CN107979324A - 太阳能充电***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能充电***及方法，包括太阳能组件、与太阳能组件电连接的储能支路、与太阳能组件电连接的负载支路以及控制各支路的中央控制模块；储能支路包括与太阳能组件电连接的第一太阳能控制模块、与第一太阳能控制模块电连接的储能模块和第一开关；负载支路包括与太阳能组件电连接的第二太阳能控制模块、与第二太阳能控制模块电连接的负载接口和第二开关；负载通过第三开关与储能模块电连接；中央控制模块与第一太阳能控制模块和第二太阳能控制模块通讯连接；用于采集太阳能组件的发电功率并依据第一开关、第二开关以及第三开关的通断。本发明依据设定的阈值切换三个开关，从而减少储能模块的充放电模式的切换，延长充电模块使用寿命。

Description

太阳能充电***及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能充电***及其控制方法。

背景技术

随着化石能源的储量减少以及人们环保意识的不断加强，太阳能产品的应用越来越多，但是太阳能产品的实时功率直接受到光照的影响，太阳能产品的应用场景中一旦出现光照强度发生变化的情况就会引起太阳能产品的发电功率出现波动，频繁的波动会影响负载的工作状态甚至影响寿命。

为了保护负载的用电状态，保护负载，可以采用太阳能组件与储能模块相互配合的方式，目前市场上的大多数太阳能储能产品电气控制逻辑比较简单，甚至不乏有电气架构直连的产品；太阳能光线的不稳定性，导致太阳辐照度无论在幅值还是在频率上都存在较大波动，这也造成了太阳能面板输出的能量也随之出现波动；该波动直接造成了储能模块出现充电与放电两种状态较为频繁的切换。这种相对频繁充电与放电状态的切换，会对储能电芯的寿命造成影响，从而对产品整机造成影响。

发明内容

本发明的目的在于降低储能模块切换频率的太阳能充电***。

为实现上述目的，本发明提供一种太阳能充电***，包括太阳能组件、与所述太阳能组件电连接的储能支路、与所述太阳能组件电连接的负载支路以及控制各支路的中央控制模块；

所述储能支路包括与所述太阳能组件电连接的第一太阳能控制模块、与所述第一太阳能控制模块电连接的储能模块和第一开关；

所述负载支路包括与所述太阳能组件电连接的第二太阳能控制模块、与所述第二太阳能控制模块电连接的负载接口和第二开关；

所述负载接口通过第三开关与所述储能模块电连接；

所述中央控制模块与所述第一太阳能控制模块和所述第二太阳能控制模块通讯连接，用于采集所述太阳能组件的发电功率并依据所述光伏组件发电功率与负载的额定功率的差值控制所述第一开关、第二开关以及第三开关的通断。

本发明测量所述负载额定功率及太阳能组件的发电功率，依据其功率进行对储能模块的充放电进行切换，当太阳能组件的功率超过负载额定功率一定的阈值时，将第一开关和第二开关打开，同时为负载供电，并为储能模块充电，当太阳能组件的发电功率超过负载的额定功率在一定的阈值内时，太阳能组件仅为负载供电，当太阳能组件的发电功率小于负载额定功率时，采用太阳能组件和储能模块为负载供电。本发明的储能原件在中央控制模块的控制下进行储能模块的切换，而不是随太阳能组件的发电功率自动切换，因此，当太阳能组件的发电功率在阈值范围内波动时，储能模块的充放电模式不会被切换，从而能大幅度减少储能模块的切换次数，延长储能模块的使用寿命。

进一步地，所述第一、二太阳能控制模块具有检测所在支路功率的太阳能功率检测单元，所述中央控制模块具有检测所述负载接口的功率的负载功率检测单元；所述第一、二太阳能控制模块均与所述中央控制模块通讯连接。

采用第一、二太阳能控制模块分别监控负载支路和储能支路的功率，中央控制模块检测并记录负载的额定功率和实时功率；控制模块收集两个支路的功率信息并与负载的额定功率进行比较后，按照比较结果切换三个开关的状态。

进一步地，所述太阳能功率检测单元包括电流检测电路和电压检测电路；所述负载功率检测单元包括电流检测电路和电压检测电路。

通过电流和电压检测能够方便快捷的确定两支路的功率。

进一步地，所述第一、二太阳能控制模块还包括温度检测单元，所述温度检测单元与所述中央控制模块通讯连接。

温度检测对于太阳能控制模块的保护具有很大的意义，为了保护太阳能控制模块的安全，可以在太阳能控制模块内添加温度检测单元。

进一步地，所述第一、二太阳能控制模块、所述中央控制模块以及所述储能模块固定设置在一壳体内；所述壳体与所述太阳能组件固定连接。

为实现上述目的，本发明提供一种太阳能充电***的控制方法：所述方法包括如下步骤：

依据负载的额定功率设定一阈值；

检测并比较太阳能组件当前发电功率与所述负载的额定功率；

当所述太阳能组件当前发电功率小于所述负载的额定功率时，控制储能模块和所述太阳能组件同时为负载供电；

当所述太阳能组件当前发电功率大于所述负载的额定功率时，计算所述太阳能组件与所述负载的额定功率的差值；

比较所述差值和所述阈值；

当所述差值小于所述阈值时，控制所述太阳能组件为所述负载供电；

当所述差值大于所述阈值时，控制所述太阳能组件为所述负载和所述储能模块供电。

由于本发明中设定了阈值，当太阳能组件的发电功率在该阈值内波动时，不会引起储能模块的充放电模式切换，只有当太阳能组件的发电功率超出负载额定功率一定阈值时才会储能模块才会开始充电，同样的，只有太阳能组件的发电功率小于负载额定功率时储能模块才会放电。这样，在太阳能发电组件的发电功率波动较小时就能够大大减少储能模块的切换次数，从而保护储能模块，延长其使用寿命。

进一步地，在比较所述太阳能组件发电功率与负载额定功率之前还包括如下步骤：

获取负载的连接状态，当负载连接在电路中时，开始检测并比较太阳能组件与负载额定功率的步骤；当负载未连接在电路中时，控制太阳能组件为所述储能单元充电。

当负载未连接时，没有负载耗电，直接将太阳能组件产生的电能为储能模块进行充电即可。

进一步地，检测所述负载的额定功率的过程如下：

控制所述太阳能组件和所述储能模块为所述负载供电；

检测所述负载的电流和电压；

根据所述负载的电流和电压计算所述负载的额定功率。

检测额定功率时，首先采用太阳能组件和储能模块给负载提供足够的能量，使负载在达到额定功率工作条件，从而，负载在额定功率下工作，此时测量负载的功率即为额定功率，这种测量方法简单方便。

进一步地，所述阈值的范围小于所述负载额定功率的百分之十。

进一步地，比较太阳能组件发电功率与所述的负载额定功率之前还包括如下步骤：

检测所述太阳能组件的发电功率，

如果所述太阳能组件的发电功率大于零，开始比较太阳能组件的发电功率与负载额定功率的步骤；

如果所述太阳能组件的发电功率等于零，控制所述储能模块为所述负载供电。

该步骤的意义在于，如果在没有光照的情况下，直接采用储能模块进行充电。

附图说明

图1为本发明太阳能充电***的实施例1的结构框图；

图2为本发明太阳能充电***的实施例2的逻辑流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节也可以实现本申请所要求保护的技术方案，基于以下各实施方式的种种变化和修改也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种太阳能充电***，包括太阳能组件、与所述太阳能组件电连接的储能支路、与所述太阳能组件电连接的负载支路以及控制各支路的中央控制模块；

所述储能支路包括与所述太阳能组件电连接的第一太阳能控制模块、与所述第一太阳能控制模块电连接的储能模块和第一开关；

所述负载支路包括与所述太阳能组件电连接的第二太阳能控制模块、与所述第二太阳能控制模块电连接的负载接口和第二开关；

所述负载接口通过第三开关与所述储能模块电连接；

所述中央控制模块与所述第一太阳能控制模块和所述第二太阳能控制模块通讯连接，用于采集所述太阳能组件的发电功率并依据所述光伏组件发电功率与负载的额定功率的差值控制所述第一开关、第二开关以及第三开关的通断。

第一、二太阳能控制模块、中央控制模块、储能模块、第一、二、三开关，相关负载以及各类线材、连接器等组成。其中中央控制模块内嵌软件，它一方面控制太阳能组件的充放电工作，另一方面合理控制第一、二、三开关的闭合，因而实现本方案的控制逻辑。

太阳能组件：包括晶硅、非晶硅、铜铟镓硒、碲化镉、砷化镓等多种原理的太阳能组件。组件可安装在任何可接受太阳光辐射的地方，包括但不仅限于建筑物外墙，建筑物顶部，地面，高原，山川等固定场所，也可安装在背包，车身，轮船，火车等可移动场所。只要能接受阳光的地方均可安装。太阳能组件的作用是将太阳能转化为电能。

第一、二太阳能控制模块即图中的太阳能智能充放电控制器A、B：它可以智能高效的追踪太阳能组件输出的能量，使其持续稳定的输出太阳能转化而来的电能。该太阳能控制模块可以采用当前常用的太阳能控制器。

中央控制模块即图中的智能中央控制器：该控制器是整个***的中央中枢，内嵌软件***，负责第一、二太阳能控制模块和第一、二三开关符合时机的工作，同时也负责***中重要参数的采集和分析工作，该参数包括但不限于硬件***各所需节点的电压，电流，功率，温度等数据。该中央控制模块可以采用单片机、cpu等内置软件后来实现。

储能模块即图中的储能电芯：存储太阳能组件输出的太阳能，并太阳能组件输出不能满足负载需求时，提供电能给负载。该储能模块可以采用电容、电池等能够存储电能的器件。

第一、二、三开关即图中的开关A、B、C：是本方案的执行单元，其中第一开关负责太阳能组件、第一太阳能控制模块、负载这一链路的开启与终止，第二开关负责太阳能组件、储能模块的开启与终止，第三负责储能模块、负载的开启与终止。第一、二、三开关可以采用继电器的形式。

本实施例测量所述负载额定功率及太阳能组件的发电功率，依据其功率进行对储能模块的充放电进行切换，当太阳能组件的功率超过负载额定功率一定的阈值时，将第一开关和第二开关打开，同时为负载供电，并为储能模块充电，当太阳能组件的发电功率超过负载的额定功率在一定的阈值内时，太阳能组件仅为负载供电，当太阳能组件的发电功率小于负载额定功率时，采用太阳能组件和储能模块为负载供电。本发明的储能原件在中央控制模块的控制下进行储能模块的切换，而不是随太阳能组件的发电功率自动切换，因此，当太阳能组件的发电功率在阈值范围内波动时，储能模块的充放电模式不会被切换，从而能大幅度减少储能模块的切换次数，延长储能模块的使用寿命。

本实施例中，功率检测的方式可以采用功率计进行检测，也可以通过检测电流电压后计算功率，优选的采用检测电流电压的方式进行功率检测，该方式采用的设备较简单，方法也较简单，投资较少，便于维护。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种太阳能充电***的控制方法；所述方法包括如下步骤：

依据负载的额定功率设定一阈值；该阈值根据负载的额定功率进行设定，例如，可以将该阈值设定为负载额定功率的5％或10％。

检测并比较太阳能组件当前发电功率与负载额定功率；太阳能组件的当前发电功率可以通过即时测量电压电流信息进行确定，也可以采用功率计即时测量太阳能组件的当前发电功率；负载的额定功率的测量可以按照如下方式进行测量：首先采用太阳能组件和储能模块为负载提供足够的能量，使负载在额定功率下工作，此时即可通过检测负载的电流电压进行额定功率的检测，或者，通过功率计检测出负载的额定功率。

当太阳能组件当前发电功率小于所述负载额定功率时，控制储能模块和所述太阳能组件同时为负载供电；当太阳能组件的功率小于所述额定功率时，为了保证太阳能组件正常工作，采用太阳能组件和储能模块进行供电。

当太阳能组件当前发电功率大于所述负载额定功率时，计算所述太阳能组件与所述负载额定功率的差值；

比较所述差值和所述阈值；

当所述差值小于所述阈值时，控制所述太阳能组件为所述负载供电；当该差值小于上述阈值时，如果接通储能模块，当太阳能组件的即时发电功率发生变化时，很容易导致储能模块充放电的充放电模块的切换，因此，不接通储能模块。

当所述差值大于所述阈值时，控制所述太阳能组件为所述负载和所述储能模块供电；当该差值大于上述阈值时，太阳能组件的发电的即时功率的波动一般不会超过该阈值，也就不会引起储能模块的充放电状态切换，因此，将储能模块接通进行充电。

由于本发明中设定了阈值，当太阳能组件的发电功率在该阈值内波动时，不会引起储能模块的充放电模式切换，只有当太阳能组件的发电功率超出负载额定功率一定阈值时才会储能模块才会开始充电，同样的，只有太阳能组件的发电功率小于负载额定功率时储能模块才会放电。这样，在太阳能发电组件的发电功率波动较小时就能够大大减少储能模块的切换次数，从而保护储能模块，延长其使用寿命。

为了提高该方法的效率，本实施例还可以在上述的步骤之前进行如下步骤：

获取负载的连接状态，当负载连接在电路中时，开始检测并比较太阳能组件与负载额定功率的步骤；当负载未连接在电路中时，控制太阳能组件为所述储能单元充电。

由于负载未连接时，负载支路需要耗费电能，不需要进行上述各个步骤，为了提高运行效率，首先检测负载是否在线，如果负载不在线，可以直接进行储能模块的充电，如果负载不在线，直接将太阳能组件产生的电能为储能模块进行充电即可，而不需要上述的比较步骤。

优选的，在比较太阳能组件发电功率与负载额定功率之前还可以进行如下步骤：

检测所述太阳能组件的发电功率，

如果所述太阳能组件的发电功率大于零，开始比较太阳能组件的发电功率与负载额定功率的步骤；

如果所述太阳能组件的发电功率等于零，控制所述储能模块为所述负载供电。太阳能组件在没有光照的情况下，其发电功率为零，不能提供电能，因此，如果检测到发电功率为零，首先要进行该太阳能组件的发电功率，如果发电功率为零，不需要进行后续的比较等步骤，直接采用储能模块进行供电，如果太阳能组件的发电功率不为零，那么进行后续的比较功率等的步骤，依据情况选择合适的供电方式。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种太阳能充电***，包括太阳能组件、与所述太阳能组件电连接的储能支路、与所述太阳能组件电连接的负载支路以及控制各支路的中央控制模块；其特征在于：

所述储能支路包括与所述太阳能组件电连接的第一太阳能控制模块、与所述第一太阳能控制模块电连接的储能模块和第一开关；

所述负载支路包括与所述太阳能组件电连接的第二太阳能控制模块、与所述第二太阳能控制模块电连接的负载接口和第二开关；

所述负载接口通过第三开关与所述储能模块电连接；

所述中央控制模块与所述第一太阳能控制模块和所述第二太阳能控制模块通讯连接，用于采集所述太阳能组件的发电功率并依据所述光伏组件发电功率与负载的额定功率的差值控制所述第一开关、第二开关以及第三开关的通断。

2.如权利要求1所述太阳能充电***，其特征在于：所述第一、二太阳能控制模块具有检测所在支路功率的太阳能功率检测单元，所述中央控制模块具有检测所述负载接口的功率的负载功率检测单元；所述第一、二太阳能控制模块均与所述中央控制模块通讯连接。

3.如权利要求2所述太阳能充电***，其特征在于：所述太阳能功率检测单元包括电流检测电路和电压检测电路；所述负载功率检测单元包括电流检测电路和电压检测电路。

4.如权利要求2所述太阳能充电***，其特征在于：所述第一、二太阳能控制模块还包括温度检测单元，所述温度检测单元与所述中央控制模块通讯连接。

5.如权利要求1所述太阳能充电***，其特征在于：所述第一、二太阳能控制模块、所述中央控制模块以及所述储能模块固定设置在一壳体内；所述壳体与所述太阳能组件固定连接。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述太阳能充电***的控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

依据负载的额定功率设定一阈值；

检测并比较太阳能组件当前发电功率与所述负载的额定功率；

当所述太阳能组件当前发电功率小于所述负载的额定功率时，控制储能模块和所述太阳能组件同时为负载供电；

当所述太阳能组件当前发电功率大于所述负载的额定功率时，计算所述太阳能组件与所述负载的额定功率的差值；

比较所述差值和所述阈值；

当所述差值小于所述阈值时，控制所述太阳能组件为所述负载供电；

当所述差值大于所述阈值时，控制所述太阳能组件为所述负载和所述储能模块供电。

7.如权利要求6所述太阳能充电***的控制方法，其特征在于：在比较所述太阳能组件发电功率与负载额定功率之前还包括如下步骤：

获取负载的连接状态，当负载连接在电路中时，开始检测并比较太阳能组件与负载额定功率的步骤；当负载未连接在电路中时，控制太阳能组件为所述储能单元充电。

8.如权利要求6所述太阳能充电***的控制方法，其特征在于：检测所述负载的额定功率的过程如下：

控制所述太阳能组件和所述储能模块为所述负载供电；

检测所述负载的电流和电压；

根据所述负载的电流和电压计算所述负载的额定功率。

9.如权利要求6所述太阳能充电***的控制方法，其特征在于：所述阈值的范围小于所述负载额定功率的百分之十。

10.如权利要求6所述太阳能充电***的控制方法，其特征在于：比较太阳能组件发电功率与所述的负载额定功率之前还包括如下步骤：

检测所述太阳能组件的发电功率，

如果所述太阳能组件的发电功率大于零，开始比较太阳能组件的发电功率与负载额定功率的步骤；

如果所述太阳能组件的发电功率等于零，控制所述储能模块为所述负载供电。