专利名称：登船桥太阳能光伏直流照明系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光伏太阳能照明系统，特别涉及一种用于登船桥上直流照明灯具的登船桥太阳能光伏直流照明系统。.
背景技术：
登船桥是提供给港口用以连接渡船和候船楼的一种封闭式通道，不仅为旅客提供了全天候、方便、快捷、舒适、安全的上、下渡船服务，也实现了旅客流动和码头车辆流动的立体交叉，可有效改善港口的管理秩序和提高服务效率。光伏照明系统是典型的“光伏+储能”系统，天气良好的白天光伏发电，所发电力向蓄电池充电，晚间蓄电池向用电负荷放电。针对直流照明灯具，如需利用市网交流电，则采用整流器进行交直流变换。在登船桥上应用太阳能光伏照明系统，其技术方案与楼宇室内照明系统存在一定的相通性，同时，也因为应用基础不同而存在局部的差异性。(1)登船桥使用方面登船桥是提供给港口用以连接渡船和候船楼的一种封闭式通道；(2)登船桥构造方面登船桥在空间结构上可以独立于候船楼和渡船，在系统的搭建上不会对港口自身功能的实现产生影响，即光伏系统为登船桥的从属系统，在生产上可为一体化实现；(3)光伏系统搭建方面登船桥可简化为一个四面箱体结构，其上表面及侧面没有过多的附属设备，从而可为安装太阳能电池板提供大量可有效利用的面积。而且光伏发电系统的其它附属设备所占空间均较小，对登船桥的结构强度和空间布置不会产生很大的影响；
实用新型内容本实用新型目的旨在从节能减排方面考虑，应用太阳能光伏技术为登船桥太阳能光伏直流照明系统。本实用新型采用的技术方案是一种登船桥太阳能光伏直流照明系统，该系统包括太阳能光伏电池组件、升压斩波器、蓄电池、整流器、控制系统、电源切换器(转换装置)和直流节能灯；其中，太阳能光伏电池组件由导线经逆流防止电路分两路供电，一路经升压斩波器、电源切换器向直流节能灯提供电源，一路经充放电控制器向蓄电池供电；在升压斩波器和充放电控制器之间设置控制系统，该控制系统又经数据线分别与太阳能光伏电池组件的输出端、电源切换器输入端相连；电源切换器通过整流器与220V交流电网相连。本实用新型所述的太阳能光伏电池组件选用额定输出功率75W的多晶硅太阳能电池组件，其开路电压22V、短路电流4. 7A、最大功率点输出电压17. 5V、最大功率点电流 4. 3A、外形尺寸 1172 X 541 X 35mm。本实用新型所述的太阳能光伏电池组件设有多块太阳能电池板，它们采用三层安装方式固定在登船桥箱体结构上，其中顶层固定不动，中间层和底层设计成可移动式结构， 每块太阳能电池板的四边角安装支撑柱加强支架。本实用新型所述的太阳能电池板的布置方式为伸缩式，采用转轮拉索式的伸缩机构；该伸缩机构的结构，由带有正反转马达的转轮、导轮和带有单向旋转马达的转轮组成， 它们通过牵引索线串联，其中带有单向旋转马达的转轮有两个，它们通过销轴分别活动装在底层太阳能电池板的左端、中间层太阳能电池板的右端上，导轮有两个，它们均有凹槽， 并且通过销轴分别活动装在侧壁上，带有正反转马达的转轮有一个，位于两个导轮之间，该转轮通过销轴活动装在隔层中。本实用新型中，蓄电池选用大容量蓄电池，其工作电压12V、容量200Ah，参考重量 121kg，外形尺寸 522 X 240 X 219mm。本实用新型中，充放电控制器为WS-C4860 60A型维尔仕太阳能控制器。其能够智能调节太阳能发电板的工作电压，使太阳能板始终工作在最大功率点，提高对太阳能板发电功率的利用率。其特征在于MCU(微处理控制器)具有PMW(脉冲宽频调制)0 100%可变占空比程序。根据电池类型及充电的实际情况，能从PV面板提供快速、最佳的充电电压及电流。具备过载保护、短路保护、反向放电保护、极性反接保护、雷电保护、欠压保护、过充保护。本实用新型中，整流器选用亚力AEC牌R2450-48V/50A型整流器。其整流器高频电子管型整流元件的大功率整流器，交流输入电压220V，直流输出电压48V，直流输出电流 50A，正向峰值电压275V反向重负峰值电压275V，反向重负峰值电流22mA，工作结温0 50 "C。本实用新型中，直流节能灯选用标号为3YQ的低压直流节能照明灯具。其节能照明灯额定电压48V、额定功率36W、灯头规格E27、形状螺旋形(2U、3U、4U型可选)、玻璃质灯罩型式为球形。灯具采用智能IC芯片，其功率误差< 5%，能在-40 70°C恶劣环境下正常工作，工作电压范围宽(-25 30%额定电压范围内)，可靠性高，平均寿命在12000小时以上。本实用新型中，电源切换器主要实现光伏电和市电之间的切换功能，通过控制系统转换照明负载的供电电源。本登船桥太阳能光伏直流照明系统优点1.厂家生产的时候直接集成光伏照明系统在登船桥箱体上。2.控制系统维护管理起来相对简单，太阳能电池板直接安装于登船桥设计安装面上，整个系统仅配置一个大容量蓄电池，从而避小容量的重复性投资，也可在一定程度上减轻蓄电池损坏或报废所造成的二次污染。3.采用直流灯具不需要采用逆变装置，太阳能光伏电池和蓄电池所提供的直流电可直接供给48V低压直流照明灯使用。4.登船桥上的太阳能电池板实际铺展面积可通过采用三层安装方式，并结合一种由转轴和导线组成的电池板伸缩机构对其移动部件加以控制。
图1是登船桥太阳能光伏照明系统的基本原理图[0024]图2是登船桥太阳能光伏照明系统示意简图图3是应用直流节能灯的登船桥太阳能光伏直流照明系统图4是伸缩式太阳能电池板布置方式简图图5是图4采用转轮拉索式的伸缩机构的局部放大图图中1.太阳能光伏电池组件；2.支撑柱；3.登船桥箱体结构；4.带有正反转马达的转轮；5.导轮；6.牵引索线；7.带有单向旋转马达的转轮。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明本实用新型提供的登船桥太阳能光伏照明系统，其设计原理如图1所示太阳能光伏系统将光辐射能转换为电能，根据所采用灯具的电制需求，通过控制系统将直流电转换为用于登船桥用电负载的直流电源。所述太阳能光伏系统为现有技术，其结构主要由太阳能电池组件、升压斩波器、充放电控制器等组成。所述控制系统为现有技术，其结构主要由控制电路、电源切换开关(电源切换器) 组成。本实用新型所涉及的登船桥太阳能光伏照明系统配有大容量蓄电池和电源切换开关，其可实现如下功用当光辐射能(太阳光)充足，光伏电能超出照明系统功率需求时， 则将电能存贮入蓄电池；当光辐射能不足或遇连续阴雨天，光伏电能不能有效满足照明系统功率需求时，则将供电电源切换至220伏市网。一、分布式登船桥太阳能光伏照明系统该分布式登船桥太阳能光伏照明系统的结构如图2所示其包括附加在登船桥的光伏照明系统及其独立控制系统，登船桥的主体结构没有改变。其功能的主要实施过程为 登船桥的照明灯具主要由太阳能光伏系统进行供电，当太阳能光伏系统电能供给不足、电压不稳时由控制系统进行切换，转由市电进行电力供应。在本实施例中分布式登船桥光伏照明系统的灯具及工作模式整合上，主要基于低压直流灯登船桥照明系统。所述光伏照明系统由电源和灯具组成。所述电源由太阳能光伏电池组件1提供。太阳能光伏电池组件1的结构如图4所示设有多块太阳能电池板，它们采用三层安装方式固定在登船桥箱体结构3上，其中顶层固定不动，中间层和底层设计成可移动式结构。每块太阳能电池板的四边角安装支撑柱2，用以加强支架的强度。图中箭头表示行走方向。上述太阳能电池板的布置方式为伸缩式太阳能电池阵列布置方式，可以采用转轮拉索式的伸缩机构实现。该伸缩机构的结构如图5所示，由带有正反转马达的转轮4、导轮 5和带有单向旋转马达的转轮7组成，它们通过牵引索线6串联。其中带有单向旋转马达的转轮7有两个，它们通过销轴分别活动装在底层太阳能电池板的左端、中间层太阳能电池板的右端上。导轮5有两个，它们均有凹槽，并且通过销轴分别活动装在侧壁上。带有正反转马达的转轮4有一个，位于两个导轮5之间，该转轮通过销轴活动装在隔层中。二、照明灯具系统该直流照明灯具系统的结构如图3所示其包括太阳能光伏电池组件、升压斩波器、蓄电池、整流器、控制系统、电源切换器(转换装置)和直流节能灯。其中，太阳能光伏电池组件由导线经逆流防止电路分两路供电，一路经升压斩波器、转换装置向直流节能灯提供电源，一路经充放电控制器向蓄电池供电。在升压斩波器和充放电控制器之间设置控制系统，该控制系统又经数据线分别与太阳能光伏电池组件的输出端、转换装置输入端相连。 转换装置通过整流器与220V交流电网相连。所述的太阳能光伏电池组件，其主要作用在于将太阳能转换为电能，即单块组件在标准环境下的额定输出功率751所述的升压斩波器，其主要作用在于将太阳能光伏电池组件输出的电压提升并稳定在直流48V。所述的整流器，其主要作用在于将市网220V交流电整流为48V交流电。所述的充放电控制器，其作用在于将太阳能光伏电池组件转化出的电能向蓄电池进行储存。所述的转换装置为电源切换器，其作为开关，在照明系统和不同供电源之间进行通断。所述的直流节能灯，其主要作用在于应用电能，转换为光能予以照明。上述部件均可以由市场上购买。所述的逆流防止电路为现有技术，主要由限流二极管和保险丝组成。本实施例提供的低压直流灯登船桥照明系统，其工作原理是充放电控制器对太阳能电池阵列的输出进行最大功率点跟踪控制，通过升压斩波器将光伏电稳定在直流48V， 并供给额定工作电压为48V的直流照明系统使用。优先采用光伏系统所提供的电力，若其电力不足，在控制系统的作用下，通过转换装置切换至由交流220V市电进行供电。其中，需要利用整流器将交流220V 50Hz的市电转换为直流48V。上述的实施例中所述的低压直流灯登船桥照明系统为现有技术，其中低压直流灯登船桥照明系统由标号为3YQ的低压直流节能照明灯具组成。本实用新型提供了下述的负载分析和光伏系统设计计算方法，以便更好地实现上述实施例。1.照明灯具的负荷计算以目前一般登船桥的配置为计算参考采用灯具的额定功率为36W，每桥34盏，每天工作10小时每桥每天功率消耗=36X34 = 12MW，按1300W/天计算。每天工作10小时计，设定输入电压取48V，也即逆变器的输入端电压和整流器的输出电压为48V:耗电量=1300WX10h= 13000ffh2.蓄电池容量计算优选的大容量蓄电池，其工作电压12V、容量200Ah 负载需求=13000Wh+ 48V = 270. 83Ah/ 天；初期评估最大自给天数为2天，蓄电池最大容许放电深度为80% 所需蓄电池容量=0天X270.83270.83Ah/天)+80%= 677.075Ah ；串联蓄电池数=48V +12V = 4 ；
6[0063]并联蓄电池数=677.075Ah + 200Ah = 3. 39 4 个；所述蓄电池数=4串X4并=16个。3.太阳能电池组件容量及面积计算优选额定输出功率75W的多晶硅太阳能电池组件，其开路电压22V、短路电流 4. 7A、最大功率点输出电压17. 5V、最大功率点电流4. 3A、外形尺寸1172 X 541 X 35mm。估算地域太阳能辐射强度平均值为3. 5kff · h，折算为标准辐射强度环境1000W、25°C，则其等效为3.5h (峰值)单个电池板每天输出=3. 5hX4. 3A = 15. 05Ah ；设定蓄电池库伦效率为90%，太阳能光伏电池输出衰减为10% 太阳能电池串联数=270.83Ah+(90% X 15. 05AhX90% ) = 22. 2 23 个；太阳能电池并联数=48V+17V 3个；所述电池板数=23串X3并=69个；安装面积=1. 172X0. 541X69 = 43. 75m2 45m2，约等值于三个登船桥顶部的面积之和，故需采用扩展安装面积的方式。4.工作模式本实用新型提供的三层太阳能电池阵列安装方式，当照明系统开启时，通过控制器控制带有单向旋转马达的转轮7，将可收缩的两层太阳能电池板展开；当照明系统关闭或登船桥移位时，通过控制器控制带有正反转马达的转轮4，将可收缩的两层太阳能电池板收进。本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。
权利要求1.一种登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，该系统包括太阳能光伏电池组件、 升压斩波器、蓄电池、整流器、控制系统、电源切换器和直流节能灯；其中，太阳能光伏电池组件由导线经逆流防止电路分两路供电，一路经升压斩波器、电源切换器向直流节能灯提供电源，一路经充放电控制器向蓄电池供电；在升压斩波器和充放电控制器之间设置控制系统，该控制系统又经数据线分别与太阳能光伏电池组件的输出端、电源切换器输入端相连；电源切换器通过整流器与220V交流电网相连。
2.如权利要求1所述的登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，所述的太阳能光伏电池组件选用额定输出功率75W的多晶硅太阳能电池组件，其开路电压22V、短路电流 4. 7A、最大功率点输出电压17. 5V、最大功率点电流4. 3A、外形尺寸1172 X Ml X 35mm。
3.如权利要求1所述的登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，所述的太阳能光伏电池组件(1)设有多块太阳能电池板，它们采用三层安装方式固定在登船桥箱体结构 (3)上，其中顶层固定不动，中间层和底层设计成可移动式结构，每块太阳能电池板的四边角安装支撑柱(2)加强支架。
4.如权利要求3所述的登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，所述的太阳能电池板的布置方式为伸缩式，采用转轮拉索式的伸缩机构；该伸缩机构的结构，由带有正反转马达的转轮、导轮(5)和带有单向旋转马达的转轮(7)组成，它们通过牵引索线(6)串联，其中带有单向旋转马达的转轮(7)有两个，它们通过销轴分别活动装在底层太阳能电池板的左端、中间层太阳能电池板的右端上，导轮(5)有两个，它们均有凹槽，并且通过销轴分别活动装在侧壁上，带有正反转马达的转轮(4)有一个，位于两个导轮( 之间，该转轮通过销轴活动装在隔层中。
5.如权利要求1所述的登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，所述的蓄电池选用大容量蓄电池，其工作电压12V、容量200Ah，参考重量121kg，外形尺寸 522X240X219mm。
6.如权利要求1所述的登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，所述的充放电控制器为WS-C4860 60A型维尔仕太阳能控制器。
7.如权利要求1所述的登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，所述的整流器选用亚力AEC牌R2450-48V/50A型整流器。
8.如权利要求1所述的登船桥太阳能光伏直流照明系统，其特征是，所述的直流节能灯选用标号为3YQ的低压直流节能照明灯具。
专利摘要一种登船桥太阳能光伏直流照明系统。该系统包括太阳能光伏电池组件、升压斩波器、蓄电池、整流器、控制系统、电源切换器和直流节能灯；其中，太阳能光伏电池组件由导线经逆流防止电路分两路供电，一路经升压斩波器、电源切换器向直流节能灯提供电源，一路经充放电控制器向蓄电池供电；在升压斩波器和充放电控制器之间设置控制系统，该控制系统又经数据线分别与太阳能光伏电池组件的输出端、电源切换器输入端相连；电源切换器通过整流器与220V交流电网相连。本该照明系统在光伏电能超出照明系统功率需求时，则将电能存贮入蓄电池；当光伏电能不能有效满足照明系统功率需求时，则将供电电源切换至220伏市网，有效地解决了利用太阳能给登船桥照明问题。
文档编号F21V17/10GK202182408SQ20112018927
公开日2012年4月4日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者严新平, 孙玉伟, 袁成清, 魏乔 申请人:武汉理工大学