容易地构成典型的测控系统。

充电模块100和放电模块400是充放电系统的核心，主要为控制电路及其电路元件，由于光伏模块200的输出电压为36V，蓄电池模块300的电压为12 V，照明模块500的工作电压为24V，因此充电模块100主要为一降压变换电路，放电模块400主要为一升压变换电路，通过软件和控制模块600实现充放电的控制策略，从而最终达到提高效率、保护蓄电池的目的。

实施例2

参照图3～图4，一种太阳能照明充电放电系统，包括充电模块100、光伏模块200、蓄电池模块300、放电模块400、照明模块500和控制模块600，充电模块100与光伏模块200和蓄电池模块300相连，光伏模块200通过充电模块100给蓄电池模块300充电；放电模块400与蓄电池模块300和照明模块500 相连，蓄电池模块300通过放电模块400给照明模块供电；控制模块600与充电模块100和放电模块400相连，控制模块600通过收集充电模块100和放电模块400的信号来控制整个系统的工作状态。

具体地，充电模块100包括第一采集子模块101、第二采集子模块102、降压子模块103和保护子模块104，第一采集子模块101在充电模块100内，连接在光伏模块200一端，并与控制模块600相连，第二采集子模块102在充电模块100内，与第一采集子模块101和控制模块相连，降压子模块103在充电模块100内，降压子模块103与第二采集子模块102和控制模块600相连，保护子模块104连接在降压子模块103和蓄电池模块300之间，用于保护蓄电池模块300，保护子模块104包括第一保护件104a、第二保护件104b和第三保护件104c，第三保护件104c与蓄电池模块300相连。

进一步地，放电模块400包括第三采集子模块401、第四采集子模块402 和滤波子模块403，第三采集子模块401在放电模块400内，连接在蓄电池模块300一端，并与控制模块600相连，第四采集子模块402在放电模块400内，并与控制模块600相连，滤波子模块403设于放电模块400内。

对于太阳能电池而言，应按照用户的要求、负载的用电量及技术条件确定太阳能电池组件的串并联数。串联数由太阳能电池的工作电压决定，应考虑蓄电池的均浮充电压、线路损耗以及温度变化对太阳能电池的影响。蓄电池的容量决定其最大充电电流，该数值再结合负载电流，可决定太阳能电池并联数。太阳能电池的输出伏安特性曲线是进行系统分析的最重要的技术数据之一，其伏安特性具有强烈的非线性，在光伏系统中，负载的匹配特性决定了系统的工作特性和太阳电池的有效利用率。要想在太阳电池供电系统中得到最大功率，必须跟踪日照强度和环境温度条件，不断改变其负载阻抗的大小，从而达到阵列与负载的最佳匹配，该方法被称为最大功率点跟踪法。

本实施例中，第一采集子模块101用于采集光伏模块200的电压，采用电阻分压降压的采集方法，其结构是由两个电阻串联并且并联在靠近光伏模块 200的一端。第二采集子模块102用于采集光伏模块200的电流，采用0.05Ω的采样电阻进行采样，并使用电流检测放大器进行放大，放大倍数为20倍，可检测到的最大电流达到8A。电流检测放大器选用型号为MAX4080的芯片， MAX4080输入电压范围4.5V至76V，适用于单向电流检测，通过单一输出引脚，便可连续监视整个电流变化过程，无须额外的极性输出。

第三采集子模块401用于采集蓄电池模块300的电压，其结构与第一采集子模块101结构相同，连接在蓄电池模块300一端。第四采集子模块402用于采集照明模块500的工作电流，由于负载的电流由一定的大小，因此直接使用一个与负载相连的采集电阻，即可采集的电流。

降压子模块103主要为一降压控制电路，第一采集子模块101和第二采集子模块102将采集到的光伏模块200的电压和电流，以及第三采集子模块401 和第四采集子模块402采集到的电压和电流传送给控制模块600，控制模块600 根据电流和电压的相对关系来控制降压子模块103和放电模块400的工作状态。降压子模块103主要为一降压控制电路，控制模块600发出信号改变MOS 管的通断来给蓄电池模块300进行充放电，MOS管的通断控制由以芯片型号为IR2104所组成的半桥驱动电路构成，IR2104为板桥驱动器。

保护子模块104主要用于保护蓄电池，第一保护件104a和第二保护件104b 都为二极管，第三保护件104c为保险丝，第一保护件104a为“防反充二极管”，只有当光伏模块200输出电压高于蓄电池电压时，第一保护件104a才能导通，反之第一保护件104a截止，从而保证夜晚或阴雨天时不会出现蓄电池向太阳能电池方阵反向充电，起到“防反向充电保护”作用。第二保护件104b为“防反接二极管”，当蓄电池极性接反时，第二保护件104b导通，使蓄电池通过第二保护件104b短路放电，产生很大电流，快速使第三保护件104c熔断，起到防蓄电池反接保护作用。

滤波子模块403由两个滤波电容并联构成，常用0.01μF和10000μF。滤波子模块用于滤除光伏模块200和照明模块500之间产生的高频杂波，减少对芯片的干扰。

STC12C5410AD单片机内部集成4路PWM发生器和8路10bit的A/D转换器，可直接实现PWM输出和A/D转换。系统实时采集太阳能电池板和蓄电池两端电压，STC12C5410AD写入程序具备如下功能：当检测到太阳能电池板的电压大于6V(6V是设定的白天标志值)时，延时10min，在10min内实时监测电池板电压，若10min后电池板电压仍大于6V，则进入充电模式：(1) 关闭路灯，采集蓄电池电压，当蓄电池两端的电压小于14.7V时，采集电压电流信号，控制单片机调制PWM输出，采用双向扰动法实现最大功率点充电。 (2)当采集的电流小于0.2A时，进入固定电压法充电模式，把太阳能电池板的电压输出稳在24V～28V之间(端电压为36V的太阳能板)；(3)当蓄电池电压上升到14.7V时，转为浮充充电模式，蓄电池浮充电压设为13.6V～13.8 V。当电池板的电压降到6V时，电路控制端延时5min，5min内实时监测电池板电压。如果5min后采集上来的电压值还是小于6V，则进入放电模式：这时路灯点亮，全功率放电，延时5个小时后进入半功率放电模式，系统时刻监测天亮，天亮或延时5个小时结束，则路灯关闭。

实施例3

参照图5～图7，一种太阳能照明充电放电系统，包括充电模块100、光伏模块200、蓄电池模块300、放电模块400、照明模块500和控制模块600，充电模块100与光伏模块200和蓄电池模块300相连，光伏模块200通过充电模块100给蓄电池模块300充电；放电模块400与蓄电池模块300和照明模块500 相连，蓄电池模块300通过放电模块400给照明模块供电；控制模块600与充电模块100和放电模块400相连，控制模块600通过收集充电模块100和放电模块400的信号来控制整个系统的工作状态；充电模块100包括第一采集子模块101、第二采集子模块102、降压子模块103和保护子模块104，第一采集子模块101在充电模块100内，连接在光伏模块200一端，并与控制模块600相连，第二采集子模块102在充电模块100内，与第一采集子模块101和控制模块相连，降压子模块103在充电模块100内，降压子模块103与第二采集子模块102和控制模块600相连，保护子模块104连接在降压子模块103和蓄电池模块300之间，用于保护蓄电池模块300，保护子模块104包括第一保护件104a、第二保护件104b和第三保护件104c，第三保护件104c与蓄电池模块300相连；放电模块400包括第三采集子模块401、第四采集子模块402和滤波子模块403，第三采集子模块401在放电模块400内，连接在蓄电池模块300一端，并与控制模块600相连，第四采集子模块402在放电模块400内，并与控制模块600 相连，滤波子模块403设于放电模块400内。

较佳地，该系统还包括防雷模块700，防雷模块700设于充电模块100和光伏模块200之间，包括压敏电阻701和放电管702，压敏电阻701和放电管 702相连。

放电管702为陶瓷气体放电管，陶瓷气体放电管内部为空腔，里面有一种或几种惰性气体，采用陶瓷封装，利用惰性气体浓度不同，制成不同电压参数。其原理是，压敏电阻701和放电管702并联在电路中，当没有雷电电路正常工作时，陶瓷放电管呈高阻态，压敏电阻701阻值也比较大，当有雷电时，压敏电阻阻值变小，高压脉冲通过压敏电阻到放电管702，将内部的惰性气体击穿，从而将大部分能量泄放。浪涌过后，陶瓷放电管恢复正常，从而起到保护电路的作用。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种太阳能照明充电放电系统，其特征在于：包括，

充电模块(100)，与光伏模块(200)和蓄电池模块(300)相连，所述光伏模块(200)通过所述充电模块(100)给所述蓄电池模块(300)充电；

放电模块(400)，与所述蓄电池模块(300)和照明模块(500)相连，所述蓄电池模块(300)通过所述放电模块(400)给所述照明模块供电；

控制模块(600)，与所述充电模块(100)和所述放电模块(400)相连，所述控制模块(600)通过收集所述充电模块(100)和所述放电模块(400)的信号来控制整个系统的工作状态。

2.根据权利要求1所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述充电模块(100)包括第一采集子模块(101)，所述第一采集子模块(101)在所述充电模块(100)内，连接在所述光伏模块(200)一端，并与所述控制模块(600)相连。

3.根据权利要求2所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述充电模块(100)还包括第二采集子模块(102)，所述第二采集子模块(102)在所述充电模块(100)内，与所述第一采集子模块(101)和所述控制模块相连。

4.根据权利要求3所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述充电模块(100)还包括降压子模块(103)，所述降压子模块(103)在所述充电模块(100)内，所述降压子模块(103)与所述第二采集子模块(102)和所述控制模块(600)相连。

5.根据权利要求4所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述充电模块(100)还包括保护子模块(104)，所述保护子模块(104)连接在所述降压子模块(103)和所述蓄电池模块(300)之间，用于保护所述蓄电池模块(300)。

6.根据权利要求5所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述保护子模块(104)包括第一保护件(104a)、第二保护件(104b)和第三保护件(104c)，所述第三保护件(104c)与所述蓄电池模块(300)相连。

7.根据权利要求6所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述放电模块(400)包括第三采集子模块(401)，所述第三采集子模块(401)在所述放电模块(400)内，连接在所述蓄电池模块(300)一端，并与所述控制模块(600)相连。

8.根据权利要求7所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述放电模块(400)还包括第四采集子模块(402)，所述第四采集子模块(402)在所述放电模块(400)内，并与所述控制模块(600)相连。

9.根据权利要求8所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：所述放电模块(400)还包括滤波子模块(403)，所述滤波子模块(403)设于所述放电模块(400)内。

10.根据权利要求1所述的太阳能照明充电放电系统，其特征在于：还包括，

防雷模块(700)，设于所述充电模块(100)和所述光伏模块(200)之间，包括压敏电阻(701)和放电管(702)，所述压敏电阻(701)和所述放电管(702)相连。

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