CN205335970U - 一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电*** - Google Patents

一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电*** Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，包括光伏板，光伏板将太阳能转换为电能并传输至Boost变换器，Boost变换器连接至直流母线，直流母线分别与逆变器及Buck-Boost变换器相连，Buck-Boost变换器与蓄电池相连，逆变器通过光伏/市电自动切换电路与负载相连，本申请的基于蓄电池剩余容量的光伏、市电自动切换电路。该电路综合考虑蓄电池剩余容量，同时引入迟滞回环控制，在蓄电池低电压时自动切换到市电，在蓄电池高电压时切换到光伏。该控制方式提高了负载供电可靠性，保护了蓄电池，延长了蓄电池使用寿命。同时避免了市电、光伏出现短路故障、频繁错误切换故障。

Description

一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***
技术领域
本实用新型涉及光伏发电领域，具体涉及一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***。
背景技术
光伏发电是一种清洁、环保、无污染的可再生能源。在建筑物屋顶综合利用光伏发电技术将有着以下优势：
1、可持续的提供清洁能源，可以直接将光伏发电应用到建筑物配电***中。向建筑物的公共照明供电。
2、提高土地利用效率。在日常生活的城市中，大部分的屋顶没有没充分利用。在这些屋顶上安装光伏板，将提供数量可观的光伏电能。可以进一步缓解城市供电紧张问题。
在现有的独立式光伏发电***中，尚存在以下技术问题：
1.现有的独立式光伏发电***一般是由光伏板、蓄电池、逆变器、负载构成的。当出现连阴雨天气时，蓄电池储能不足，有可能导致负载供电中断，降低了供电可靠性。
2.独立式光伏发电***中，蓄电池陈本是光伏发电总成本的一半左右。因此，仅仅靠增加蓄电池数量，来确保持续供电，将大大增加***造价，阻碍光伏发电的发展和推广。
3.现有的双电源转换开关仅仅检测主回路、备用回路的电压幅值，主回路电压低于某一幅值时，切换到备用回路。
4.采用现有的独立式光伏发电、现有的双电源转换开关，很容易造蓄电池过度放电。蓄电池过度放电将导致蓄电池内部电压升高，极板活性物质不可逆性损害，大大减少蓄电池的容量。
实用新型内容
为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，本申请采用光伏/市电自动切换电路实现当光伏、蓄电池提供的电能不足以供给负载时，自动切换到市电供电；当光伏发电、蓄电池储能满足再次供电条件时，启动切换到光伏发电供电。
为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，包括光伏板，光伏板将太阳能转换为电能并传输至Boost变换器，Boost变换器连接至直流母线，直流母线分别与逆变器及Buck-Boost变换器相连，Buck-Boost变换器与蓄电池相连，逆变器通过光伏/市电自动切换电路与负载相连；
光伏/市电自动切换电路与控制单元相连，控制单元通过检测蓄电池端电压控制光伏/市电自动切换电路切换至市电供电或光伏发电供电。
进一步的，所述Boost变换器、Buck-Boost变换器分别与控制单元相连，蓄电池分别通过与之对应的电压检测电路及电流检测电路与控制单元相连，直流母线通过与之对应的电压检测电路与控制单元相连，光伏板通过与之对应的电流检测电路与控制单元相连。
进一步的，光伏/市电自动切换电路包括与逆变器相连的光伏发电开关及与市电相连的市电开关，光伏发电开关及市电开关分别与各自对应的SSR固态继电器驱动电路相连，所述SSR固态继电器驱动电路包括光电隔离电路及达林顿驱动电路，光电隔离电路的输入端与控制单元相连，光电隔离电路的输出端与达林顿驱动电路相连。
进一步的，所述光电隔离电路包括光电耦合器，光电耦合器的一个输入端与控制单元相连，另一个输入端与串联的电阻及二极管相连。
进一步的，所述达林顿驱动电路包括第一三极管及第二三极管，第一三极管的基极通过电阻与光电耦合器的输出相连，第一三极管的发射极与第二三极管的基极相连，第一三极管及第二三极管的集电极分别通过电阻与继电器相连，其中，两个电阻的公共端与继电器之间还连接有二极管。
进一步的，所述负载为LED灯，LED灯与LED驱动电路相连，所述LED驱动电路包括保护电路、整流电路及降压电路，所述保护电路的输入端与市电开关或光伏发电开关相连，保护电路的输出端通过整流电路与降压电路相连，所述降压电路与LED灯相连。
进一步的，所述保护电路包括与供电电源相连的压敏电阻，压敏电阻通过热敏电阻与整流电路相连。
进一步的，所述整流电路包括由四个二极管组成的桥式电路，桥式电路与第一极性电容相并联，功率电阻与相并联的两个电容相串联后与第一极性电容相并联，相并联的两个电容与降压电路相连。
进一步的，所述电压检测电路包括电阻分压网络电路及减法运算电路，电阻分压网络电路包括第一电阻及与第一电阻相连的第二电阻，第二电阻与电容相并联，电阻分压网络电路用于等比例的衰减被测电压信号。
进一步的，减法运算电路包括运算放大器，运算放大器正极端与地之间连接有磁珠，运算放大器负极端分两路，一路与可调电阻相连，另一路与相并联的电阻及电容电路相连，相并联的电阻及电容电路与运算放大器输出端相连。
进一步的，所述电流检测电路包括依次连接的精密测流电阻、窗口比较器电路及减法运算电路，所述精密测流电阻串联在被测回路中，将被测电流等比例的转换为电压信号；窗口比较器电路用于提取精密测流电阻的电压差信号，减法运算电路用于将电压差信号等比例的衰减。
本实用新型的有益效果：
1.本申请的基于蓄电池剩余容量的光伏、市电自动切换电路。该电路综合考虑蓄电池剩余容量，同时引入迟滞回环控制，在蓄电池低电压时自动切换到市电，在蓄电池高电压时切换到光伏。该控制方式提高了负载供电可靠性，保护了蓄电池，延长了蓄电池使用寿命。同时避免了市电、光伏出现短路故障、频繁错误切换故障。
2.本申请的LED驱动电路。该电路带有冲击电流抑制、防雷过电压保护功能。该电路能够在市电、光伏两种供电方式下无缝切换，可靠工作。同时，该电路可以根据用户需求，调节LED输出照度，满足多种场合需要。
3.本申请的固态继电器驱动电路。该电路能够可靠的开通、关断固态继电器。实现了DSP与强电回路的可靠隔离，保护了DSP控制器端口。该电路增加了光耦限流措施、复合驱动增强驱动电流措施、固态继电器续流措施。
4.本申请的电压检测电路。该电路可以等比例的获得被测电压信号。同时，该电路增加了磁珠元件，可以后效滤除被测回路的高频干扰，提高测量精度。
附图说明
图1本申请的屋面光伏发电***的整体电路图；
图2本申请的屋面光伏发电***的详细电路图；
图3蓄电池端电压与SOC的关系示意图；
图4迟滞回环控制示意图；
图5光伏发电、市电自动切换示意图；
图6SSR固态继电器驱动电路图；
图7LED驱动电路图；
图8电压检测电路图；
图9电流检测电路图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
在建筑物屋顶安装利用光伏发电技术，可以提高土地利用率，持续获得清洁能源，并可以直接向建筑物供电。本发明公开了一种适用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***。如图1-2所示，该***由光伏板、Boost变换器、Buck-Boost变换器、蓄电池、逆变器、光伏/市电自动切换电路、DSP控制器以及负载组成。本发明提出了一种基于蓄电池剩余容量的光伏/市电自动切换电路，既提高了负载供电可靠性，又延长了蓄电池使用寿命，同时可避免市电、光伏出现短路问题。本发明设计了一种LED驱动电路，该电路在光伏、市电两种供电模式下均可正常工作，实现了光伏、市电的无缝切换。
其中，光伏板用于接收太阳能，并转换为电能。Boost变换器用于实现最大功率追踪，从而捕获更多太阳能。
Buck-boost变换器电路实现对蓄电池的充放电控制。该电路将多余的电能存储在蓄电池中，待光照不足时，再由蓄电池向负载供电。逆变器的作用是将光伏板输出的直流电转换为交流电，向负载供电。
光伏/市电自动切换电路的作用是，当光伏、蓄电池提供的电能不足以供给负载时，自动切换到市电供电；当光伏发电、蓄电池储能满足再次供电条件时，启动切换到光伏发电供电
利用现有的双电源自动转换开关、现有的独立式光伏发电技术无法实现可靠的负载供电。现有的双电源转换开关只检测主回路、备用回路的电压，忽视了蓄电池的剩余容量，容易造成蓄电池不可逆转的过放电损害，影响蓄电池的容量。
为此，本发明设计了一种基于蓄电池剩余容量的光伏/市电自动切换电路。在具体实现时，本申请的光伏/市电自动切换电路其工作方法是：
(1)检测蓄电池剩余容量SOC。蓄电池剩余容量SOC可通过检测蓄电池端电压来判断。蓄电池端电压与SOC的关系如图3所示。
(2)当蓄电池剩余容量SOC大于等于50％时，表明蓄电池储能较多，此时，由光伏发电***向负载供电。
(3)当蓄电池剩余容量SOC小于30％时，表明蓄电池储存能量较少，若继续放电，将造成蓄电池极板活性物质破坏，影响蓄电池容量。此时，切换到市电模式，由市电向负载供电。
另外，为避免***在市电、光伏供电之间频繁错误切换，同时避免市电与光伏发电出现短路故障，增加了迟滞回环控制。如图4所示，只有满足一个区间阈值，才能实现状态切换。避免***在某一临界点附近来回震荡切换。通过此种方法有效的提高了负载的供电可靠性，延长了蓄电池使用寿命。
光伏发电、市电自动切换的具体实现电路，如图5所示，用电设备的L、N端均与市电、光伏的L、N并联连接。平时，只有一路电源(市电或者光伏)与负载接通。通过控制固态继电器SSR1、SSR2的开启、闭合，即可实现光伏、市电自动切换。使用固态继电器，与传统的继电器相比，没有触点，寿命长，不会出现打火现象。
SSR固态继电器驱动电路如图6所示。驱动电路由光电隔离、达林顿驱动构成。
光电隔离部分：光电隔离由二极管D5、电阻R9、光偶U2构成。R9、D5的作用是限流、防止反接，保护DSP端口和光偶U2。光电隔离的作用是切断微控制器DSP与负载电路的联系，保护DSP端口。
达林顿驱动电路：达林顿驱动电路是由三极管Q1、Q2，上拉电阻R10R11续流二极管D6、固态继电器SSR构成的。Q1、Q2复合驱动提高了固态继电器的驱动电流，确保可靠的开通和关断。二极管D6在固态继电器关断时，提供了续流通道，避免出现电火花。
本申请还给出了一种适用于交流供电的LED驱动电路。如图7所示，该电路既可以工作在光伏供电模式，又可以工作在市电供电模式，实现了两种供电的无缝切换。
该驱动电路主要由保护电路、整流电路、降压电路两部分构成。
保护电路：保护电路是由NTC、DNR构成的。NTC(负温度系数热敏电阻)的作用是限制电路启动瞬间的冲击电流，保护后端电子元件，避免出现过电压危害。DNR(压敏电阻)的作用是，在出现雷击等过电压时，快速导通，保护后端电路，防止过电压、短路、过载。
整流电路：整流电路的作用是将输入的交流电转化为直流电，向LED负载供电。
降压电路：整流电路输出的直流电压比较高，不能直接驱动LED，经过降压电路，将高电压将为LED可以接受的低幅值直流电，点亮LED灯。调节电阻R16可以调节LED灯的输出亮度，满足用户调光需求。
上述的LED驱动电路有以下优点：
1.带冲击电流、过电压保护，实现电路的可靠、稳定工作。
2.降压电路带有调光功能，满足不同用户的使用需求。
3.该电路既能在光伏发电模式下工作，也能在市电模式下工作，实现两种模式的无缝切换。
本申请还公开了一种电压检测电路：如图8所示，电压检测电路在本***中，承担着检测直流母线电压、检测蓄电池电压的作用。
电压检测电路由电阻分压网络、减法运算电路构成。
电阻分压网络的作用是等比例的衰减被测电压信号，使之满足DSP采样端口的需要。
减法运算电路的作用是提取电阻分压网络的差值信号，并将该差值进一步等比例的衰减为低幅值信号，并输送给DSP的采样端口。在减法运算电路中增加了磁珠，用于消耗***内的高频干扰成分，提高测量精度。
本申请还公开了一种电流检测电路：如图9所示，电流检测电路在本***中，承担着检测蓄电池充放电电流、光伏板电流的作用。
电流检测电路主要有精密测流电阻、窗口比较器、减法运算电路构成。
精密测流电阻串联在被测回路中，将被测电流等比例的转换为电压信号。
窗口比较器的作用精确的提取测流电阻的电压差信号。
减法运算电路的作用是将电压差信号等比例的衰减，以满足DSP模拟采样端口的要求。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，包括光伏板，光伏板将太阳能转换为电能并传输至Boost变换器，Boost变换器连接至直流母线，直流母线分别与逆变器及Buck-Boost变换器相连，Buck-Boost变换器与蓄电池相连，逆变器通过光伏/市电自动切换电路与负载相连；
光伏/市电自动切换电路与控制单元相连，控制单元通过检测蓄电池端电压控制光伏/市电自动切换电路切换至市电供电或光伏发电供电。
2.如权利要求1所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，所述Boost变换器、Buck-Boost变换器分别与控制单元相连，蓄电池分别通过与之对应的电压检测电路及电流检测电路与控制单元相连，直流母线通过与之对应的电压检测电路与控制单元相连，光伏板通过与之对应的电流检测电路与控制单元相连。
3.如权利要求1所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，光伏/市电自动切换电路包括与逆变器相连的光伏发电开关及与市电相连的市电开关，光伏发电开关及市电开关分别与各自对应的SSR固态继电器驱动电路相连，所述SSR固态继电器驱动电路包括光电隔离电路及达林顿驱动电路，光电隔离电路的输入端与控制单元相连，光电隔离电路的输出端与达林顿驱动电路相连。
4.如权利要求3所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，所述光电隔离电路包括光电耦合器，光电耦合器的一个输入端与控制单元相连，另一个输入端与串联的电阻及二极管相连。
5.如权利要求4所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，所述达林顿驱动电路包括第一三极管及第二三极管，第一三极管的基极通过电阻与光电耦合器的输出相连，第一三极管的发射极与第二三极管的基极相连，第一三极管及第二三极管的集电极分别通过电阻与继电器相连，其中，两个电阻的公共端与继电器之间还连接有二极管。
6.如权利要求1所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，所述负载为LED灯，LED灯与LED驱动电路相连，所述LED驱动电路包括保护电路、整流电路及降压电路，所述保护电路的输入端与市电开关供电或光伏发电开关供电相连，保护电路的输出端通过整流电路与降压电路相连，所述降压电路与LED灯相连。
7.如权利要求6所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，所述保护电路包括与供电电源相连的压敏电阻，压敏电阻通过热敏电阻与整流电路相连；
所述整流电路包括由四个二极管组成的桥式电路，桥式电路与第一极性电容相并联，功率电阻与相并联的两个电容相串联后与第一极性电容相并联，相并联的两个电容与降压电路相连。
8.如权利要求2所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，所述电压检测电路包括电阻分压网络电路及减法运算电路，电阻分压网络电路包括第一电阻及与第一电阻相连的第二电阻，第二电阻与电容相并联，电阻分压网络电路用于等比例的衰减被测电压信号。
9.如权利要求8所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，减法运算电路包括运算放大器，运算放大器正极端与地之间连接有磁珠，运算放大器负极端分两路，一路与可调电阻相连，另一路与相并联的电阻及电容电路相连，相并联的电阻及电容电路与运算放大器输出端相连。
10.如权利要求2所述的一种应用于建筑物公共照明的屋面光伏发电***，其特征是，所述电流检测电路包括依次连接的精密测流电阻、窗口比较器电路及减法运算电路，所述精密测流电阻串联在被测回路中，将被测电流等比例的转换为电压信号；窗口比较器电路用于提取精密测流电阻的电压差信号，减法运算电路用于将电压差信号等比例的衰减。
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