CN201194339Y - 太阳能控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种太阳能控制器，包括太阳能板、电压电流检测模块、开关组、DC/DC转换器、超级电容器和逻辑控制器；开关组包括开关I、开关II和开关III；太阳能板经电压电流检测模块、开关I与DC/DC转换器相连；超级电容器的正极并接开关II、开关III，再经由该开关II、开关III并接在开关I的两端，超级电容器的负极接地；逻辑控制器与电压电流检测模块、开关组和超级电容器连接，接收来自电压电流检测模块的电压电流数据，并检测超级电容器的电压值，控制开关组工作。此结构能够有效利用太阳能板产生的电能，提高太阳能板的使用效率，延长蓄电池的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能(光伏)发电独立***控制技术，特别与一种太阳能控制器有关。
背景技术
随着工业化的发展，全球可利用的煤炭、石油等不可再生资源储存量迅速减小，由于其产生需要亿万年的累积，且还要求有适宜的外界环境，因此对于可再生资源的利用越来越受到重视，而太阳能就是一种普遍且永不枯竭的可再生资源。
对太阳能的一种应用，就是使用太阳能板为蓄电池充电，将太阳能转化为电能用蓄电池进行储存，再利用蓄电池放电至负载，为负载提供电能。而现有为蓄电池充电的太阳能控制器，用开关将太阳能板与蓄电池相连，太阳能板置于室外，将采集到的太阳能转化为电能，储存到蓄电池中。
然而，上述控制器结构存在着对太阳能利用率较低的缺陷，据不完全统计，当天气为阴天、雨天、雪天或光线低照度(如早上、傍晚等)时，太阳能板所产生的电能约为额定输出功率的1/20甚至更低，而在太阳能独立***中通常搭配的蓄电池容量约为太阳能板额定输出电流的10倍，这样，太阳能板产生的电流就约为蓄电池标称容量(Nominal capacity)的1/200甚至更低。而当对蓄电池的充电电流小于1/100C时，蓄电池吸收到的充电电流大大减小，由于蓄电池的充电过程是化学反应，在微小电流进行充电时效果较差，甚至无法将这么小的电能充进蓄电池中，从而导致太阳能板产生的电能白白浪费，还会因蓄电池无法及时得到充电而损坏，缩短其使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的主要目的，在于提供一种太阳能控制器，其有效利用太阳能板产生的电能，提高太阳能板的使用效率。
本实用新型的次要目的，在于提供一种太阳能控制器，其不会对蓄电池造成损坏，延长蓄电池的使用寿命。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种太阳能控制器，包括太阳能板、电压电流检测模块、开关组、DC/DC转换器、超级电容器和逻辑控制器；开关组包括开关I、开关II和开关III；太阳能板经电压电流检测模块、开关I与DC/DC转换器相连；超级电容器的正极并接开关II、开关III，再经由该开关II、开关III并接在开关I的两端，超级电容器的负极接地；逻辑控制器与电压电流检测模块、开关组和超级电容器连接，接收来自电压电流检测模块的电压电流数据，并检测超级电容器的电压值，控制开关组工作。
上述逻辑控制器还与DC/DC转换器连接并控制DC/DC转换器工作。
上述开关组中开关I和开关II的等电位端合并而采用单刀双掷开关，开关III采用单刀单掷开关。
上述太阳能板为太阳能电池模组。
上述超级电容器为高能量密度与高功率密度的超级电容、金属氧化物电容、金电容或大电容的铝电解电容器。
上述DC/DC转换器为升压转换器、降压转换器或升降压转换器。
上述升压转换器为变压器、低功率脉冲式升压电路或电荷泵升压电路。
采用上述方案后，本实用新型在传统的太阳能控制器电路中增加了用以存储太阳能板产生微小电能的超级电容器，并且配置了电压电流检测模块、开关组和逻辑控制器，当光照强烈、太阳能板产生的电能足以为蓄电池正常充电时，超级电容器并不接入电路中，没有进行工作，不影响太阳能板对蓄电池进行充电；而当光线较差(天气阴暗)时，太阳能板无法为蓄电池提供标称容量的电能，此时将超级电容器与太阳能板接通，并断开太阳能板与DC/DC转换器的连接，即太阳能不直接向蓄电池进行充电，而是先将太阳能板产生的电能输入超级电容器中，由于超级电容器的充电是物理特性，不存在和蓄电池一样的化学反应，故而可在微小电流时对超级电容器进行充电，将微小电能累积起来，到达一定程度时，再接通超级电容器与DC/DC转换器，通过DC/DC转换器对蓄电池进行充电，此时超级电容器可以为蓄电池提供标称容量的电能，从而大大提高太阳能板的使用效率，避免在阴暗天气时太阳能板产生的小电能被白白浪费，而且，如此超级电容器对蓄电池充电，不会对蓄电池产生损坏，延长了蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
图1所示是本实用新型的一个较佳实施例的结构框图，包括太阳能板1、电压电流检测模块2、开关组3、DC/DC(Direct Current，直流)转换器5、超级电容器6和逻辑控制器7。
太阳能板1为太阳能电池模组，根据所连接的蓄电池4所需的电压与电流，将一个以上太阳能电池串联或并联而成。太阳能板1一般置于室外，位于采光较好的位置，用于将收集到的太阳光能经光电转换后转换为电能，并输出至随后的电压电流检测模块2。
电压电流检测模块2的作用是检测太阳能板1输出的电压值VPV及电流值IPV，并将测得的数值输送到相连的逻辑控制器7。
开关组3包括开关I、开关II和开关III，太阳能板1通过电压电流检测模块2与开关组3相连。为了减少元器件数量，避免杂乱的连线关系，并减少控制回路及控制信号数量，使逻辑控制器7控制更简单，本实施例将开关I和开关II的等电位端合并而采用单刀双掷开关31代替开关I和开关II，开关III则采用单刀单掷开关32，且单刀双掷开关31和单刀单掷开关32均为电子开关。
电压电流检测模块2与单刀双掷开关31的公共端311相连，单刀双掷开关31的一个端子312连接至DC/DC转换器5，单刀双掷开关31的此部分起开关I的作用。单刀双掷开关31的另一个端子313与超级电容器6的正极相连，单刀双掷开关31的此部分起开关II的作用。而超级电容器6的负极接地。超级电容器6指低内阻、高功率、高电容量的电容器，可作为电能暂时储存器，本案中是将由太阳能板1传送的微小电能累积起来，再为蓄电池4供电，此处超级电容器6可以是高能量密度与高功率密度的超级电容、金属氧化物电容、金电容或大电容的铝电解电容器，在本实施例中，选用超级电容。超级电容器6的正极还与DC/DC转换器5之间串接单刀单掷开关32，根据逻辑控制器7的控制信号，控制超级电容器6与DC/DC转换器5之间电路的通断。
DC/DC转换器5后接蓄电池4(此处可以是镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂高分子电池或铅酸电池等可充电电池)，用于将超级电容器6储存的电能进行转换，向蓄电池4进行充电。此处DC/DC转换器5可以根据具体情况，选用升压转换器、降压转换器或升降压转换器，其中，升压转换器还可以是变压器、低功率脉冲式升压电路或电荷泵升压电路，在本实施例中，选用变压器；此外，DC/DC转换器5还可根据逻辑控制器7的控制信号，动态调整负载(此处即指蓄电池4)的电阻，电路中的电流随之改变，从而改变负载两端的电压，进而调整太阳能板1的输出电压，藉以获得最大功率。
逻辑控制器7与电压电流检测模块2、开关组3和超级电容器6相连，接收来自电压电流检测模块2的电压值VPV和电流值IPV，同时检测超级电容器6的电压值VC，并将上述数据与设定值进行比较，再根据比较结果控制相连的开关组3闭合或断开，此处的设定值是指根据所连接的蓄电池4的型号和种类，分别为太阳能板1及超级电容器6设定的能够对蓄电池4进行充电而不会损坏蓄电池4的最小电压值和电流值。逻辑控制器7还与DC/DC转换器5相连，产生脉宽调制脉冲，增加或减少DC/DC转换器5的工作周期值，从而使DC/DC转换器5动态调整负载的电阻。在本实施例中，逻辑控制器7选用微处理器(采用MICROCHIP公司的PIC18F1230或功能及性能相似的芯片)。
本实用新型充电使用时，首先由电压电流检测模块2检测在当时天气下太阳能板1的输出电压值VPV和输出电流值IPV，并将检测到的数据信息输送到逻辑控制器7，由逻辑控制器7将数据信息与设定值进行比较。
若输出电压值VPV和输出电流值IPV大于设定值，则说明太阳能板1提供的电能可以被蓄电池4充分利用，此时逻辑控制器7对开关组3进行控制，使单刀双掷开关31的公共端311与端子312闭合，并断开单刀单掷开关32，太阳能板1经由DC/DC转换器5与蓄电池4导通，而超级电容器6并不接入充电回路中。逻辑控制器7、电压电流检测模块2及DC/DC转换器5构成MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率点跟踪)电路，用MPPT控制方法对蓄电池4进行充电。
若电压电流检测模块2检测到的太阳能板1的输出电压值VPV与输出电流值IPV小于逻辑控制器7中储存的设定值，则逻辑控制器7对开关组3进行控制，使单刀双掷开关31的公共端311与端子313闭合，单刀单掷开关32仍旧断开，太阳能板1和超级电容器6导通，太阳能板1和超级电容器6都与DC/DC转换器5断开。此时，太阳能板1产生的电能进入超级电容器6，由超级电容器6将太阳能板1产生的微小电能积累起来，超级电容器6的电压同时受逻辑控制器7检测，并由逻辑控制器7将检测到的电压值VC与设定值进行比较。当检测值达到设定值时，逻辑控制器7向开关组3发出控制信号，闭合单刀单掷开关32，将超级电容器6通过DC/DC转换器5与蓄电池4接通，利用超级电容器6积累的电能，以较大的输出电流通过DC/DC转换器5向蓄电池4进行充电，并由DC/DC转换器5动态调整蓄电池4的内阻；当超级电容器6的电压放电至低于设定值时，逻辑控制器7再次向开关组3发出控制信号，将单刀单掷开关32断开，由太阳能板1对超级电容器6进行新一轮充电，待超级电容器6的电压值VC再达到设定值，逻辑控制器7又向开关组3发出控制信号，闭合单刀单掷开关32，超级电容器6通过DC/DC转换器5与蓄电池4接通，将超级电容器6积累的电能又以较大的输出电流通过DC/DC转换器5向蓄电池4进行充电……以此循环进行充电放电。
这样，本实用新型利用超级电容器6将太阳能板1产生的微小电能积累起来，再对蓄电池4进行充电，大大提高了太阳能板1的使用效率，避免了充电电能小于蓄电池4标称容量1/100时而造成充电效果差甚至无法充电的缺陷，且不会对蓄电池4造成损坏，一定程度上延长了蓄电池4的使用寿命。另一方面，当光照充足时，将超级电容器6与充电回路完全断开，超级电容器6并不工作，因此不会造成损耗，也会在一定程度上延长超级电容器6的使用寿命。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型的技术思想，在技术方案基础上所做的等同变化，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (7)
1.一种太阳能控制器，其特征在于：包括太阳能板、电压电流检测模块、开关组、DC/DC转换器、超级电容器和逻辑控制器；开关组包括开关I、开关II和开关III；太阳能板经电压电流检测模块、开关I与DC/DC转换器相连；超级电容器的正极并接开关II、开关III，再经由该开关II、开关III并接在开关I的两端，超级电容器的负极接地；逻辑控制器与电压电流检测模块、开关组和超级电容器连接，接收来自电压电流检测模块的电压电流数据，并检测超级电容器的电压值，控制开关组工作。
2.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于：所述逻辑控制器还与DC/DC转换器连接并控制DC/DC转换器工作。
3.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于：所述开关组中开关I和开关II的等电位端合并而采用单刀双掷开关，开关III采用单刀单掷开关。
4.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于：所述太阳能板为太阳能电池模组。
5.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于：所述超级电容器为高能量密度与高功率密度的超级电容、金属氧化物电容、金电容或大电容的铝电解电容器。
6.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于：所述DC/DC转换器为升压转换器、降压转换器或升降压转换器。
7.如权利要求6所述的太阳能控制器，其特征在于：所述升压转换器为变压器、低功率脉冲式升压电路或电荷泵升压电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: XIAMEN YIKOU ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: WANG HAO Effective date: 20110726 Free format text: FORMER OWNER: CHEN FUTUAN XIA HAIYANG |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 246260 NO. 214, GROUP 10, XIANFENG VILLAGE, YATAN TOWN, WANGJIANG COUNTY, ANHUI PROVINCE TO: 361000 ROOM 401, HONGYE BUILDING, VENTURE PARK, TORCH HIGH-TECH. ZONE, XIAMEN CITY, FUJIAN PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110726 Address after: 361000 Fujian province Xiamen torch hi tech Zone Business Park Hongye Building Room 401 Patentee after: Xiamen Vanhowe Energy Technology Co., Ltd. Address before: 246260 No. 10, No. 214, Xianfeng village, Wangjiang Town, Wangjiang County, Anhui Co-patentee before: Chen Futuan Patentee before: Wang Hao Co-patentee before: Xia Haiyang |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090211 Termination date: 20170429 |