一种家用安全高效离网光伏发电系统的制作方法

本发明涉及光伏应用技术领域，具体涉及一种家用安全高效离网光伏发电系统。

背景技术：

太阳能作为一种新能源，取之不尽，用之不竭，同时由于太阳能是一种洁净的能源，在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡，绝对不会造成污染和公害，因此在提倡环保的今天，广为被人们所青睐。

太阳能发电是一种常见的太阳能利用方式，现行的太阳能发电都采用大规模的发电站进行太阳能发电，大规模的太阳能发电站由于其规模大、成本高、占地面积大，只适用于公共用电发电，而不适用于普通家庭使用。而对于普通家庭来说，电费开支也成为其中不可省略的部分，对于部分家庭而言，更是成为了沉重的负担。特别是某些地广人稀的地方，由于公共资源还欠发达，很多地方都没有公共电力设施进行供电，因此根本无法使用电视、洗衣机、冰箱、电饭煲等现代流行、方便的家用电器，极大地限制了人们生活质量的提高。因此，寻找可以替代的可再生能源，减少常规能源的消耗，成为了人们一直渴望解决而尚未得到有效解决的难题。针对上述不足，急需一种家用电器的供电系统，使其成本低廉，并且便于携带、易搬运，以解决上述人们的生活难题。

另一方面离网光伏发电系统的应用，如太阳能庭院灯就采用每天一次充放电循环模式，即白天利用太阳能对储能电池充电，晚上利用储能电池放电实现照明。由于这种离网系统的所有电能消耗均完全取自于储能电池，这种每天一次充放电循环模式下，每组储能电池的平均使用寿命相对而言很短，如何有效的保护电池，防止过压过流现象对电池的损伤成为了重点关注的问题。此外用电安全也是近年来越来越受到关注的问题，如何最大可能的避免由于用电意外导致的人生财产安全受损，也是现今光伏发电系统需要面对的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种家用安全高效离网光伏发电系统，该离网光伏发电系统使光伏发电技术能应用于我国大多数家庭，停电后能提供备用电源，通过光能转化的电能为家庭生活提供所需电能，缓解了能源压力，降低了污染达到了节能环保的效果；另一方面本系统结构简单，使用更精确，具有稳定性高，安装方便，操作简单，特别适用于远离电网的区域或限电地区或者分散居住的乡村的日常供电；此外系统能实时远程监测光伏发电的相关参数，同时能够根据需要自动控制调节相关参数，监控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，具有较高的实用价值和较广泛的应用前景。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提供了一种家用安全高效离网光伏发电系统，包括：

主控模块、光伏组件模块、光伏控制模块、逆变器模块、蓄电池模块、充放电控制模块、数据采集模块、存储模块、显示报警模块、安全保护模块、无线通信模块、移动控制终端；

所述主控模块用于处理数据采集模块采集到的数据以及无线通信模块接收的移动控制终端发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动控制终端发出的信号对光伏控制模块、蓄电池模块、充放电控制模块、安全保护模块、存储模块、显示报警模块发出相应的指令信号；

所述光伏组件模块包括安装于屋顶的多个光伏发电子单元，用于接收太阳光中的光辐射能量并转化为电能，通过光伏控制模块一路经过充放电控制模块送入蓄电池模块存储，另一路通过逆变器模块转换成交流电输出供家用电器使用；

所述光伏控制模块根据主控模块发出的指令信号一方面调节光伏组件模块中每个光伏发电子单元的电流通断，从而调节光伏组件的发电输出功率；另一方面对输出功率在送入蓄电池存储和直接转化为交流电使用两路间进行合理分配；

所述逆变器模块为正弦波逆变器用于将光伏组件或者蓄电池模块输入的直流电转化为交流电输出，以供家用电器使用；

所述蓄电池模块包括蓄电池组和充电保护电路，所述充电保护电路与蓄电池组连接，用于保护电池且对电池实行智能充电，避免了过电流和过电压现象，有效提高了电池的使用寿命；

所述充放电控制模块根据主控模块发出的指令信号，一方面控制蓄电池模块合理的在充电和放电间进行切换，另一方面控制输出的电流在直接供给负载使用和通过逆变器转换为交流电使用两路间进行和例分配；

所述数据采集模块包括蓄电池数据采集模块、环境数据采集模块、负荷数据采集模块和光伏发电数据采集模块；所述蓄电池数据采集模块用于采集蓄电池组的电压、温度、电量以及充电状态数据；所述环境数据采集模块用于采集太阳光辐照度、环境温度以及环境湿度数据；所述负荷数据采集模块用于采集家庭用电负荷的消耗电能数据；所述光伏发电数据采集模块用于采集光伏组件的输出功率、输出电压以及输出电流数据；

所述存储模块用来存储数据采集模块采集的数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块调用；

所述显示报警模块用来实时显示环境数据、蓄电池数据、负荷数据、光伏发电数据信息，当数据超过预定阈值时可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警铃声；

所述安全保护模块用于根据主控模块发出的指令或者负载数据发生异常超过阈值时，及时断开发电系统的电流输出，达到了保护家用电器不受损害以及防止人身安全事故的作用；

所述无线通信模块用于向移动控制终端发送采集处理的相关参数数据或者接收移动控制终端的指令信息送入主控模块以供调用；

所述移动控制终端用于实时接收无线通信模块发送的相关数据，并可根据人为设定环境参数回传给无线通信模块送入主控模块进行处理。

优选地，所述主控模块为fpga微处理器、dsp微处理器、arm微处理器中的一种。

优选地，所述光伏发电子单元为薄膜式太阳电池板或多晶硅太阳能电池板中的一种。

优选地，所述移动控制终端包括移动智能设备和安装在设备上的光伏发电系统app模块；

所述移动智能设备为智能手环、智能手机、平板电脑中的一种。

优选地，所述蓄电池数据采集模块包括电压采样电路、温度传感器、电池容量采样电路、充电状态监测电路；所述环境数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器；所述负荷数据采集模块包括功率采样电路、电能消耗监测电路；所述光伏发电数据采集模块包括功率采样电路、电压采样电路、电流采样电路。

优选地，所述存储模块包括随机存储器模块、sd卡模块、usb接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述sd卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述usb接口模块方便导出复制数据。

优选地，所述显示报警模块包括led电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

优选地，所述无线通信模块为wifi通信模块。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明的家用安全高效离网光伏发电系统采用的光伏组件模块使用多个光伏发电子单元，将光伏组件的电流进行汇流，通过光伏控制模块控制汇流电流的流向，汇流电流一方面通过逆变器转换为交流电为家用电器工作电流，另一方面光伏发电产生的多余电能通过充放电控制模块装置存储在蓄电池中，在无光照的条件下，充放电控制模块控制蓄电池放电，提供给家用电器使用；另一方面系统采用的光伏控制模块，能够根据主控模块发出的指令信号调节光伏组件模块中每个光伏发电子单元的电流通断，从而调节光伏组件的发电输出功率，能够最大程度的提高光伏发电的效率，同时保护了系统电流的稳定持续性。

（2）本发明的家用安全高效离网光伏发电系统的主控模块采用了fpga微处理器、dsp微处理器、arm微处理器中的一种，其功耗较小、可靠性性较高、编程简单、效率较高、价格较低、数据处理速度较快，能够有效提高管控系统的灵敏度和可靠性，降低的能耗，节约了资源。

（3）本发明的家用安全高效离网光伏发电系统中采用了充电保护电路与蓄电池组连接，当蓄电池模块电压较低时，在设定的最大电流下充电，随着蓄电池模块电压的不断增加，充电电流随之减小，最终将蓄电池模块恒定在一个设定的电压值上，进行浮充，避免超出蓄电池模块的容量或出现虚满，避免了过电流和过电压现象，能够最大程度的保护电池，节约了资源，减少了能耗、延长了电池的使用寿命。

（4）本发明的家用安全高效离网光伏发电系统中采用的显示报警模块包括led电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器，能够使工作人员直观的掌握到光伏发电系统参数信息和温湿度信息，报警系统能够及时有效的引起外部人员的注意，并能根据危险等级进行语音播报和鸣笛警报，大大提高了整个管控系统的效率。

（5）本发明的家用安全高效离网光伏发电系统中采用的安全保护模块能够在负载发生异常或者人为需要时及时自动断开电流输出，最大程度的保护了人身财产安全。

（6）本发明的家用安全高效离网光伏发电系统采用的无线通信模块采用了wifi模块，能够实时的与移动控制终端进行通信，将光伏发电系统相关参数信息传送给移动控制终端，同时还能够接收移动控制终端的控制信号，大大提高了发明的系统的效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的一种家用安全高效离网光伏发电系统示意图；

图2为本发明的一种家用安全高效离网光伏发电系统的数据采集模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本实施例的一种家用安全高效离网光伏发电系统，包括

主控模块1、光伏组件模块2、光伏控制模块3、逆变器模块4、蓄电池模块5、充放电控制模块6、数据采集模块7、存储模块8、显示报警模块9、安全保护模块10、无线通信模块11、移动控制终端12；

所述主控模块1用于处理数据采集模块7采集到的数据以及无线通信模块11接收的移动控制终端12发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动控制终端12发出的信号对光伏控制模块3、蓄电池模块5、充放电控制模块6、安全保护模块10、存储模块8、显示报警模块9发出相应的指令信号；

所述光伏组件模块2包括安装于屋顶的多个光伏发电子单元，用于接收太阳光中的光辐射能量并转化为电能，通过光伏控制模块3一路经过充放电控制模块6送入蓄电池模块5存储，另一路通过逆变器模块4转换成交流电输出供家用电器使用；

所述光伏控制模块3根据主控模块1发出的指令信号一方面调节光伏组件模块2中每个光伏发电子单元的电流通断，从而调节光伏组件的发电输出功率；另一方面对输出功率在送入蓄电池存储和直接转化为交流电使用两路间进行合理分配；

所述逆变器模块4为正弦波逆变器用于将光伏组件或者蓄电池模块5输入的直流电转化为交流电输出，以供家用电器使用；

所述蓄电池模块5包括蓄电池组和充电保护电路6，所述充电保护电路6与蓄电池组连接，用于保护电池且对电池实行智能充电，避免了过电流和过电压现象，有效提高了电池的使用寿命；

所述充放电控制模块6根据主控模块1发出的指令信号，一方面控制蓄电池模块5合理的在充电和放电间进行切换，另一方面控制输出的电流在直接供给负载使用和通过逆变器转换为交流电使用两路间进行和例分配；

所述数据采集模块7包括蓄电池数据采集模块71、环境数据采集模块72、负荷数据采集模块73和光伏发电数据采集模块74；所述蓄电池数据采集模块71用于采集蓄电池组的电压、温度、电量以及充电状态数据；所述环境数据采集模块72用于采集太阳光辐照度、环境温度以及环境湿度数据；所述负荷数据采集模块73用于采集家庭用电负荷的消耗电能数据；所述光伏发电数据采集模块74用于采集光伏组件的输出功率、输出电压以及输出电流数据；

所述存储模块8用来存储数据采集模块7采集的数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块1调用；

所述显示报警模块9用来实时显示环境数据、蓄电池数据、负荷数据、光伏发电数据信息，当数据超过预定阈值时可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警铃声；

所述安全保护模块10用于根据主控模块1发出的指令或者负载数据发生异常超过阈值时，及时断开发电系统的电流输出，达到了保护家用电器不受损害以及防止人身安全事故的作用；

所述无线通信模块11用于向移动控制终端12发送采集处理的相关参数数据或者接收移动控制终端12的指令信息送入主控模块1以供调用。

所述移动控制终端12用于实时接收无线通信模块11发送的相关数据，并可根据人为设定环境参数回传给无线通信模块11送入主控模块进行处理；

本实施例中主控模块1为fpga微处理器。

本实施例中光伏发电子单元为薄膜式太阳电池板。

本实施例中移动控制终端12包括移动智能设备和安装在设备上的光伏发电系统app模块；

所述移动智能设备为智能手机。

本实施例中蓄电池数据采集模块71包括电压采样电路、温度传感器、电池容量采样电路、充电状态监测电路；所述环境数据采集模块72包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器；所述负荷数据采集模块73包括功率采样电路、电能消耗监测电路；所述光伏发电数据采集模块74包括功率采样电路、电压采样电路、电流采样电路。

本实施例中存储模块包括随机存储器模块、sd卡模块、usb接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述sd卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述usb接口模块方便导出复制数据。

本实施例中显示报警模块9包括led电子显示屏、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。

本实施例中无线通信模块11为wifi通信模块。

本发明的一种家用安全高效离网光伏发电系统使光伏发电技术能应用于我国大多数家庭，停电后能提供备用电源，将光能转化为家庭生活所需电能，一方面缓解了能源压力，降低了污染达到了节能环保的效果；另一方面本系统结构简单，使用更精确，具有稳定性高，安装方便，操作简单，特别适用于远离电网的区域或限电地区或者分散居住的乡村的日常供电。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。