太阳能电源（精选九篇）
太阳能电源 篇1
我作为替代能源行业从业者, 细分地说是作为太阳能发电行业的从业者工作30多年了。我见过许多优秀的太阳能系统, 也见过许多我看了难受的系统。吉姆在2011年5月号中描述的这个系统我看了并不难受, 但是这篇文章启发了我写出如下的文字。
我十分尊敬吉姆花费了大量的时间和精力去组建了他的应急电源系统;但我认为他应该再多走几步。从图1中的框图可以看出, 这个系统并不安全。它不能通过电气安全检查。
我很高兴看到吉姆安装了逆变器所需的300A的T类熔断器, 但他做得还不够。事实上, 他还需要在直流电源和逆变器之间安装一个直流断路器。
裸露的蓄电池连接也不安全。并联的蓄电池应当安装在蓄电池组合箱内, 并且所有并联连接应当在组合箱内完成。蓄电池应该安装在电池箱中, 以防止小猫、小孩和小动物接触到裸露的接线柱。“救命熔断器”应当安装在蓄电池箱内。毕竟熔断器保护的不是设备, 而是导线。
安全规范写的很明确, 我想建议吉姆能够抽出时间来看两眼“美国国家电气规范 (NEC) ”。
我在图中没有看到 (在文中也没有看到) 太阳能板如何断开充电控制器的连接。
尽管Xantrex充电器在内部的交流输出侧安装了熔断器, 可吉姆可能还是违反了NEC的规定, 没有在交流输出侧安装熔断器和断路器。
并且他还要安装双电源切换开关, 防止他的逆变器把电力反送回电网。取下配电箱中的保险显然不能算数。
图4中那卷橙色的电缆延长线看起来似乎是直接连接到了逆变器上了, 这就有问题。过载保护安装在哪?
正如文章中作者和编辑都提到, 蓄电池短路时的几秒内电流可以达到几乎无限大, 产生的热量足够熔化钢铁。也许一把钉耙、车库里的杂物、铁锹、小动物拖着走的一块废弃铝饼可能恰好把蓄电池接线柱短路, 结果就是一场大火。小孩也许刚好带着他的玩具在车库里玩, 但蓄电池的接线柱是裸露的, 一场事故就这么发生了。
我没有说它一定会发生, 它也许永远不会发生, 但是发生的可能性是存在的。事情也好, 事故也好, 作为人类, 我们无法预言会改变我们人生的一切。所以, 这也就是为什么我们需要遵守安全规范, 因为只有这样我们才可以保障房屋和家庭成员的安全。交流市电和24V蓄电池毁灭一幢房子的威力不分伯仲。
还有一点, 在逆变器发生故障的时候, 他应该有办法旁路这个系统。吉姆没有考虑逆变器发生故障的时候应当如何处置。
吉姆的系统其实很好。但是如果再多做一些工作的话, 它会更好, 更安全。
Q (加里·梅恩) :吉姆·泰伦斯的文章可能会激起人们在自己家安装应急备用电源系统的想法。希望这些即将出世的系统可以像吉姆的系统那样经过了认真的考虑和安装。
家庭配电系统在电网和自备电源之间的切换方式, 是一个严肃的安全问题。在任何时候, 市电和自备电源都不应该同时接入家庭配电系统 (即它们不能并联运行) 。原因有两个, 如果自备电源和市电同时运行的话, 那么这两个交流电源之间几乎不可避免地存在一个相位差 (相位差可以这样理解, 这两个交流电源的正弦波形不能同时达到最大值) , 相位差会严重损坏你的自备电源系统, 也会导致人身伤害。
其次, 如果你的自备电源系统正常运行, 而电网却停电。这时你的自备电源就会把电力送回电网, 能使你家附近的整个街道的线路测到和平常一样的电压。这就会给电力工作者或者其他居民构成威胁。一个正确设计并安装的系统应该通过切换开关把不同的电源连入配电系统。切换开关在两路电源间切换, 可以把其中之一作为家庭的电力来源, 但不能让两路电源同时接入家庭电路。吉姆的自备电源系统里其实是安装了这个部件的, 只是在他的原理图中并没有明确地表示清楚。
自备电源系统在安装了辅助设备、相应的断路器、并网/解列装置后, 才能把电力反送回电网。
不论你想安装一套像吉姆那样复杂的系统, 还是只是想在停电的时候让3kW发电机维持住电冰箱。安全方面绝对不要妥协。请联系有资格的电工, 让他为你安装符合规范和法律的设备, 确保你的用电安全。
A (吉姆·泰伦斯回复) :很高兴, 我的系统没有让迈克·布赖斯 (Mike Bryce, WB8VGE) 看了以后感到惊愕!他指出了我的系统的一些问题, 尽管这些问题我认为在原文中没必要作出特别说明, 但是我理解其他人出于他们应有的责任感发出的声音。
我的那篇文章引起了大家许多关注, 许多火腿觉得我的系统不错, 但是他们想改进一下才会安装进自己家。我收到最多的关注就是大家担心我的备用电源系统会在电网停电的时候把电力反送回电网而导致危险。
我的系统的核心部件是Xantrex逆变器。这台逆变器本身就内置了安全功能防止电网停电的时候逆变器把电力反送回电网。这是逆变器本身就已经提供的福利。 (图2的原理框图是我的系统的简略描述, 其中略掉了系统中一些实际接线情况。) 这台逆变器会监测电压和电流, 在电网停电的时候会自动将电源由市电切换为蓄电池, 在蓄电池电压过低的时候会自动启动天然气发电机, 还有许多其他功能。在电网突然停电后, 数毫秒内, 逆变器就可以将电源切换到蓄电池上。
为了回答一些问题, 回应一些关注, 我会提供系统的一些其他信息。我的蓄电池和逆变器安置在车库中, 这里没有儿童或者其他人或动物可以接触到。如果我想做的话, 我可以很容易地为他们安装一些外壳等保护措施。
原文中的原理框图从技术的角度看是没有问题的, 它只是没有表示清楚配电箱中的具体接线而已。市电经过了配电箱以后, 只接到了逆变器。我的8台120V设备和一台240V设备在配电箱中没有直接连接市电。市电经过逆变器, 才送到那些设备中。逆变器里的电源自动切换开关可以自动在市电和蓄电池或发电机之间切换。在本文图2中, 你可以看到在原先的原理图中没有表示清楚的接线。
迈克·布赖斯 (Mike Bryce, WB8VGE) 问我, 当逆变器出故障的时候会怎么样。是的, 不管市电停电还是没停, 只要逆变器出了故障, 我的连入备用电源系统的9台用电设备就会停电。在停电的时候备用电源发生故障是一回事, 而在邻居灯火通明的时候我家却黑灯瞎火确实也是挺尴尬的一件事。因为那9台用电设备的电力都是经过了逆变器才送来的, 所以当逆变器故障的时候 (或者定期检修) 的时候, 我的冰箱、冰柜、电台就会停电。尽管Xantrex的质量有口皆碑, 但是我们也知道东西总有坏的一天 (并且总是会在我们最需要的时候坏掉!) 所以我应该有方法能在逆变器故障的时候把它旁路。
迈克把Xantrex设计的旁路开关箱电路图和相应的零部件清单发给了我, 让我的工作大大简化。大体上说, 这个旁路开关箱是一对联锁的断路开关, 它能提供三种工作模式: (1) 正常模式, 即把逆变器正常接入。 (2) 旁路逆变器, 将交流市电与用电设备直通。 (3) 断开交流市电和逆变器与负载的所有连接 (隔离负载, 进行检修) 。图2中间是旁路开关箱的操作说明。最终, 我决定将图2下边这对断路器加入到我的系统中。
我安装的是AWG 6号电缆, 它的弯曲半径不能弯到很小, 这样我很难把它接到接线盒里。连接环形变压器的接线盒的空间有限, 我还要费脑筋把不同尺寸的捆线卡子在标准4英寸×4英寸×1.5英寸接线盒内做好安置。事实上, 我费尽了力气才把这些塑料捆线卡子勉强塞进盒子里。于是我把原来的接线盒拆掉, 换成了同款接线盒中更大一号的4.75英寸×4.75英寸×2英寸接线盒。在以前的接线盒里, 电缆被压得很紧, 打开盖子里面的东西会就乱七八糟地蹦出来。换了大号接线盒后就很宽松了。
联锁开关在同一时刻只允许有一个开关接通 (但允许同时关闭) , 这样就防止了逆变器和市电同时连至负载。如果我的逆变器或者备用电源系统的某些部分出故障了, 我可以通过这个联锁开关把逆变器从系统中旁路出去, 让市电直接接入我的用电设备, 这样, 它们就可以不受影响, 继续运行了。
太阳能系统供电的ATX电源设计 篇2
关键词：太阳能；ATX；电源
中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-01
The ATX Power Design of Solar System Power Supply
Chen Wei,Mao Shuzhe,Zeng Weiyou
(Hubei Automotive Industries Institute,Shiyan442002,China)
Abstract:This paper presents a ATX power supply.Solar power system provides the 12V DC,the power supply into the PC used for +12V,+5V,+3.3V voltage,and to provide +5VBS standby voltage,PS-ON control switch board side and PG output terminals,to meet the small Power PC continuous use.
Keywords:Solar;ATX;Power
当前，能源危机愈发严峻。随着太阳能电池和电子技术的不断进步，光伏发电不断向大功率、高效率、高密度方向发展，光伏发电产业地位日趋重要。这一新型能源的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染，尤其是在民用领域，应用越来越广泛。
在太阳能发电系统的使用中，如果先用逆变器将直流电转换为220V交流电，然后再通过开关电源为PC机供电，那么效率原本就不高的光伏发电系统将会再次损耗50%以上的电能。如果直接用直流电对PC机供电，只需使用DC-DC电路将电压转换为PC机所需+12V、+5V、+3.3V电压，并提供+5VBS待机电压，PS-ON主板控制开关端与P.G信号端这些必须端口，就能正常工作，而且还能节约成本。
一、总体设计
太阳能光电系统提供12V直流电，但电压经常高于14V，则电源中+12V的DC-DC电路不能省略，还需转换为+12V、+5V与+3.3V。此外+5VBS待机电压必须单独提供，所以+5V电压需使用两个DC-DC芯片，若+5V用电设备较多，还需额外增加芯片以增大+5V输出功率，+12V、+3.3V也是如此。
本设计所选用DC-DC芯片为MP2307降压稳压集成电路。MP2307第7脚（EN脚）可以控制芯片的开启、关闭，使用一个开关管即可完成电源的开关。
P.G信号端使用一个简单延时电路即可完成其功能。
二、+5VBS待机电压转换电路设计
MP2307是一种常用的开关型降压稳压集成电路，输入电压范围4.75V-23V，输出电压范围0.925V-20V，可提供超过3A的输出电流。+5VBS电压转换原理图如图1（a）所示，与+12V、+5V与+3.3V电压转换电路基本相同，所以原理图中只画出一个模块。图中Vin接太阳能系统控制器输出端，R1取值由下式计算：5V=0.925×（R1+R2）/R2
图1 电源原理图
可知R1取44.2kΩ。
三、+12V、+5V、+3.3V电压转换电路设计
+12V、+5V与+3.3V电压转换电路与+5VBS基本相同，电路原理图见图1（a）。
输出+12V时，R1取121kΩ；输出+3.3V时，R1取26.1kΩ。
由于要受控于PS-ON端，所以图中R4此时应取消，而MP2307脚就与图1（b）中Q1集电极相连。在PS-ON端为低电平时，MP2307启动，为PC机提供+12V、+5V与+3.3V电压。
四、PS-ON主板控制开关端
PS-ON主板控制开关端原理如图1（b）所示。当按下PC机开机键时，PS-ON端由高电平变为低电平，MP2307启动，准备为PC机供电。当再次按下PC机开机键时，PS-ON端由低电平变为高电平，PC机关机。
五、P.G信号端
延时电路如图1（c）所示，LED1亮表示电源状态正常，P.G信号端输出高电平。当按下PC机开机键后，MP2307启动，并提供+5V电压，此+5V电压在延时后使P.G信号端变为高电平，电脑供电正常。
六、结束语
本ATX电源采用MP2307设计，此芯片价格便宜，性能可靠。所设计电源操作简单，使用方便，效率高，体积小，重量轻，可以实现产品化。+12V、+5V与+3.3V电压各路均采用单芯片输出时，可满足车载PC使用。可根据PC机功耗来增减MP2307数量，当然也可采用其他扩流手段。
参考文献：
[1]赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005
[2]沙占友.单片开关电源设计[M].北京:机械工业出版社,2009
[3]康华光.电子技术基础模拟部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社,1999
[4]周志敏.便携式电子设备电源设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007
[5]Analog IC Technology.Datasheet of MP2307[EB/OL].http://www.MonolithicPower.com
基于太阳能电源的图像采集系统 篇3
关键词：最大功率点追踪,太阳能电源,图像采集,双向扰动观察法
随着能源危机的加剧,新能源的利用已经成为各个国家长远的发展战略。光伏能源以其可再生性和无污染的优势,被公认为今后解决能源紧缺的有效能源之一[1,2]。在供电条件不足,又需要图像监控的场合,利用太阳能为监控设备供电,不仅减少了架设电网的费用,而且提高了能源的利用率[3]。
在太阳能充电的最大功率点跟踪(MPPT)策略上,近年来出现了各种MPPT控制算法。参考文献[4-6]中提到常用的固定电压法CV(Constant Voltage)和扰动观察法P&O(Perturbation and Observation)具有控制思路简单、易于实现的优点,但也存在各自的缺陷。
本文针对扰动观察法在外界环境或负载突变时,因快速扰动造成功率振荡和误判的缺点,提出了固定电压法结合扰动观察法的MPPT控制方法[7]。
在图像采集部分,由于CMOS图像传感器具有价格低廉、重量轻、功耗小等优势,采用美国Omnivision公司开发的CMOS彩色图像传感器芯片OV7620进行图像采集设计[8],给出了基于太阳能电源的图像采集设计方案。
1 系统架构
基于太阳能光伏电源的图像采集系统的结构框图如图1所示。系统主要包括太阳能电池板、防雷击电路、电压/电流采集电路、BUCK充电电路、驱动电路、蓄电池、AVR单片机、OV7620摄像头电路和串口电路。
本文重点研究了BUCK充电电路中MPPT控制算法的实现,以及基于太阳能光伏充电的图像采集系统的实现。系统的核心控制器AVR采用高性能、低功耗的ATmega16A单片机。
2 系统硬件设计
2.1 光伏电池充电控制
AVR单片机首先对采集到的太阳能电池板充电电压、电流信号进行A/D转换,得到的数字信号通过控制器进行MPPT算法处理。
BUCK电路中的开关管和续流二极管设计成相似的结构,并用一片内部自带死区产生的驱动芯片进行信号的驱动放大。
为防止瞬变的高电压破坏蓄电池,在输出电压接到蓄电池之前加上了2片具有高浪涌能力的功率缓冲芯片MBR20100。图2是光伏电池板对蓄电池的BUCK充电电路硬件原理图。
2.2 图像采集电路设计
OV7620摄像头将拍摄的模拟图像进行抗混叠滤波、放大、A/D转换以及图像的开窗等预处理,从而转换为数字图像数据。控制器通过几个同步信号按照图像采集的时序采集数字图像数据。
为了尽量减少模拟电路与数字电路之间的地线干扰,在设计中用磁珠将模拟地和数字地隔离开。图像采集及主控制器硬件电路原理图如图3所示。
3 系统的软件设计
3.1 系统的软件流程
系统的软件流程图如图4所示。
系统由上位机指令启动,实时采集电池板电压数据和数字图像数据。当检测到电池板电压大于10 V时,延迟3分钟对电池板电压进行实时监测;若3分钟后电池板电压仍大于10 V,则进入充电状态。当采集到蓄电池电压小于14.7 V时,启动电流采集电压/电流信号并根据该信号通过固定电压法和双向扰动观察法相结合的最大功率跟踪算法调整输出的脉宽信号;当检测到蓄电池电压大于14.7 V时,则进入浮充状态防止过充。
摄像头的初始化利用AVR两线串行接口TWI上I2C协议的三相写周期对0V7620的功能寄存器进行配置。通过配置相应的寄存器可以使OV7620工作于不同模式,例如要将OV7620设置为16 bit数据格式、320×240输出格式和连续扫描模式,需通过如下3个函数进行设置:
I2C_WritePhase(0x42,0x13,0x00);
I2C_WritePhase(0x42,0x14,0x24);
I2C_WritePhase(0x42,0x28,0x20)。
写寄存器的过程主要是三相传输,首先是写允许指令0x42,接着传输目标寄存器的地址,最后是要写入的数据。
图像数据的采集根据同步信号VSYNC、HREF、PCLK协调动作来完成。
上位机采用VC++软件编写图像采集界面,通过串口发送启动命令并开始接收320×240的图像数据。
3.2 MPPT控制策略
当太阳能电池板的输出功率达到最大值时,其对应的电压即最大功率点输出电压,固定电压法是将输出电压稳定在一个固定值上。电池板的输出功率会随光强和温度的变化而变化,因而该方法的控制精度低。
扰动观察法是通过将本次的电池板输出功率与上次相比较来确定增加或减少输出电压,进而实现MPPT。它存在一个缺点,即在功率追踪的过程中,光强的变化和快速扰动等因素都可能导致功率振荡和误动作,使MPPT控制达不到预期效果。
为克服上述缺点,本文提出一种新型的MPPT控制方法,系统先利用固定电压法将太阳能电池板的输出功率锁定到最大功率点(输出电压在30 V~38 V内)附近,以保证跟踪的快速性。在此基础上,再采用小步长的双向扰动观察法追踪太阳能电池板的最大功率点,进一步提高对光伏阵列的利用效率。
与一般的MPPT算法不同,当外界环境或负载发生突变时由固定电压法实现MPPT控制,从而有效地避免了因外界因素引起的误动作。而扰动观察法主要对最大功率点附近的稳态特性进行优化,扰动步长可远小于一般扰动观察法的步长,并且按照接近最大功率点的方向逐步减少,这样不仅可以提高控制的精度,而且能有效地减少系统在最大功率点附近的功率振荡现象。本文采用的MPPT算法流程图如图5所示。
在双向扰动观察法中,系统实时采集太阳能电池板的电压电流数据,计算双向扰动(PWM+△PWM或PWM-△PWM)后的功率值(Pi或Pj),并与扰动前的功率值Pnow比较,根据比较结果来确定下一步的扰动方向:当Pi>Pnow时,继续按PWM+△PWM扰动;当Pj>Pnow时,继续按PWM-△PWM扰动;当Pnow>Pi且Pnow>Pj时,调整扰动步长△PWM=0.5△PWM。当扰动步长小于系统设定的微小量ε时,说明已找到太阳能电池板的最大功率点。
4 实验结果
按照太阳能光伏电源图像采集系统的设计方法,系统的晶振为7.372 8 MHz,一帧320×240的图像有76 800个像素点,配合时序完成每个像素点的采集需要7个时钟周期,因此本系统的帧频约为13 f/s,设计完成的图像采集效果如图6所示。
从采集的波形图像来看,两个MOS管的驱动波形平稳并且达到了良好的互补,两管的交替导通能够很好地完成控制器设定的充电策略。电池板的输出功率达到最大时占空比不再变化,此时测试的充电电压为30.5 V,充电电流为1.92 A,蓄电池输入电压为14.67 V,输入电流为3.64 A,效率达到91.18%,因此该系统采用的MPPT控制算法是一种可行的控制策略。
本文设计了用于图像监控的太阳能电源图像采集系统,传输方式上系统采用有线传输,适用于近距离传输的场合。今后可利用SPI接口在本系统上尝试远程图像无线传输。在光伏充电策略中提出了一种新型的MPPT控制策略,使得光伏发电的稳定性和准确性得到了很大的改善。实验证明,该系统工作稳定可靠。
参考文献
[1]MOUSAZADEH H,KEYHANI A,JAVADI A,et al.A reviewof principle and sun-tracking methods for maximizing solarsystems output[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2009(13):1800-1818.
[2]TOLEDO O M,FILHO D O,DINIZ A S A C.Distributedphotovoltaic generation and energy storage systems[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2010,4(1):506-511.
[3]张青.风光互补供电摄像监控系统研究[J].技术与应用,2011(8):53-56.
[4]SALAS V,OLIAS E,BARRADO A,et al.Review of themaximum power point tracking algorithms for stand-alonephotovoltaic system[J].Solar Energy Materials&Solar Cells,2006(90):1555-1578.
[5]李晶,窦伟,徐正国,等.光伏发电系统中最大功率点跟踪算法的研究[J].太阳能学报,2007,28(3):268-273.
[6]崔岩,蔡炳煌,李大勇,等.太阳能光伏系统MPPT控制算法的对比研究[J].太阳能学报,2006,27(6):535-539.
[7]熊远生,俞立,徐建明.固定电压法结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中应用[J].电力自动化设备,2009,29(6):85-88.
薄膜式电源:让太阳照进现实 篇4
用一种类似于印刷机的机器，将一种能够吸收太阳能的液体喷涂在一层薄薄的金属片上。这种太阳能电池薄膜的成本，只有目前主流的“太阳能电池板”的十分之一，一台机器每分钟可以生产出几百张，而且可以随时随地根据不同屋顶的具体形状制作和安装……
有资料记载，2010年年底，国内一次性建成投运单位面积最大、容量最大的屋顶薄膜太阳能光伏发电项目——光大杜邦太阳能光伏发电项目在深圳建成启用。
专家指出，薄膜太阳能电池虽然“年纪轻轻”，但它却已经有一个“大家族”。目前，已经进行大规模产业化生产的薄膜太阳能电池主要有三种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(cIGs)和碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)。
其中，硅基薄膜技术是最便于推广的；碲化镉技术中由于镉是重金属，所以存在潛在的环境污染风险；而铜铟镓硒技术则由于需要使用的铟、镓、硒三种元素均为稀有稀土元素，其产量有限，所以就大规模商业化角度而言，存在着一定的障碍。硅基薄膜技术所需的硅材料十分普遍，一般公司都可以拿到技术和生产线，具有大规模商业化的可能。
国内一些“后发”省份和企业为了快速占据市场，更倾向于薄膜电池技术。比如，广东省为了追赶江苏、江西等光伏产业发达省份，采取跳跃式推进的方法一极力推进薄膜电池的生产和应用。其中，中建材、广东爱康太阳能科技有限公司等企业在选择落户广东的同时，还推动成立了中国薄膜太阳能电池标准工作委员会，以期在薄膜太阳能技术领域能够拥有更多话语权。正将触角伸向新能源领域的正泰集团也非常看好薄膜电池，目前，已经在技术和产能上提前布局。
薄膜电池Vs晶硅电池
在不少人看来，薄膜电池就是一种革新性的技术。按照科学家的设想，薄膜电池只是一层像油漆一样薄的薄膜，造价、运费和安装费用都大大降低，应该能够普及到城市的每个角落。但是，在实际应用中，显然还必须考虑到技术的成熟度、市场的接受度以及商业上的利益，等等。那么，薄膜电池和晶硅电池谁优谁劣呢?
薄膜电池在早晚、阴天等弱光条件下仍可产生电能，因此，在同样地理和气象条件下，全年发电量比晶体硅电池高出10％～15％。而晶硅电池在温度超过50℃之后，转换能力会有明显衰减。因此，在阳光照射强的地区，晶体硅电池效果反而差。而薄膜电池在高温下只有微弱衰减，特别适合用于高温、荒漠地区建设电站。
转换效率仅为6％的薄膜电池，其生产用电约1.9度／瓦，能量返回期1.5-2年，即电池发出的电能超过生产电池所消耗的电能所需要的时间。这是普通晶硅电池无法比拟的。虽然业界对普通晶硅电池的回收期仍存在争议，但目前主流的观点，一般认为回收期在3年左右。从这点看，薄膜电池优于晶硅电池应该无可争议。此外，因为单片面积较大，薄膜电池更加便于安装。
其实，薄膜电池本来还有一个优势，它可以降低97％的硅原料使用并减少污染。但是，受金融危机影响，多晶硅价格一落千丈，原先凭借耗硅量少、生产成本低而尚可与晶硅电池一较短长的薄膜电池行业，集体陷入困顿。
相比薄膜电池，晶硅电池的技术更成熟，稳定性和转换效率更高，因此在一些大型光伏发电项目中，晶硅电池更受欢迎，而且经历了多晶硅价格暴跌之后，考虑到征地、支架等因素，晶硅电池的综合发电成本比薄膜电池实际要低不少。而在售价方面，薄膜电池每瓦的成本，单价虽低于晶硅电池，但由于转化率低，综合成本还是高于晶硅电池。
从全球范围内，传统的晶硅电池依旧占据着整个光伏电池市场80％的市场份额。就国内而言，2009年，薄膜电池的产量只占到总产量的2％，市场份额更低，且关键设备技术多数依赖国外。特别是中国光伏电池行业的龙头——尚德电力，曾作出了停产薄膜太阳能电池生产线，扩产晶硅太阳能电池生产线的选择。薄膜太阳能电池可说是“屋漏偏遭连日雨”。
以目前的技术条件和其他因素来看，断言薄膜电池与晶硅电池谁更有前途都为时尚早。比如，在尚德退出薄膜电池的时候，已在晶硅电池领域建立起垂直一体化产业链的天威保变，公布了配股募资11.81亿元投建一条年产46兆瓦薄膜电池生产线的计划。公司上马该生产线的原因，是希望可以借此摆脱对价格多变的多晶硅的依赖。
市场潜力巨大
虽然薄膜太阳能电池目前身处逆境，但仍有不少企业在努力坚持薄膜电池的研发和应用。晶硅电池一般仅用于屋顶，而薄膜电池利用玻璃做基板，不仅可用于屋顶，还非常适用于建筑物外墙。薄膜电池将自身与建筑材料牢牢地结合在一起，是建设低碳环保型建筑物必不可少的材料，潜在的市场需求十分巨大。
以深圳一个项目为例，该项目采用太阳能的高性能非晶硅薄膜太阳电池组件，安装于主厂房约2.3万平方米的屋顶，总装机容量为1.3兆瓦，设计寿命超过25年，投运后每年可提供14873-度电力，替代常规能源542吨标煤，每年可减少1480吨二氧化碳温室气体的排放。据悉，该发电项目使用的是太阳能生产的A系列100Wp非晶硅薄膜太阳电池组件，共计13000片，能量回收期少于晶体硅1／2，每千瓦发电量较晶体硅高10％-20％。从整体看，该太阳能光伏发电项目采用屋顶建筑一体化设计，将光伏系统与原工业厂房屋顶结构相结合。
中投顾问发布的《2010-2015年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告》指出，杜邦设在中国的薄膜电池生产线少的欠发达地区及荒漠、沙漠地区，更能发挥它的成本优势。与晶硅电池相比，相同功率下薄膜电池成本低，发电量大，但占用的土地面积偏大，因此在土地成本低、光照条件好的地方，比如沙漠地带建设薄膜光伏电站具有巨大的优势。2010年，全球最大的可再生能源项目Desertec32程取得重大进展。根据工程计划，Desertec项目最终在非洲北部地区产生的电能，可以满足整个欧洲地区15％的用电需求。在国内，甘肃省的敦煌地区于2009年建立了国内首个大型沙漠光伏发电站，总装机10兆瓦，这也预示中国市场开始逐渐成长。
与此同时，随着越来越多企业将眼光投向薄膜太阳能电池技术的改进上，其“后发优势”正逐渐显现。不久前，一种生产薄膜电池的关键设备——等离子体增强型化学气相沉积设备，由一家名为理想能源设备有限公司的上海本地企业研制成功。这套设备采用了超高频射频技术、强化了生产过程中的真空和温度控制，从而有效克服了薄膜的低转换效率和较严重的光致衰减效应。该设备的技术指标已达国际先进水平，且生产成本只有国外同类设备的三分之一。
独立式太阳能光伏逆变电源的研究 篇5
独立运行太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池方阵, 蓄电池组, 控制器和逆变器四部分构成。
1.1 太阳能电池方阵
光伏电池是组成太阳能光伏发电系统最基本的单位。但单体光伏电池发出的电能很小, 工作电压约0.45~0.5V, 工作电流20~25mA/cm2, 而且是直流电, 在大多数情况下很难满足实际应用的需要。为满足负载要求的输出功率, 一般都将电池组串并成太阳能电池组件。
1.2 蓄电池组
太阳能发电系统只能在日间有阳光的时候才能发电, 而多数情况人们主要在夜间大量用电, 所以需要存储太阳能电池方阵发出的电能并随时向负载供电。光伏系统对蓄电池组的要求是:1、自放电率低;2、使用寿命长;3、深放电能力强;4、充电效率高;5、少维护或免维护;6、工作温度范围宽;7、价格低廉。配套200Ah以上的铅酸蓄电池, 一般选用固定式或工业密封免维护铅酸电池;
1.3 控制器
控制器是光伏发电系统的核心部件之一, 主要用于实现整套系统地充、放电管理。太阳能光伏阵列发出的直流电能, 经过控制器对蓄电池充电, 在蓄电池未充满时, 控制器的作用是最大限度地对蓄电池充电, 当蓄电池被充满时, 控制太阳能充电, 使蓄电池处于浮充状态。当蓄电池放电至接近蓄电池过放点电压时, 控制器将发出蓄电池电量不足报警并切断蓄电池的放电回路, 以保护蓄电池。随着光伏产业的发展, 控制器的功能越来越强大, 有将传统的控制器、逆变器以及监测系统集成的趋势, 如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。
1.4 逆变器
对逆变器的基本要求是:
1、能输出一个电压稳定、频率稳定的交流电, 无论是输入电压发生波动还是负载发生变换, 都要能达到一定的电压精度;
2、具有一定的过载能力, 一般能过载125%~150%;
3、输出电压波形含的谐波成分应尽量少;
4、具有短路、过载、过热、过电压、欠电压等保护功能和报警功能, 且具有快速的动态响应。
二、逆变电源基本工作原理及逆变电路设计
2.1 逆变电源基本工作原理
逆变电源的拓扑结构很多, 各自的工作过程不完全相同, 但最基本的逆变过程是相同的。下面以最基本的单相桥式逆变电路为例, 具体说明逆变器的“逆变”过程。单相桥式逆变电路如图1所示, T1, T2, T3, T4是桥式电路的4功率管, 由电力电子器件及辅助电路组成。输入直流电压为Vcc, Z代表逆变器的负载。当开关T1、T4接通时, 电流流过T1, Z和T4, 负载上的电压极性是左正右负;当开关T1、T4断开, T2、T3接通时, 电流流过T2, Z和T3, 负载上的电压极性反向, 把直流电变成了交流电。改变两组开关的切换频率就可以改变输出交流电频率, 得到的是正负半周对称的交流方波电压。负载为纯阻型时, 负载电流电压波形相同, 相位也相同;负载为感性时, 电流滞后于电压, 波形也不同。
2.2 逆变电路设计
逆变电路的功能是将升压得到的高压直流电经SPWM全桥逆变, 变成220V的SPWM电压, 再经输出滤波电路滤波为220V、50Hz正弦交流电压输出, 包括功率桥的设计、控制电路设计和保护电路设计。
2.2.1 逆变环节的主电路
如图2所示为逆变环节主电路图。对输入的直流电进行SPWM调制, 经过LC滤波输出, 采用电压瞬时值反馈, 对输出电压进行采样隔离, 反馈信号送给控制芯片经过A/D变换保存, 得到脉宽控制量, 通过SPWM生成环节产生各功率管的开关信号, 控制功率管的通断, 使输出电压尽可能跟踪基准正弦给定信号。
2.2.2 控制电路设计
逆变环节的任务是使直流变交流, 为使交流输出电压稳定, 本系统采用闭环控制, 对输出电压进行采样分析, 系统中CPU根据采样电压值来控制SPWM波发生器输出SPWM参数, 产生SPWM波驱动逆变桥, 从而得到稳定的交流电。系统CPU采用ATB9C51, SPWM波发生器采用SA838单相SPWM波发生器, 功率逆变桥选用PS21865, 其内部集成了驱动电路, 因而外部驱动电路可以不再添加。控制电路功能包括:控制脉冲产生, 交流输出稳定, 保护和报警显示, 电路框图如图3所示。
三、逆变器控制方案比较
光伏逆变器的性能很大程度上决定了整个光伏发电系统的性能和效率, 随着光伏发电系统的应用越来越广, 人们对光伏逆变器输出电压的质量要求也越来越高, 不仅要求逆变器的输出电压稳定以及工作可靠, 而且要求其输出电压正弦度高。所以光伏逆变器的控制技术也得到了不断的发展。
逆变器要实现输出纯正弦波, 控制方案的实现通常分为模拟控制和数字控制, 具体实现方案有如下几种。
(1) 模拟控制。控制脉冲的生成, 控制算法的实现全部由模拟器件完成。优点是技术非常成熟, 有很多可以参考的实例。但其存在很多固有的缺点:控制器的元器件比较多, 电路复杂, 所占的体积较大;灵活性不够, 硬件电路设计好了, 控制策略就无法改变;调试不方便, 由于所采用器件特性存在差异, 致使电源一致性差, 且模拟器件工作点的漂移导致系统参数漂移。逆变电源数字化控制是发展的趋势, 是现代逆变电源研究的一个热点。
(2) 由单片机实现数字控制。为改善系统的控制性能, 通过A/D转换器, 将微处理器与系统相连, 在位处理器中实现数字控制算法, 然后通过输入、输出口或脉宽调制口 (PWM) 发出开关控制信号, 微处理器还能将采集的功率变换装置工作数据显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中, 并对电路进行实时监控。微处理器的使用在很大程度上提高了电路系统的性能, 但由于微处理器运算速度的限制, 在许多情况下, 这种微处理器辅助的电路系统仍旧要用到运算放大器等模拟控制元件。
(3) 由DSP实现数字控制。随着大规模集成电路、现代可编程逻辑器件及数字信号处理器 (Digital Signal Processor, DSP) 技术的发展, 逆变电源的全数字化控制成为现实。DSP能够实时地读取逆变电源的输出, 并实时地计算出PWM输出值, 使得一些先进的控制策略应用于逆变电源控制成为可能, 从而可对非线性负载动态变化时产生的谐波进行动态补偿, 使输出谐波达到可以接受的水平。但DSP入门门槛较高, 开发成本高, 造价也较高。
结束语
太阳能作为绿色生态能源, 以光伏技术与电力电子技术为依托, 结合我国的实际利用它为人类服务, 是能源工作者的重要任务之一。充分利用这些无电地区的太阳能资源, 有计划、有步骤地推广光伏技术, 解决缺电地区的用电问题, 促进这些地区的经济文化发展, 提高人口素质, 对于全国的平衡协调发展, 缩小地区间差距, 均具有战略与现实意义。
参考文献
[1]沈辉, 曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京:化学工业出版社, 2005.87
[2]王常贵, 王斯成主编.太阳能光伏发电实用技术[M].北京:化学工业出版社, 2005.6
[3]倪海东, 蒋玉萍.高频开关电源集成控制器[M].北京:机械工业出版社, 2005.1
[4]郭同生.光伏系统逆变器数字控制技术研究[J].西安交通大学硕士学位论文, 2003.3
[5]许美荣.独立光伏系统逆变电源研制[J].东南大学硕士学位论文, 2006.3
太阳能电源 篇6
1 太阳能微电脑移动电源的技术原理
太阳能微电脑移动电源的原理其实就是简单的能量守恒原则。由太阳能吸收板吸收太阳能, 再转换成电流用于充电。那么很多人就有疑问了?既然太阳能微电脑移动电源是依靠太阳能来充电的, 那么太阳光的强弱, 光线的变化是否对移动电源或者电子设备有损害呢?答案是没有。因为太阳能微电脑移动电源在对手机等进行充电时, 电压不稳在设计之初就被考虑在内了, 设备是内置1900毫安高性能聚合物LI-ION电池。
无论是那种充电方式都是先对内置电池进行蓄电, 然后经由复杂的电路以及周密的衡压电阻对电流加以严格控制, 最后将持续稳定的电流送入手机, 保证电压稳定的同时优化了电流输出, 对不同型号的手机, 设备自动识别所适应的电压以及电流, 有效的保护爱机的同时安全快捷的补给电力。
有人担心阴天或者漆黑的夜晚该怎么办, 这个不必担心。因为太阳能微电脑移动电源的充电方式是四种, 可以利用太阳能充电, 也可以用交流电充电, 还可以用电脑USB接口充电。还可以用车载充电, 当然这得另外买配套设备。但是还有一个误区就是, 不是有太阳光, 太阳能微电脑移动电源就储蓄电量。而是只要有光, 哪怕是微弱的光。阴天一点都没关系, 因为还是有光的, 不是漆黑一片。甚至夜晚也没关系, 因为家里都有白炽灯等各种电灯。只要有白炽灯, 微弱的灯光也能给太阳能微电脑移动电源充电。所以我们明白了, 太阳能微电脑移动电源可不是指的就是太阳能, 只是一个虚指, 各种光源就可以。还有人会担心太阳能微电脑移动电源这么珍贵, 看上去也不如普通移动电源那么结实, 万一折断了怎么办!其实有机层包裹在外, 里面是硅片, 我们肉眼看上去很薄的太阳能电池板其实厚度在6mm, 只要不是迫害性的撞击一般是不会对它造成损害的。
太阳能微电脑移动电源表面没有普通移动电源那么平整, 是波浪式设计, 给人一种起伏的感觉, 这样是为了更好的吸收光线, 因为要全方位各个角度的吸收光线。
2 太阳能微电脑移动电源的优缺点
既然太阳能微电脑移动电源这么先进, 那么我们就来分析一下它的优缺点:
2.1 太阳能微电脑移动电源的优点
2.1.1 轻薄
前面说过, 太阳能微电脑移动电源就只有6mm, 可谓做到了智能手机的厚薄。这样轻薄, 占空间小, 而且表面流畅, 手感也非常好。
2.1.2 充电速度快
太阳能微电脑移动电源内置有储蓄电量的功能, 保证输出的电压是稳定的。所以相比较一般的移动电源, 太阳能微电脑移动电源充电速度快, 而且比较稳定, 不会损坏手机等电子产品。
2.1.3 不受地域限制
太阳能微电脑移动电源的使用不受地域限制, 不是离开了电插板就不能存活。它可以用在火车上, 可以用在外出郊游中, 只要有一点光源, 不论是阳光, 电灯还是火, 都可以让直接进行转化, 储蓄电量。
2.2 太阳能微电脑移动电源的缺点
2.2.1 价格比较贵
由于太阳能微电脑移动电源成本比较高, 运用了太阳能电池板能高科技, 所以暂时还不能降低价格, 并且新技术的出现, 刚开始都是价格昂贵的, 这无疑在一定程度上限制了太阳能微电脑移动电源的推广。
2.2.2 推广困难
新技术的全面应用总是困难的。无论怎么推广, 人们最初的印象还是停留在有太阳光才行, 不理解太阳能微电脑移动电源的广泛性。曾经有很多太阳能微电脑移动电源的推广商遇到的都不是产品本身的问题, 而是人们据守的观念。人们潜意识认为阴雨天不能用, 认为晚上不能用, 所以觉得这个产品价格昂贵, 还用处不大, 性价比不高, 导致太阳能微电脑移动电源的销售存在种种困难。
2.2.3 技术有待成熟
太阳能微电脑移动电源虽然已经部分走向市面, 但技术仍有待完善。比如电池的记忆功能, 智能充电功能。要想让太阳能微电脑移动电源全面取代普通移动电源, 还需要进一步解决现有的技术问题。
3 结语
要让太阳能微电脑移动电源真正得到广泛应用, 首要就是要改变人们的观念。很多人对于太阳能微电脑移动电源的应用都存在疑惑, 不了解太阳能微电脑移动电源的真正含义。为此, 必须要改变人们的观念, 对太阳能微电脑移动电源产生正确的认知, 才能够实现该种产品的大范围推广。
参考文献
[1]黄成宏.哪一款移动电源充电更多、更快?——8品牌移动电源测评报告[J].消费者报道, 2016 (03) .
[2]杨璐, 安旭东, 韩傲雪, 王阳, 郝昫.移动电源容量测试研究[J].电源技术, 2015 (05) .
[3]谷建宁, 张丽萍, 伊陈雪, 黄波.多功能太阳能微电脑移动电源的研制[J].电子设计工程, 2014 (13) .
太阳能电源 篇7
接触网是与电气化铁路安全运营直接相关的架空设备,它的任务是保证对电力机车可靠地不间断地提供电能[1]。由于接触网工作在野外,环境恶劣,接触网在线监测系统要工作数月甚至数年,如何给系统提供可靠的电源是一个亟需解决的问题。
在能源日益紧张、环境日益恶劣的今天,可再生能源的利用显得尤为重要。可再生能源包括太阳能、风能、潮汐和地热等,在野外太阳能供电系统具有技术相对成熟、资源充足、分布广泛和清洁安全等优势,同时一个小型的太阳能电源成本较低且我国大部分地区都有数小时的日照时间,而其他能源对地理条件比较限制或成本比较高,所以,太阳能在接触网在线监测系统中是最好的供电方式之一。
1 太阳能电源的整体设计
太阳能电源系统如图1所示主要包括太阳能电板、Buck电路、充电电路、锂离子电池、驱动电路、采样电路、单片机控制电路。
系统工作过程如下:单片机通过采样电路采样锂离子电池的电压,当电池电压低于6 V时,单片机通过驱动电路来控制Buck电路的导通来让太阳能电板给锂离子电池充电;否则,当电池电压高于6 V时,则不给锂离子电池充电。当阳光充足或温度较高时,太阳能电板直接给负载供电;当夜晚或阴雨天时,通过锂离子电池给负载供电。
由于太阳能电板的输出功率受日照强度和环境温度的影响比较大,为了提高太阳能系统的效率和充分利用太阳能电池所产生的能量,系统采用了最大功率跟踪(MPPT)。目前实现MPPT的方法很多,如恒压跟踪法、扰动观察法、电导增量法和模糊逻辑控制法等。其中最常用的是扰动观察法和电导增量法,本系统选用了扰动观察法。
扰动观察法的工作原理为测量当前时刻的太阳能电板的输出功率,然后在原来电压的基础上增加一个小的电压分量,其输出功率发生了改变,测量改变后的输出功率,比较改变后的输出功率和前一时刻的输出功率,如果改变后的输出功率较大,则跟踪方向正确,继续增加一个小的电压分量;否则,跟踪方向不正确,在原来电压的基础上减小一个小的电压分量。扰动观察法的优点是控制方法简单,易于实现;跟踪精度很高,可达到90%以上。
2 太阳能电源硬件设计
2.1 太阳能电板的选择
太阳能电板的工作电压要超过蓄电池电压的20%~30%,才能保证给蓄电池供电;太阳能电板的功率必须比负载功率高出2~4倍以上,系统才能正常工作[2]。本系统两节锂电池满电压为8.4 V,负载功率不超过5 W,所以太阳能电板设计为开路电压为14.3 V,功率为10 W。
2.2 蓄电池容量的计算
蓄电池容量的计算公式为:蓄电池容量=负载用电功率×每天用电时间/用电电压×连续阴雨天数×1.5(损耗系数)[2]。本系统按负载用电功率为3 W、每天用电时间为1小时、用电电压为5 V、连续阴雨天为7天计算,得出蓄电池容量为6.3 Ah。
2.3 采样电路的设计
太阳能电板电压和锂电池电压的采样都采用电阻分压法,电路结构简单,其中分压电阻要取得尽量大以减小电阻消耗的功率,电阻分压出来的电压信号接一个电压跟随器,以对信号进行隔离缓冲。太阳能电板电流采样是电流信号经过一个电阻转变成电压采样,电阻值取得尽量小以减小其消耗的功率,由于它出来的电压值很小,要经过运算放大器进行信号放大。
2.4 驱动电路设计
驱动电路的作用是其产生PWM脉冲来控制Buck电路中MOSFET管的导通和关断,来实现对蓄电池的充电。本设计MOSFET管的驱动方法采用光耦驱动,光耦芯片采用TLP250,选用TLP250使驱动电路简单,同时保证了功率驱动电路和PWM脉宽调整电路的可靠隔离。由于MOSFET管与Buck电路不共地,所以采用了隔离电源B0512S-1W。
2.5 充电电路设计
本设计的充电电路采用智能充电芯片对锂离子电池进行充电管理,充电芯片采用MAX846A。MAXIM公司的MAX846A是一种高效率、低成本、多功能的电池充电器,它可以为镍氢电池、镍镉电池和锂电池进行充电。MAX846A内置充电状态控制,它为锂离子电池充电过程分为预充电、恒流充电和涓流充电三个状态[4]。
2.6 控制芯片外围电路设计
主控芯片采用高性能、低功耗的8位AVR处理器ATmega48(PDIP封装),它有6路的ADC模数转换器和具有PWM功能的定时器,完全满足系统的要求[5]。本系统ADC参考电压设定为AVCC,由于A/D容易受噪声的干扰,所以使用RC低通滤波器进行滤波,使AVCC端与VCC端隔离开来,单片机外围电路如图2所示。
3 太阳能电源软件设计
单节锂离子电池的电压要求在2.5 V和4.2 V之间,小于2.5 V为过放电,大于4.2 V为过充电,这两种状态都会影响电池寿命,是不允许的。本系统是给两节锂离子电池充电,电池电压应该在5 V和8.4 V之间,系统软件设定每隔一段时间就采样锂电池电压,当电池电压低于6 V时,就通过对MOSFET管控制来给电池充电,在充电的过程中同时完成了最大功率跟踪,当检测到锂电池电压大于8.4 V时就关断MOSFET管结束充电。
系统总体软件架构如图3所示:
4 系统测试
单片机外部晶振为12 MHz,通过软件设置ATmega48单片机定时器/计数器工作在8位快速PWM模式,计数上限为0x00FF,T/C时钟源为I/O时钟的8分频,所以输出PWM频率为5.86 KHz,工作周期为171μs。
把太阳能电源系统放在室外测试,得出PWM波形如下。
图4所示是单片机PB1脚出来的波形,它的PWM周期是171μs。可以看到它的周期不变,占空比在发生变化。结果表明,系统实现了最大功率跟踪,本太阳能电源系统设计符合要求。
5 结语
本文针对接触网在线监测系统有野外供电的实际需求,设计了一个小型的太阳能电源。结合实际情况,本设计选用了扰动观察法来实现MPPT。给锂电池充电采用了锂离子电池管理芯片MAX846A,具有外围电路简单,充电可靠的特点。实验结果表明,太阳能电源性能指标符合设计要求,可以投入使用。
参考文献
[1]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2003.
[2]高云.太阳能充电控制器研究[D].北京:北京交通大学,2009.
[3]张玉平.太阳能独立光伏系统研究[D].保定:华北电力大学,2008.
[4]陈景忠.基于芯片MAX846A的实用锂离子电池充电器设计[J].通信电源技术,2009,26(6).
太阳能电源 篇8
房车开始于第一次世界大战后期, 在上世纪80年代成为新兴的休闲方式, 迅速风靡欧美国家。如今房车上配备的车载电气设备和传统汽车相比, 无论从种类上还是数量上都有了很大的提高, 房车上所有电器总的功率已超过10k W[1]。仅仅使用自身电源已经难以供应所有房车上用电设备, 尤其是当房车发动时出现瞬间的电压陡降会干扰其他用电装置, 为保证房车在任何环境下都能保证车用电器的正常使用, 需要使用各种类型的供电电源。
目前市场上所购买的房车基本是采用发动机发电后储存在蓄电池里然后供各种电器使用, 能源的供给和使用不稳定, 而且发动机发电需要燃烧汽柴油, 尾气排放会造成环境污染;而太阳能和风能既是一次能源, 又是可再生能源。它资源丰富, 既可免费使用, 又无需运输, 对环境无任何污染。
目前房车常用的电源有:市电、油机、汽车硅整流发电机、专用蓄电池、太阳能和风能 (本文主要涉及太阳能) 。
2 房车用电源特点和选用
下面介绍一下以上提到的各种房车电源。
2.1 市电
市电在这几种电源中是使用起来最便捷, 最耐久的一种供电方式。因此在具备市电的环境下, 第一个考虑的就是用市电。
市电的缺点如下:受电网供电电压的波动较大, 并容易受闪电和其他电气设备的干扰, 在房车使用大功率用电设备时对当地电网的稳定有一定影响。
因此设计人员需要避免在房车上使用低功率因数的电器设备, 以避免对当地电网带来影响[2]。同时需要采取防止漏电的有效措施, 避免触电事故的发生。
2.2 油机
由于房车在野外工作时间多, 很多地方需要汽油或柴油发电机 (以下简称油机) 。但是油机是上面提到的五种电源中最不可靠的电源, 在房车使用油机时要检测其输出的电压, 如可能则采用电力起动机[3]。
2.3 房车原配发电机
房车原配发电机主要由三相交流发电机和硅整流器组成, 由房车的发动机提供动力, 其输出电源有14V、28V两种, 主要作用有如下两点:
1) 在其他供电方式全部失效时提供临时供电, 此时房车发动机状态是怠速运转;
2) 在房车行驶过程中对专用的蓄电池进行补充充电, 特别是长距离旅行时。
2.4 后备蓄电池
在没有市电, 没有或不能使用油机的环境下房车上需要采用后备的大容量蓄电池, 供应房车所有的用电设备。
目前市场上主要有以下几种:镍镉蓄电池、镍氢蓄电池以及铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的优点是自放电慢, 密封性好, 价格低, 缺点主要是大电流放电时的容量小以及低温表现差。
镍镉电池的优点是低温表现好, 大电流放电量大, 缺点是充电存在记忆效应, 而且保养较为麻烦。镍氢蓄电池的优点是容量大, 不存在记忆效应[4], 缺点是大容量镍氢电池技术还不成熟, 自放电较快。考虑到铅酸蓄电池技术比较成熟, 所以本文选用了两块风帆12V, 200AH密封式铅酸蓄电池并将其串联作为后备的专用蓄电池, 输出直流电压为24V。同时配备了硅整流快速充电机, 在有交流市电时进行补充充电。
2.5 太阳能
由于目前太阳能电池受天气环境影响较大, 太阳能电池还不能作为一种独立的电源应用于汽车, 鉴于房车对于大容量电源的需要, 本文采用多种电源相互配合, 太阳能为辅助能源来满足房车的供电需求。
通过购买两块太阳能电池板, 安装在实验车顶部, 两块电池板输出都为24V, 采用并联连接, 并选用24V太阳能控制器用于实现太阳能电池对备用蓄电池的充电, 在阳光充足时将太阳能转换成电能储备在专用蓄电池中。
3 房车多电源控制器的方案设计
3.1 控制器的设计目标
1) 对房车多个供电电源按照优先级进行管理, 包括电源的接入和断开。
2) 对接入的交流和直流强电电源进行隔离和安全保护。
3) 具有人机交互接口, 通过按钮开关进行电源切换。
3.2 选用试验用模拟负载
房车的用电设备可以如下划分:一类为可间断供电负载, 如一些交流用电设备, 只在市电和油机供电时使用, 其需要的供电电压为AC220V;另外一类为直流类型不中断负载, 它是由计算机等构成, 需要的供电电压为DC24V, 它在所有供电情况下均需要工作。在实验车上选用的第一类负载为微波炉, 第二类负载选用的是笔记本电脑。
3.3 确定电源的优先次序
结合本试验车实际, 确定供电电源的优先顺序, 依次是市电、油机、房车原配发电机、后备蓄电池、太阳能。并且在交流和直流电源都存在时采用交流输入, 在市电和油机同时具备时, 优先使用交流市电。
3.4 逆变器的选用
因为电源中的专用蓄电池为直流负载, 因此需要选用合适的逆变器将直流转变为交流, 本文采用的是索尔FPC-2000B大功率纯正弦波24V直流转220V交流逆变器。具体参数指标如下:
启动峰值功率4000W, 最高功率2000W,
输入电压:24V
输出电压:220V±10%
空载电流:<0.7A
输出波形:纯正弦波
转换效率:>90%
经过在试验车上的测试, 该逆变器完全满足要求。
3.5 控制器的主要硬件结构
本控制器的硬件结构如图1, 主要包括4路继电器及光电耦合器控制模块、控制柜、输入输出接线板、面板开关。其中继电器的作用是通过小电流控制大电流保护控制开关;光电耦合器将控制电路和开关电路之间进行很好的电隔离保护作用;控制柜是控制器的外壳, 本文中使用了成品配电箱;接线板安装于控制柜内部, 主要用于电路的布线;面板开关安装在控制柜门上, 可以对接入电源进行切换, 紧急情况下可以切断总电源。
3.6 控制器的实车调试和实现
在控制器硬件搭建后, 将其安装在实验车上, 依次接入各种电源和用电负载进行系统调试, 最终实现了所有的设计功能。
4 总结和展望
本文介绍了一种用于太阳能房车并可以对多种电源进行切换的控制器, 给出了系统设计方案, 搭建了硬件系统, 最后进行了实车调试。今后的研究方向是利用单片机升级控制模块, 基于现代控制原理编制控制程序对房车多个电源进行最优控制, 最终达到智能化和节能的目的。
摘要：本文介绍了一种用于太阳能房车并对多种接入电源进行切换的控制器。首先介绍了房车用电源的国内外现状以及各种电源的特点, 然后针对试验车制定了系统设计方案;接着指出了控制器的主要硬件及其作用, 并在实现了控制器后进行了实车调试。最后进行总结并给出了今后的研究方向。
关键词：房车,多电源,控制器设计,太阳能
参考文献
[1]Wolfgang Runge, Harald Deiss, Josef Schwarz.汽车电子技术的发展趋势.传动技术, 2003.
[2]李明强, 王杰, 王双.谐波对电网影响的探讨与研究.供用电.2005.
[3]付启明, 李艾华, 黄华.柴油发电机组电控装置故障诊断系统设计.移动电源与车辆, 2008.
太阳能电源 篇9
随着计算机控制技术的发展，计算机被广泛应用于数据采集系统领域中。数据采集系统多采用上位机和下位机的主从工作方式。下位机一般采用单片机对现场数据采集与对设备一级监控，而计算机的分析处理能力较强，有友好的人机界面和大容量的多种存储方式，故上位机一般采用微机对采集数据进行图形显示、分析以及管理。上位机与下位机通过串行接口实现通信，在本系统采用了Visual Basic6.0开发串口通信程序。
1 数据传输
太阳能发电监测分上位机和下位机两部分，下位机对各个模块的工作输入电压、电流，输出电压、电流数据进行存储、显示。由于本设计的太阳能发电装置用于通信基站的电源，其应用的环境一般位于偏僻且交通欠发达的地区，所以下位机的数据需通过GPRS传送到上位机，以便于监测和故障排除。
2 上位机软件
由于Visual Basic 6.0引入了面向对象的编程机制,巧妙地将Windows编程的复杂性封装起来,只需使用窗体和控件等可视化界面设计程序,从而降低了程序设计的难度。本文就采用了VB来设计上位机软件,以实现太阳能发电监测的功能。
2.1 数据传输帧格式
数据传输帧格式为：
地址码(1)+功能码(1)+数据数量(1)+数据域()+CRC校验(2)
(1)报文帧头地址码为0x3AH，占一字节。
(2)数据数量为数据域所有字节的长度。
(3)CRC校验：从地址码开始计算，一直到数据域的最后一个字节，生成多项式为:
(4)信息传送方式为异步方式，1位起始位，1位停止位，8位数据位，无校验，波特率设置为4800b/s。
(5)数据域每个数据均占2个字节，16进制表示，高字节在前，低字节在后。
2.2 上位机软件功能码分类
0x01读取下位机历史数据
0x02读取系统当前时间
0x03设定时间
0x04读取实时数据
0x05报警指示
3 串口调试
VB6.0安装后,只需将MSComm控件添加到窗体中,就可以利用事件驱动或轮回查询方式来实现硬件系统和串行端口的通信。使用MSComm时,首先要在程序中打开相应的串口,然后对相应的串口通信参数进行设置。串口通信时,无论发送还是接收,都要在通信程序中设置一个Variant类型变量做“中介”。发送时,先将要发送的字符串(传送文本格式时)或单字节数组(传送二进制格式时)赋给一个Variant类型变量,再把该Variant变量赋值给MSComm的Output属性;接收时,先将MSComm的Input属性赋值给Variant变量,再根据不同情况赋值给字符串或单字节数组。程序设计如下：
太阳能发电监测主要是对太阳能电源工作时的各模块的输入电压、电流，输出电压、电流以及环境温度的计算与监测,其实时数据监测界面如图一所示。
4 功能实现
监测系统具有实时监测功能，上位机每五秒钟发送命令，下位机接受到命令后即刻将实时数据上传，其显示界面如图二所示。
读取下位机历史数据时需输入要查询的起始时间和终止时间，上位机以地址码(1)+功能码(1)+数据数量(1)+起始时间(4)+终止时间(4)+CRCH(1)+CRCL(1)的格式将命令传输给下位机，例如：要读取2007年12月8日9时至2008年2月20日5时的数据，则帧内容为0x3a 0x01 0x08 0x090x08 0x12 0x08 0x05 0x20 0x02 0x09 0x100x81。下位机每小时只采样存储一个数据，接受到命令符合时间范围的历史数据就会通过GPRS上传，上位机将对应的数据予以显示。
此外，监测系统还具有校时和报警功能，校时按照如下帧格式进行对下位机的时间设定：地址码(1)+功能码(1)+数据数量(1)+时间(7)+CRCH(1)+CRCL(1)，校时界面如图三所示。
如果下位机中的各分机中出现断路或通信故障等异常情况时，下位机即时发出报警信号，并传输给上位机，上位机接受到信号后进行报警提示。
5 结束语
本文通过采用GPRS对数据进行远程传输，结合上位机软件的监测，使整个系统的应用更为便捷。实验证明，其传输与监测均具有高的可靠性，为新能源的普及提供了条件。
参考文献
[1]基于GPRS通信技术的远程气体检测系统.
[2]苗玉彬.精准农业智能测产系统的研究与运用[D].上海:上海交通大学,2003.
[3]张占新,孟如,孟庆洪,张伟芹.基于MC35的无线数据采集系统[J].微计算信息,2005,21(9):100-102.
[4]陈三凤,刘晓波.基于VB6.0与单片机串行通信的数据采集系统设计[J].计算机应用,2004.