CN213585264U - 移动式光伏发电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动式光伏发电设备，包括光伏板、电池组、控制器电路和MPPT太阳能转换电路，光伏板通过MPPT太阳能转换电路与电池组连接，控制器电路与MPPT太阳能转换电路和电池组连接；控制器电路用于采集MPPT太阳能转换电路的输出电流并调整MPPT太阳能转换电路的输出电压/电流，MPPT太阳能转换电路用于对光伏板的输入电能进行转换并使光伏板以最大功率点向电池组充电，控制器电路用于控制电池组输出直流电为第一负载供电或者控制电池组通过逆变转换成交流电后给第二负载供电。本实用新型的优点是对没有阳光照射的地方使用本申请移动式光伏发电设备，可以将太阳能电池板放置在阳关照射的地方进行发电，远距离输送电能，为负载进行供电。

Description

移动式光伏发电设备

技术领域

本申请属于光伏发电设备领域，尤其涉及一种移动式光伏发电设备。

背景技术

虽然目前太阳能发电技术已经很成熟，现有的太阳能照明都需要安装在有阳光照射的地方。然而在有些没有阳光照射的地方(如隧道，室内等)，如果要安装太阳能路灯，肯定行不通；而且现有的太阳能发电都没有采用逆变技术，实现市电设备的供电。此外工人在进行野外作业或者铁路维护、或在公共事件等环境进行工作时，若没有可随时移动式供电设备，将对工作人员工作造成困扰，不利于工作的展开。因此迫切需要一个供电装置能将发电和供电实现分开，在远距离外实现太阳能发电，以便供应隧道等地方的照明；或者在野外作业时能够携带移动式发电设备，为工作人员提供便利。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种移动式光伏发电设备，包括光伏板、电池组，还包括控制器电路和MPPT太阳能转换电路，所述光伏板通过MPPT太阳能转换电路与电池组连接，控制器电路与MPPT太阳能转换电路和电池组连接；所述控制器电路用于采集MPPT太阳能转换电路的输出电流并调整MPPT太阳能转换电路的输出电压/电流，MPPT太阳能转换电路用于对光伏板的输入电能进行转换并使光伏板以最大功率点向电池组充电，所述控制器电路用于控制电池组输出直流电为第一负载供电或者控制电池组通过逆变转换成交流电后给第二负载供电。

进一步的，所述控制器电路包括微处理芯片、电流跟踪电路和同步稳压电路，光伏板与MPPT太阳能转换电路连接，MPPT太阳能转换电路与微处理芯片、电流跟踪电路和同步稳压电路连接，微处理芯片还与同步稳压电路、电池组和、所述第一负载和所述第二负载连接；所述电流跟踪电路用于对MPPT太阳能转换电路的输出电流进行采样并输送至微处理芯片，所述微处理芯片用于对所述输出电流计算处理并控制MPPT太阳能电路以MPPT最佳功率点输出电压或电流给电池组充电或者所述微处理芯片还用于通过电池组所述第一负载和第二负载供电，所述同步稳压电路用于对MPPT太阳能转换电路的输出电流或电压调节同步。

进一步的，所述的光伏板模块采用可折叠光伏板。

进一步的，所述微处理芯片采用MSP430微处理芯片。

本发明的目的实现光伏发电和应用实现分开，用电设备可以和光伏发电设备距离远，可以对接任何使用AC220V的用电设备。同时光伏板可折叠，具有良好的收纳性、便携性。

本申请移动式光伏发电设备，是把光伏安装在有阳光照射的地方，如隧道边上的山坡上，屋顶上，光伏产生的电能储存到蓄电池中，在通过逆变到交流220V,输送到如隧道内的照明，或输送到室内照明系统。如农村需要抽水的地方，没有市电或要拉很长的电线，采用本申请发电设备，就直接省去拉电线。在野外作业、铁路维护、公共事件等环境，还可作为临时应急电源使用。

本发明是一种移动式光伏发电设备，利用单片机(即微处理芯片)的智能性实现了对电路的控制，利用光伏发电的原理将太阳能所发的电转换为电子产品所能利用的电能，从而解决了移动、便携难题。

本发明的太阳能充电是通过太阳能电池板，利用“光生伏特效应”将太阳能转换为电能，经过输出装置，为负载提供电能。经过直流变换即所谓的斩波环节，将一种直流电，变换为另一种可以控制的直流电或交流电，从而满足用电的要求。通过单片机的控制环节，经过复杂的控制，从而实现电路的控制环节。系统中设有完备的过电流过电压保护，避免电池因过度充电而损坏。

在本系统中光伏板转换电能，经过MPPT太阳能转换电路经行转换后，存储到电池组模块。控制器模块采用MSP430微处理芯片，用于系统控制和输出。

光伏板(即太阳能电池板)：※负责把光能转电能；※对于移动式光伏发电设备，光伏板采用可折叠光伏板。

控制器模块(控制器电路)：※采用mppt技术,并实现最大功率点自动追踪,给电池组充电.※实现电池组剩余电量监测。※实现电池组逆变到AC220V，并输出。※实现输出功率预警。

电池组：※采用铅酸电池/锂电池等。

本发明的关键点

1)此设备可以把太阳能发电转换成市电给市电设备或直流电设备。

2)对移动式用电设备可以采用折叠式光伏板。

3)实现用电设备的功率预警，电池的剩余电量监测。

本实用新型的优点在于：1)对没有阳光照射的地方使用本申请移动式光伏发电设备，可以将太阳能电池板放置在阳关照射的地方进行发电，远距离输送电能，为负载进行供电，2)对没有市电的野外作业，采用本申请移动式光伏发电设备可以将光伏板产生的电能经过转换后成为220v的交流电，为负载供电；3)本申请移动式光伏发电设备还可以将光伏板产生的电能在电池组中储存后为直流电直接供电；4)本申请的移动式光伏发电设备通过MPPT太阳能转换电路及控制器电路可以控制MPPT太阳能转换电路以最大功率点为电池组进行充电，提高充电效率；5)本申请的光伏板可以采用折叠式光伏板，便于运输。

附图说明

图1是本申请的连接电路图1，

图2是本申请的连接电路图2，

图3是本申请的MPPT太阳能转换电路的电路原理图，

图4是本申请的控制器电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请做进一步详细说明：

一种移动式光伏发电设备，包括光伏板1、电池组2、控制器电路3和MPPT太阳能转换电路4，所述光伏板1通过MPPT太阳能转换电路4与电池组2连接，控制器电路3与MPPT太阳能转换电路4和电池组2连接；所述控制器电路3用于采集MPPT太阳能转换电路4的输出电流并调整MPPT太阳能转换电路的输出电压/电流，MPPT太阳能转换电路用于对光伏板的输入电能进行转换并以最大功率点向电池组充电，所述控制器电路3用于控制电池组2输出直流电为第一负载(即直流用电设备)供电或者控制电池组2通过逆变转换成交流电后给第二负载(即市电用电设备)供电。

具体的，所述控制器电路3包括微处理芯片31、电流跟踪电路32和同步稳压电路33。光伏板1与MPPT太阳能转换电路4连接，MPPT太阳能转换电路4与电池组2、电流跟踪电路32、同步稳压电路33和微处理芯片31连接，微处理芯片31与同步稳压电路33、电流跟踪电路32、电池组2、MPPT太阳能转换电路4、所述第一负载和第二负载连接。具体的，光伏板通过V_IN引线与MPPT太阳能转换电路连接，MPPT太阳能转换电路4分别通过P+引线、B+引线、P_EN引线、B_I引线、L_EN引线、P_I引线与微处理芯片31连接以及MPPT太阳能转换电路4还分别通过L+引线和P+引线与电流跟踪电路32和同步稳压电路33连接，MPPT太阳能转换电路4还通过V-OUT引线与电池组连接，同步稳压电路33分别通过RST引线和TEST引线与微处理芯片电路31连接；微处理芯片31通过B+引线、L-I引线与电流跟踪电路32连接。所述电流跟踪电路32用于对MPPT太阳能转换电路4的输出电流进行采样并输送至微处理芯片31，所述微处理芯片用于对所述输出电流计算处理并控制MPPT太阳能转换电路以MPPT最大功率点输出电压或电流给电池组2充电，以及所述微处理芯片31还用于通过电池组为所述第一负载进行直流供电或者通过电池组进行逆变转换为第二负载进行交流电供电。所述同步稳压电路用于对MPPT太阳能转换电路的输出电流或电压进行检测并将检测值输出给微处理芯片，微处理芯片将检测值与设定值进行比较，调节PWM占空比，使MPPT太阳能转换电路的输出电压或电流与设定值趋于同步。

本申请工作过程：首先，由光伏板1将太阳能转换为电能，经过MPPT太阳能转换电路4(图2)对光伏板电能的优化跟踪，从而高效获得电能。由同步稳压电路33实现MPPT太阳能转换电路4的输出电压电流的改变，由电流跟踪电路32实现数据的采集及转换并传给MSP430微处理芯片做判断处理，从而实现电路向电池组充电和输出。

MSP430微处理芯片31工作的具体过程是上电复位，查询电流跟踪电路对MPPT太阳能转换电路的电流跟踪数据，根据电流跟踪数据来确定电池充电效能。再继续查询电流跟踪电路数据，确定MPPT太阳能转换电路的充电电流的大小或电源的输出电压,然后转移到相应的子程序计算PWM占空比,开始控制MPPT太阳能转换电路输出电流或电压。在输出的过程中通过同步稳压电路的定时检测，来判断输出的电流或电压，与设定值比较后，调节PWM占空比，使输出趋于设定值。在电池充电过程中，通过检测电流的大小来确定电池充电的多少，从而改变充电方式或决定是否继续充电。

所述微处理芯片采用MSP430F513单片机，基于MSP430F513单片机实现太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT)控制设计。

本申请系统硬件电路的设计：

移动式光伏发电设备的组成原理如图1所示，主要包括光伏板、电池组、控制器电路三个主要部分。太阳能电池的输出电压Up和电流Ip，蓄电池(即电池组)的充电电压U和电流I。控制器电路根据实时采集到的信号，配合MPPT算法，通过调节占空比D，从而实时获得太阳能电池的最大功率输出。

控制器电路选用单片机MSP430F513作为核心器件。该芯片超低功耗，片内外设丰富，集成度高，性能优越。其电源为1.8～3.6V，待机电流小于1A，I/O输入端口的漏电流最大为50nA，指令周期达到62.5ns，从低功耗模式唤醒到活动模式的时间少于1s。该芯片内置多达32KB的FLASH ROM和4KBRAM的存储器，提供8通道12位的高速ADC，和定时器、比较器、电源电压监测等外围模块，带有USCI接口，具有数据远距离通信功能，可以方便地和其它系统相连接。

MPPT算法及实现

由于MSP430F513单片机内部集成了硬件乘法器，简化了子程序的编制，提高了程序的执行效率。MPPT算法采用滞环比较扰动观测法。滞环比较法的基本原理为：假设当前工作点为a的电压为Ua，在太阳能电池的P-U曲线上在a左右两侧相距ΔU的位置取c，b两点，即Uc＝Ua-ΔU，Ub＝Ua+ΔU。测量a，b，c三点的电压、电流，设定一符号变量k，计算出三点的功率值，进行比较。先b点与a点比，若Pb≥Pa，则k＝l；若Pb<Pa，则k＝-l。再比a点和c点，若Pc≥Pa，则k＝-l，若Pc<Pa，则k＝1。根据符号k的大小决定工作点的移动方向，当k＝2，工作点向右侧b点移动；当k＝0，工作点不移动；当k＝2，工作点向左侧c点移动；为快速找到最大功率点，Ua的初始值设为0.76Uoc。

本设计在开机时通过采样光伏电池开路电压值乘以一经验比例值作为初始基准，开机后能迅速跟踪上最大功率点；当系统接近最大功率点时采用滞环比较扰动观测法，减小了最大功率点附近的振荡。其电路简单，工作稳定可靠，功耗小，节能、可靠。

Claims (4)

1.一种移动式光伏发电设备，包括光伏板、电池组，其特征在于：还包括控制器电路和MPPT太阳能转换电路，所述光伏板通过MPPT太阳能转换电路与电池组连接，控制器电路与MPPT太阳能转换电路和电池组连接；所述控制器电路用于采集MPPT太阳能转换电路的输出电流并调整MPPT太阳能转换电路的输出电流/电压，MPPT太阳能转换电路用于对光伏板的输入电能进行转换并以最大功率点向电池组充电，所述控制器电路还用于控制电池组输出直流电为第一负载供电或者控制电池组通过逆变转换成交流电后给第二负载供电；所述控制器电路包括微处理芯片、电流跟踪电路和同步稳压电路，光伏板与MPPT太阳能转换电路连接，MPPT太阳能转换电路与微处理芯片、电池组、电流跟踪电路和同步稳压电路连接，微处理芯片还与同步稳压电路、电流跟踪电路、电池组、所述第一负载和所述第二负载连接；所述电流跟踪电路用于对MPPT太阳能转换电路的输出电流进行采样并输送至微处理芯片，所述微处理芯片用于对所述输出电流计算处理并控制MPPT太阳能电路以MPPT最大功率点输出电压或电流给电池组充电，所述微处理芯片还用于通过电池组为所述第一负载和第二负载供电。

2.根据权利要求1所述的移动式光伏发电设备，其特征在于：所述的光伏板采用可折叠光伏板。

3.根据权利要求1 所述的移动式光伏发电设备，其特征在于：所述微处理芯片采用MSP430微处理芯片。

4.根据权利要求1所述的移动式光伏发电设备，其特征在于：所述电池组采用铅酸电池或者锂电池。

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