CN1316712C - 小型太阳能集成光伏电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型太阳能集成光伏电源,它由带A/D转换的微处理器电路(11)、状态显示电路(14)、温度测量电路(13)、MOSFET充电开关电路(15)、MOSFET放电开关电路(16)、DC-DC电压变换电路(12)、以及电气接口电路(17)组成;其特征是该电源制成集成件,集成件由太阳电池(6)、薄膜蓄电池(5)、控制电路板(3)、铝质合金型材边框(1)、铝镁合金底板(7)组成。它的优点和积极效果是:将太阳电池、控制电路和蓄电池集成在一起,集发电与蓄电功能于一体,产品制成板状或抽屉式的插件结构,携带和使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型太阳能集成光伏电源。
技术背景
独立的太阳能光伏电源是由太阳电池、控制电路和蓄电池三部分组成。光伏电源的输出功率可以根据负载实际需要任意设计,大到可以是一个100kW以上的大型光伏电站,小到可以是一个1W以下的小型或微型光伏***,通过导线将各自独立的部件如太阳电池、控制电路和蓄电池连接起来即可构成一个最基本的光伏***。太阳电池作为发电装置一般要安装在室外有太阳光照射的地方(如用非晶硅太阳电池,也可安置在室内有光照的地方),而控制电路和蓄电池由于防潮、温度等原因一般要安放在室内或室外具有防潮和隔热功能的保护箱或小房间内。因此,特别是在可移动、便携电源***中,这种电源使用起来很不方便。
尤其是现代社会,各种随身小电器越来越多,如:手机、PDA、MP3、数码相机、笔记本电脑等移动电器非常离不开电源;另外,长时间野外作业、旅游,如:公安、军队、地质考察等的通讯、照明等都离不开电源。野外如何获得电力,小型太阳能光伏电源便是一个清洁、便捷、安全、可靠的独立电源***,具有广泛的应用价值。
发明的内容
本发明的目的是为了克服现有太阳能光伏电源的太阳电池、控制电路和蓄电池各自分离,携带和使用不便的缺点,提供一种将太阳电池、控制电路和蓄电池集成在一起,集发电与蓄电功能于一体,三明治结构或抽屉式的插件结构的携带和可移动的小型太阳能集成光伏电源。
本实用新型的目的是这样实现的:一种小型太阳能集成光伏电源,它包括带A/D转换的微处理器电路(11)、状态显示电路(14)、温度测量电路(13)、MOSFET充电开关电路(15)、MOSFET放电开关电路(16)、DC-DC电压变换电路(12)、以及电气接口电路(17);
带A/D转换的微处理器电路(11)是核心,其连接关系如下:带A/D转换的微处理器电路(11)与DC-DC电压变换电路(12)的使能控制端连接,控制变换电压的输出;温度测量电路(13)通过其芯片的二根串行总线与带A/D转换的微处理器电路(11)连接实现温度值的采集;带A/D转换的微处理器电路(11)与状态显示电路(14)的四个发光二极管连接,用于状态充满、过度放电、超温、DC变换出的工作状态显示;带A/D转换的微处理器电路(11)与MOSFET充电开关电路(15)连接,控制MOSFET功率开关管的开闭;带A/D转换的微处理器电路(11)与MOSFET放电开关电路(16)连接,控制MOSFET功率开关管的开闭;电气接口电路(17)与A/D转换的微处理器电路(11)之间没有连接关系,而与MOSFET充电开关电路(15)之间通过三位开关进行切换连接,将太阳电池组件与MOSFET充电开关电路(15)的MOSFET功率开关管输入端连接,或者与太阳电池输出串并联口相连接;蓄电池通过与保险管、防反充二极管串联,再与拨动开关串联接MOSFET充电开关电路(15)的MOSFET功率开关管输出端,同时也通过另一只二极管引出蓄电池接口;另外,太阳电池组件正负极间并接有旁路二极管,方便太阳电池串联接口串联;
其特征是该电源制成集成件,集成件由太阳电池(6)、薄膜蓄电池(5)、控制电路板(3)、铝质合金型材边框(1)、铝镁合金底板(7)组成;铝镁合金底板(7)用螺钉(10)紧固在铝质合金型材边框(1)上形成基本框架;太阳电池(6)经切割串接成适合于薄膜蓄电池充电的电压组合,然后与衬底材料结合,采用透明树脂胶封,或者采用玻璃或有机玻璃钢真空层压封装,做成电池组件;用散热胶将薄膜蓄电池和铝质衬板粘合,然后顺槽***铝质合金型材边框(1)中,蓄电池正负电极(4)与其连接弹簧片紧密接触;控制电路板(3)紧固在边框延伸部位上,控制电路板(3)的元件面朝向底板,电路板上元件除MOSFET功率开关管外全部用贴片元件表面贴装;太阳电池组件沿上下边框槽***到底,太阳电池正负电极(2)与其连接弹簧片紧密接触;走线置于框架内其余空间;框架的背面或加装支撑架;铝质合金型材边框(1)上开有各种电气接口、指示灯孔和散热孔。
所述太阳电池(6)选自单晶硅、多晶硅、非晶硅、多晶硅薄膜电池、硫化镉、砷化镓、锑化镉或纳米二氧化钛(纳米TiO2)染料敏化太阳电池。太阳电池封装的衬底材料选自玻璃、铝板、聚脂纤维板或陶瓷板。
所述太阳电池发电量要与蓄电池匹配。
所述膜薄蓄电池(5)选自片状或膜薄状锂蓄电池、镍氢电池或纽扣电池。
光伏电源工作原理描述
使用时打开侧面电源拨动开关,状态指示电路(14)中电源指示灯亮,这时微处理器电路(11)会通过A/D口经取样电阻自动检测充电状态和锂电池的放电电压,当电压过低(<3.2V)、或者负载短路时,会实时自动关闭MOSFET开关电路(15)的输出,否则打开输出,同时相应的过放指示灯会随放电开关状态闪烁;集成电源在电源开关打开后,微处理器电路(1)也同样在实时检测充电电压,当充电电压接近3.8V时由恒压充转入点滴充,这时的点滴充由微处理器靠PWM(脉宽调制)方式实现,同时有指示灯闪烁提示充电快满,当超过4.1伏时自动关闭充电开关电路(6),相应的状态指示灯电路(4)中充满指示灯会点亮,当过放指示灯不亮时,通过外部电气接口(7)以及DC-DC变换电路(2)为负载提供3.6V和5V电压的电力使用。
控制电路中的两片温度测量电路(3)在集成电源使用中分别对蓄电池表面和中间件内部空腔的温度作实时检测,当蓄电池表面温度过高或过低时,会对蓄电池充电电压作温度补偿;当内部空腔环境温度过高(55度以上)时,蜂鸣器会发出提示报警声提示使用者注意,相应的状态指示灯电路(4)中温度高指示灯会闪烁。
另外,侧面提供的电气接口电路(7)中的太阳电池串并接口可通过一个三位选择开关提供内部充电和外部充电选择。内部充电可给内部锂电池充电;外部充电可把多个集成光伏电源的太阳电池串接给更高电压的蓄电池充电,并接可给电压为3.6V容量更大的蓄电池充电,也可既串也并组成一个很大的太阳电池方阵给电压更高容量更大的大型负载供电,电气接口电路(7)中的旁路二极管在太阳电池出现局部遮阴时起旁路导通作用。
本发明的优点和积极效果是:将太阳电池、控制电路和蓄电池集成在一起,集发电与蓄电功能于一体,产品制成板状或抽屉式的插件结构,携带和使用方便。特别是由于太阳电池、蓄电池的薄膜化生产的现实,使这一发明思路便于实施。简单的说,将光伏***像集成电路一样来设计。由此可方便的给便携通讯(GSM)、音像娱乐(CD、VCD、DVD、MP3等)、摄影、摄像、测温、测距、保健、助听、助视、旅游甚至军用通讯设备或其他野外装置供电。根据目前技术发展状况,至少可适用于小型电器。一旦技术成熟,将来也可用于大型电站建设和更方便实现光伏建筑一体化建设,并更具有安装、拆卸、搬运和移动方便快捷的特点。如集成光伏***超小型化、袖珍化后,甚至还可用于生物医学工程,为人体有关健康数据检测或用于治疗特殊疾病等提供电源。
附图说明
图1为本发明的主视图
图2为A-A剖视图。
图3为本发明的电路方框原理图。
具体的实施方式
下面结合附图和下面的实施例进一步说明本发明,但对本发明不构成限制。
图1、图2、图3显示的小型太阳能集成光伏电源,它包括带A/D的微处理器电路11、状态显示电路14、温度测量电路13、MOSFET充电开关电路15、MOSFET放电开关电路16、DC-DC电压变换电路12、以及电气接口电路17组成;
带A/D转换的微处理器11是核心,其连接关系如下:微处理器电路11通过P1口之一I/O线与DC-DC电压变换电路12的TPS60110使能控制端连接,控制变换电压的输出;温度测量电路13通过其芯片的二根串行总线与微处理器电路11的P1口的其中两条I/O线连接实现温度制值的采集;微处理器电路11的P0口的四根I/O线与状态显示电路14的四个发光二极管连接,用于状态充满、过放、超温、DC变换出的工作状态显示;微处理器电路11与充电开关电路15之间通过P1口的一根I/O线连接,控制MOSFET功率开关管的开闭;微处理器电路11与放电开关电路16之间也通过P1口的一根I/O线连接,控制MOSFET功率开关管的开闭;电气接口电路17与微处理器电路11之间没有连接关系,而与充电开关电路15之间通过三位开关进行切换连接,将太阳电池组件与充电开关电路15的功率开关管输入端连接,或者与太阳电池输出串并联口相连接;蓄电池通过与保险管、防反充二极管串联,再与拨动开关串联接充电开关电路15的功率开关管输出端,同时也通过另一只二极管引出蓄电池接口;另外,太阳电池组件正负极间并接有旁路二极管,方便太阳电池串联接口串联;
其特征是该电源制成集成件(即连接件),集成件由硅太阳电池6、薄膜锂蓄电池5、控制电路板3、铝质合金型材边框1、铝镁合金底板7组成;铝镁合金底板7用螺钉10紧固在铝质合金型材边框1上形成基本框架;太阳电池6选用晶硅电池经切割串接成适合于锂电池充电的电压组合,然后用有机玻璃层压封装做成电池组件;用散热胶粘合的薄膜锂电池和铝质衬板顺槽***抽屉中,蓄电池正负电极4与其连接弹簧片紧密接触;控制电路板3紧固在边框延伸部位上,控制电路板3的元件面朝向底板,电路板上元件除功率开关外全部用贴片元件表面贴装;太阳电池组件沿上下边框槽***到底,太阳电池正负电极2与其连接弹簧片紧密接触;走线置于框架内其余空间;框架的背面或加装支撑架;铝质合金型材边框1上开有各种电气接口、指示灯孔和散热孔。
应用实例1:用0.3W太阳电池组件,有8-12片电池小片(0.03W左右)串联构成,3.6V聚合物锂离子蓄电池200-800mAh。通过连接件即可组成一个小型集成光伏***。可用于学生安全警示牌,手电筒、助听器、太阳能玩具等供电。单个***外形尺寸为:10cm×8cm×3cm。
应用实例2:
用1W太阳电池组件,聚合物锂离子蓄电池600-2400mAh。通过连接件即可组成集成光伏***。可用于旅游照明,电动玩具、航海航空模型、手提电话充电,建筑工人高空作业通讯、测量用电,交警信号指示用电等。单个***外形尺寸为:18cm×12cm×3cm。
应用实例3:
用3W太阳电池组件,聚合物锂离子蓄电池1800-6000mAh。通过连接件即可组成集成光伏***。可用于野外作业个人行走照明,阅读用电。可作为重要的防汛、抗灾用品。单个***外形尺寸为:25cm×18cm×3cm。
应用实例4:
用5W太阳电池组件,聚合物锂离子蓄电池2-6Ah。通过连接件即可组成集成光伏***。可用于单兵作战需要,单个5W,一个班到一个连,可形成一个小型电站,可快速安装。一个班:5W×12=60W;一个排:5W×36=180W;一个连:5W×108=540W。
单个或组合可作为野外作战通讯或指挥***用电、野外照明、汽车备用电源等。单个或组合可作为建筑材料,如:屋瓦、幕墙、玻璃窗等。单个***外形尺寸为:32cm×22cm×3cm。
应用实例5:
用10W太阳电池组件,聚合物锂离子蓄电池10-20Ah。通过连接件即可组成集成光伏***。可用于搭建临时电站,用于野外军事演习,海上邮轮、鱼船用电,临时舞台.电影电视拍摄用电,晚间文艺活动,紧急救灾等。单个***外形尺寸为:40cm×28cm×1cm。
Claims (5)
1.一种小型太阳能集成光伏电源,它包括带A/D转换的微处理器电路(11)、状态显示电路(14)、温度测量电路(13)、MOSFET充电开关电路(15)、MOSFET放电开关电路(16)、DC-DC电压变换电路(12)、以及电气接口电路(17);
带A/D转换的微处理器电路(11)是核心,其连接关系如下:带A/D转换的微处理器电路(11)与DC-DC电压变换电路(12)的使能控制端连接,控制变换电压的输出;温度测量电路(13)通过其芯片的二根串行总线与带A/D转换的微处理器电路(11)连接实现温度值的采集;带A/D转换的微处理器电路(11)与状态显示电路(14)的四个发光二极管连接,用于状态充满、过度放电、超温、DC变换出的工作状态显示;带A/D转换的微处理器电路(11)与MOSFET充电开关电路(15)连接,控制MOSFET功率开关管的开闭;带A/D转换的微处理器电路(11)与MOSFET放电开关电路(16)连接,控制MOSFET功率开关管的开闭;电气接口电路(17)与A/D转换的微处理器电路(11)之间没有连接关系,而与MOSFET充电开关电路(15)之间通过三位开关进行切换连接,将太阳电池组件与MOSFET充电开关电路(15)的MOSFET功率开关管输入端连接,或者与太阳电池输出串并联口相连接;蓄电池通过与保险管、防反充二极管串联,再与拨动开关串联接MOSFET充电开关电路(15)的MOSFET功率开关管输出端,同时也通过另一只二极管引出蓄电池接口;另外,太阳电池组件正负极间并接有旁路二极管,方便太阳电池串联接口串联;
其特征是该电源制成集成件,集成件由太阳电池(6)、薄膜蓄电池(5)、控制电路板(3)、铝质合金型材边框(1)、铝镁合金底板(7)组成;铝镁合金底板(7)用螺钉(10)紧固在铝质合金型材边框(1)上形成基本框架;太阳电池(6)经切割串接成适合于薄膜蓄电池充电的电压组合,然后与衬底材料结合,采用透明树脂胶封,或者采用玻璃或有机玻璃钢真空层压封装,做成电池组件;用散热胶将薄膜蓄电池和铝质衬板粘合,然后顺槽***铝质合金型材边框(1)中,蓄电池正负电极(4)与其连接弹簧片紧密接触;控制电路板(3)紧固在边框延伸部位上,控制电路板(3)的元件面朝向底板,电路板上元件除MOSFET功率开关管外全部用贴片元件表面贴装;太阳电池组件沿上下边框槽***到底,太阳电池正负电极(2)与其连接弹簧片紧密接触;走线置于框架内其余空间;框架的背面或加装支撑架;铝质合金型材边框(1)上开有各种电气接口、指示灯孔和散热孔。
2.根据权利要求1中所述一种小型太阳能集成光伏电源,其特征是太阳电池(6)选自单晶硅、多晶硅、非晶硅、多晶硅薄膜电池、硫化镉、砷化镓、锑化镉或纳米二氧化钛染料敏化太阳电池。
3.根据权利要求1中所述一种小型太阳能集成光伏电源,其特征是太阳电池封装的衬底材料选自玻璃、铝板、聚脂纤维板或陶瓷板。
4.根据权利要求1中所述一种小型太阳能集成光伏电源,其特征是太阳电池发电量要与蓄电池匹配。
5.根据权利要求1、2、3或4中所述一种小型太阳能集成光伏电源,其特征是薄膜蓄电池选自片状或者薄膜状锂蓄电池、镍氢电池或纽扣电池。
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