CN201137854Y - 一种场致发光与太阳能技术结合应用*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种场致发光与太阳能技术结合应用***，为解决现有技术能源耗费严重等问题而发明。本实用新型场致发光与太阳能技术结合应用***，由控制器以及分别与控制器相连接的太阳能电池组件、蓄电池组、场致发光指示牌组成。采用的上述方案，以市电为备用能源，可以实现太阳能和市电自动切换，并且实现EL片亮度可调。白天太阳能电池发电，通过微电脑控制器给蓄电池充电，晚上在通过DC/AC转换将直流变成交流给EL指示牌供电，当电力不足时，***自动切换由常规电力给EL指示牌提供电力。

Description

一种场致发光与太阳能技术结合应用***

技术领域

本实用新型涉及太阳能光伏发电技术应用领域，尤其涉及到太阳能技术与场致发光技术相结合。

背景技术

本实用新型的目的是提供一种以太阳能为主的能源利用***，对太阳能技术与场致发光技术相结合，开发出新型环保节能***，便于该技术的推广应用。太阳能是一种清洁的、取之不尽的可再生能源资源，对环境不会造成污染。

中国光伏工业还处于起步阶段，发展速度远远低于发达国家，同时也落后于国内市场发展的需求。根据计算；如果太阳能转化为电的效率是15％，每平方米的面积将能提供约0.036千瓦的电能，其日平均将能提供约0.41千瓦小时的电能。

场致发光片采用电致发光(electroluminescent英文缩写EL)原理，其是将电能直接转换为光能的一类物理发光现象。它通过加在EL器件两个电极间加载交流电压，并在一定的频率下，激发发光材料产生可见光。平面电场致发光(EL)技术研究始发于三十年，六十年代其进入研究鼎盛时期，初始目地为开发出超薄显示器件或电视。八十年代中期EL发光器件在国内外高科技电子产品中开始逐步推广应用，如用于液晶背照明、飞机与汽车仪表等。

我国于60年代以中国科学院长春物理研究所为主体，正式确立对此项工作开始***研究及开发，现阶段我国相关技术地发展、变化均在基础上进行。1982年中科院长春物理所成功地研制了4×4米地矩阵式超大型塑料发光屏幕，并在北京***大礼堂悬挂应用10年之久。九十年代中期我国EL器件逐步开始进入民用领域，同时与其之相关配套电子驱动部分也迅猛发展，目前生产与市场均已十分成熟。

实用新型内容

为克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种节约能源、无环境污染的场致发光与太阳能技术结合应用***。

为达到上述目的，本实用新型场致发光与太阳能技术结合应用***，由控制器以及分别与控制器相连接的太阳能电池组件、蓄电池组、场致发光指示牌组成。

进一步地，上述的控制器由CPU、充放电控制单元、DC/AC转换单元以及分别市电转换单元组成；其中，

充、放电控制单元，分别与太阳能电池组件、CPU和蓄电池组相连，用于在CPU的控制下控制蓄电池组的充放电；

DC/AC转换单元，分别与CPU、蓄电池组和场致发光指示牌相连，用于在CPU的控制下进行DC/AC转换，并向场致发光指示牌提供电能；

市电转换单元，用于在CPPU的控制下进行市电和太阳能供电的转换。

进一步地，还包括正弦波脉冲宽度调制电路，连接在DC/AC转换单元与CPU之间。

其中，上述的充、放电控制单元具体包括：

BUCK电路，设置在太阳能能电池与蓄电池组之间，作为充电主电路；充电控制电路，由最大功率点控制电路，PWM脉宽调制电路，直流电压控制和蓄电池智能控制电路组成；

其中，最大功率点控制电路用以监测太阳能电池输出的电流和电压，并将相关信息通过直流电压控制电路输出至PWM脉宽调制电路；蓄电池智能控制电路用以监测蓄电池组的电流和电压，并将相关信息输出至PWM脉宽调制电路；PWM脉宽调制电路用以根据相关信息对BUCK电路进行电阻变换。

其中，上述的BUCK电路包括：输入电容：通过接入开关并接于所述太阳能电池组件输出端；MOS管：其控制端于所述PWM脉宽调制电路的输出端相连，其余两端分别对地并接一个上述输入电容和一个反接的二极管；输出滤波电容：与蓄电池组并接，同时又经过一个滤波电感接所述的二极管的负极。

采用上述方案，以市电为备用能源，可以实现太阳能和市电自动切换。白天太阳能电池发电，通过微电脑控制器给蓄电池充电，晚上在通过DC/AC转换将直流变成交流给EL指示牌供电，当电力不足时，***自动切换由常规电力给EL指示牌提供电力。一旦电池充电恢复到设定值后，***又切换到太阳能供电。上述方案将控制器、常规电力切换电路集成在一起成为一个***，便于***的安装、维护，采用最大功率点跟踪(MPPT)技术，使电池组件始终保持最大功率输出，使整个***效率大幅度提高，降低了***的成本。通过太阳能为场致发光指示牌供电，更有利于大面积推广。

附图说明

图1为本实用新型场致发光与太阳能技术结合应用***基本原理图。

图2为本实用新型场致发光与太阳能技术结合应用***中控制器的原理图。

图3为图2中充、放电控制电路的电路结构图。

图4为SWPM电路的原理图。

图5为SWPM电路的工作波形图。

具体实施方式。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步地说明。

如图1-图3所示，本实用新型采用以下***组成：太阳能电池组件(安装太阳能电池支架上)、配电箱、控制器、蓄电池、EL指示牌等。

太阳能电池板的作用：规格从5W到300W，白天通过光电转换提供给蓄电池充电的电流，

太阳能电池板支架的作用：固定电池板，朝南倾斜角度为45度；配电箱的作用：固定微电脑控制器和蓄电池，防水，防触电；

微电脑控制器的作用：控制蓄电池的充放电，充电不得超过其额定电压的1.3倍，放电不得超过其额定容量的70％；太阳能供电充足时，由太阳能为EL指示牌供电；当太阳能供电不足时，由***自动切换，由常规市电为EL指示牌供电。一旦电池充电到恢复正常值后，***又切换到太阳能供电，极大的保护蓄电池的放电要求，延长电池的使用寿命。

整个***全自动控制，光、时控开启，光、时控关闭，无需人工操作，使用方便，具有极高的经济效益。

充电电路构成了本实用新型主回路部分，配合太阳能电池与储能蓄电池工作。它既要实现太阳能电池的最大功率输出(即MPPT)，又要对蓄电池进行最小损耗模式充电，是整个***十分重要的环节。通过对各种拓扑的主电路进行理论分析和计算机仿真，比较后选取了BUCK电路作为充电电路形式。

其原理框图为图3。充电电路的主要功能优点在于：与太阳能电池、蓄电池的电压、容量等级匹配，保证充电时稳定可靠工作；充电主回路结构能适应控制需要，采用BUCK电路，方便实现太阳能电池的最大功率点跟踪；高效率、低损耗。

EL驱动采用SPWM控制，通过芯片外接的可调元件，可以改变频率大小.也就改变亮度；)蓄电池的作用：额定电压12V或24V，通过微电脑控制器工作在充放电状态，EL的作用：显示字体、图案，耗电只相当于同等面积照度的日光灯管的10％，EL指示牌广泛应用到户外广告、灯箱等领域，可以大幅降低电能消耗。将太阳能光伏发电技术和EL场致发光技术结合，可以大幅度降低普通电能的消耗。

图1所示，白天太阳能电池发电，通过微电脑控制器给蓄电池充电，晚上在通过DC/AC转换将直流变成交流给EL指示牌供电，当电力不足时，***自动切换由常规电力给EL指示牌提供电力。一旦电池充电恢复到设定值后，***又切换到太阳能供电；

图2是本实用新型的控制器原理图，所示实施例中独立光伏发电***用的最大功率点MPPT控制，EL指示牌驱动采用SPWM控制。

控制器通过调节作为电能转换环节的BUCK电路驱动占空比，达到调整光伏阵列输出端负载特性的目的，从而实现MPPT控制.这种控制算法最大的优点，是在光照强度发生快速变化时，光伏阵列输出电压能以平稳的方式跟踪其变化，而且稳态的振荡也比较小。

独立光伏发电***用的最大功率点跟踪方法，该方法依次含有以下步骤：

步骤1：用微处理器作为该最大功率点跟踪控制器，检测太阳能电池光伏阵列的输出电压Vn，电流In；

步骤2：微处理器判断当前输出电压Vn和上一控制周期的输出电压采样值Vb之差dV：若dV＝0则：判断当前输出电流In和上一控制周期的输出电流采样值Ib之差dI；若dV≠0则：判断dI/dV是否等于-I/V

步骤3：根据步骤2的判断结果：

若dI＝0

则：Vb＝Vn，Ib＝In，结束

若dI/dV＝-I/V

则；Vb＝Vn，Ib＝In，结束

步骤4：根据步骤3的判断结果：

若dI≠0

则：判断dI＞0否

若：dI/dV≠-I/V

则：判断dI/dV＞-I/V否

步骤5：根据步骤4的判断结果：

若dI＞0

则：微处理器控制方波发生电路和与该电路串联的脉宽调制脉冲形成电路，产生脉宽调制脉冲去减少连接在太阳能电池光伏阵列输出的BUCK电路的占空比，并使Vb＝Vn，Ib＝In，结束：

若dI/dV＞-I/V，

则：微处理器按所述步骤5的方法减小占空比，使Vb＝Vn，Ib＝In，结束：

若dI＜0，

则：微处理器按所述步骤5的方增大占空比，使Vb＝Vn，Ib＝In，结束：

若：dI/dV＜-I/V法

则：微处理器按所述步骤5的方增大占空比，使Vb＝Vn，Ib＝In，结束：

BUCK电路包括：输入电容：通过接入开关并接于所述太阳能电池组件输出端；MOS管：其控制端于所述PWM脉宽调制电路的输出端相连，其余两端分别对地并接一个上述输入电容和一个反接的二极管；输出滤波电容：与蓄电池组并接，同时又经过一个滤波电感接所述的二极管的负极。

图4为SPWM电路原理，图5为其工作波形图。为了满足左右臂变换器中两个开关的互补工作，采用了左右臂相位参差调制法。即采用两个相位相反而幅值相同的正弦调制波，与一个载波三角波进行比较，得到两个相位相反的二阶SPWM波去分别控制左右臂变换器，在电容C1和C2上分别得到电压ua和ub，用ua-ub即可得到电压uL的三阶SPWM输出电压。左臂C1上电压ua由S1和S1产生，右臂C2上电压ub由S2和S2产生，左右两臂变换器工作在互补状态。当左臂的占空比为D时，右臂的占空比则为D＝1-D。

对于左臂，开关S1和S1互补工作，调制波为u＝sinω(kTc+p)是正相位，采样点a和b的方程式为

占空比

对于右臂，开关S2和S2互补工作，调制波为-u＝-sinω(kTc+p)是反相位，采样点a′和b′的方程式为

占空比

则

这说明左右两臂变换器的占空比满足D＝1-D，两臂相互之间也工作在互补状态。占空比D的值应由M来确定。当已知US和UL的值时， $M=\sqrt{2}\mathrm{UL}/\mathrm{US},$ 由图5曲线查出与M对应的占空比D的值。D的工作区间为(1-D)～D。由图5及文献可知

采用SPWM控制法，具有更小的谐波含量。

综上可知，由于该套***运用很多新技术，实现了集中控制，加强了稳定性.为整套设备推广奠定了可靠性。

Claims (5)

1、一种场致发光与太阳能技术结合应用***，其特征在于：由控制器以及分别与控制器相连接的太阳能电池组件、蓄电池组、场致发光指示牌组成。

2、如权利要求1所述的场致发光与太阳能技术结合应用***，其特征在于：所述的控制器由CPU、充放电控制单元、DC/AC转换单元以及分别市电转换单元组成；其中，

充、放电控制单元，分别与太阳能电池组件、CPU和蓄电池组相连，用于在CPU的控制下控制蓄电池组的充放电；

DC/AC转换单元，分别与CPU、蓄电池组和场致发光指示牌相连，用于在CPU的控制下进行DC/AC转换，并向场致发光指示牌提供电能；

市电转换单元，用于在CPPU的控制下进行市电和太阳能供电的转换。

3、如权利要求2所述的场致发光与太阳能技术结合应用***，其特征在于：还包括正弦波脉冲宽度调制电路，连接在DC/AC转换单元与CPU之间。

4、如权利要求2或3所述的场致发光与太阳能技术结合应用***，其特征在于：所述的充、放电控制单元具体包括：

BUCK电路，设置在太阳能能电池与蓄电池组之间，作为充电主电路；充电控制电路，由最大功率点控制电路，PWM脉宽调制电路，直流电压控制和蓄电池智能控制电路组成；

其中，最大功率点控制电路用以监测太阳能电池输出的电流和电压，并将相关信息通过直流电压控制电路输出至PWM脉宽调制电路；蓄电池智能控制电路用以监测蓄电池组的电流和电压，并将相关信息输出至PWM脉宽调制电路；PWM脉宽调制电路用以根据相关信息对BUCK电路进行电阻变换。

5、如权利要求4所述的场致发光与太阳能技术结合应用***，其特征在于：所述的BUCK电路包括：

输入电容：通过接入开关并接于所述太阳能电池组件输出端；

MOS管：其控制端于所述PWM脉宽调制电路的输出端相连，其余两端分别对地并接一个上述输入电容和一个反接的二极管；

输出滤波电容：与蓄电池组并接，同时又经过一个滤波电感接所述的二极管的负极。

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