一种太阳能供电系统的制作方法

1.本实用新型属于太阳能供电技术领域，具体涉及一种太阳能供电系统。


背景技术：

2.近年来随着光伏行业的发展，光伏系统生产成本降低、技术应用日趋成熟，光伏能源已成为最具发展潜力的清洁可再生能源，因此世界各国对于光伏发电的研究开发已经上升到战略高度。光伏系统可应用于生活、生产、自然灾害应急、军事等多种领域，为各种无电或缺电场合提供电源，是应用非常广泛的供电系统，光伏系统具备环保、可持续发展、使用价值高等优势，具有非常好的发展前景。
3.在传统的太阳能供电系统中，多个太阳能电池板串联起来，连结到一个光伏逆变器的直流输入端，经过逆变后，电能输送到电网上。然而，这种方式存在着当一个串联太阳能电池板被阴影遮挡或者光照不均时，该串分支的电能收集效率也随之下降的问题，降低整体输出的功率。同时，太阳能电池板和蓄电池作为太阳能供电系统中的关键部件，现有技术中缺乏对其有效全面的监控和管理，移动终端无法在远程实时监控太阳能电池板和蓄电池的工作状态，同时也难以快捷有效地在由众多的太阳能电池板组成的光伏矩阵中定位到损坏或者失效的太阳能电池板。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在解决上述技术问题。
5.为此，本实用新型目的在于提供一种性能可靠的太阳能供电系统，能够实现对蓄电池和各个太阳能电池板实时监控管理的同时提高系统的供电效率。
6.本实用新型所采用的技术方案为：
7.一种太阳能供电系统，包括若干个太阳能电池板、若干个微型逆变器、配电箱、储能变流器、蓄电池、第一数据采集分析模块、第二数据采集分析模块、服务器和移动终端，所述太阳能电池板与微型逆变器的数量相同，每个太阳能电池板的输出端与对应的微型逆变器的输入端电连接，每个太阳能电池板的输出端还均与第二数据采集分析模块电连接，每个微型逆变器的输出端均连接到配电箱，所述配电箱通过储能变流器与蓄电池电连接，所述蓄电池与第一数据采集分析模块电连接，所述第一数据采集分析模块和第二数据采集分析模块均与服务器通讯连接，所述服务器与移动终端通讯连接。
8.进一步地，所述第一数据采集分析模块包括第一电压采集电路、第一电流采集电路、第一无线通讯模块和第一控制器；所述第一电压采集电路、第一电流采集电路和第一无线通讯模块均与第一控制器电连接，所述第一电压采集电路和第一电流采集电路还均与蓄电池电连接，所述第一无线通讯模块与服务器通讯连接。
9.进一步地，所述第二数据采集分析模块包括第二电压采集电路、第二电流采集电路、第二无线通讯模块和第二控制器；所述第二电压采集电路、第二电流采集电路和第二无线通讯模块均与第一控制器电连接，所述第二电压采集电路和第二电流采集电路均与太阳
能电池板的输出端电连接，所述第二无线通讯模块与服务器通讯连接。
10.进一步地，所述微型逆变器包括直流变换模块、mppt控制模块和逆变模块，所述mppt控制模块、逆变模块和太阳能电池板均与直流变换模块电连接，所述逆变模块与配电箱电连接。
11.进一步地，所述太阳能供电系统还包括若干个dc
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dc转换器，dc
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dc转换器的数量与太阳能电池板相同，每个太阳能电池板分别通过不同的dc
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dc转换器与对应的微型逆变器电连接。
12.进一步地，所述太阳能供电系统还包括电量显示模块，所述电量显示模块与第一数据采集分析模块电连接。
13.进一步地，所述储能变流器包括dc/ac双向变流器、控制单元和can接口，所述dc/ac双向变流器分别与配电箱、蓄电池和控制单元电连接，所述控制单元通过can接口与第一数据采集分析模块通讯连接。
14.进一步地，所述太阳能供电系统还包括市电电网和用户负载，所述市电电网和用户负载均与配电箱电连接。
15.进一步地，所述配电箱设有汇流器和避雷器，所述汇流器的进线端与微型逆变器的输出端电连接，所述汇流器的出线端分别与市电电网和用户负载电连接，所述避雷器的高压端与汇流器的进线端电连接，所述避雷器的低压端连接有监测仪。
16.进一步地，所述配电箱设有若干个运行指示灯，所述运行指示灯的数量与太阳能电池板相同，每个运行指示灯与不同的微型逆变器的输出端对应连接，所述运行指示灯用于显示对应太阳能电池板的工作状态。
17.本实用新型的有益效果为：
18.本实用新型提供了一种太阳能供电系统，通过为每个太阳能电池板配备一个微型逆变器，使系统工作在最大功率点，即便其中一个微型逆变器出现故障，其他太阳能电池板的能量转换仍能进行，提升了整个系统的稳定性和转换效率；本实用新型中的第一数据采集分析模块与蓄电池连接，可实时监控蓄电池的工作状态，第二数据采集分析模块与太阳能电池板连接，可实时监控每个太阳能电池板的工作状态，任一太阳能电池板出现故障均能被有效识别，同时将第一数据采集分析模块和第二数据采集分析模块与服务器通讯连接，使得移动终端可通过服务器在远程对系统的运行状态进行监控和管理。
19.本实用新型的其他有益效果将在具体实施方式中进行详细说明。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本实用新型的结构示意图。
22.图2是第一数据采集分析模块、蓄电池和服务器的结构示意图。
23.图3是第二数据采集分析模块、太阳能电池板和服务器的结构示意图。
24.图4是微型逆变器、太阳能电池板和配电箱的结构示意图。
25.图中：1
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太阳能电池板；2
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微型逆变器；201
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直流变换模块；202
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mppt控制模块；203
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逆变模块；3
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配电箱；4
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市电电网；5
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用户负载；6
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储能变流器；7
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蓄电池；8
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第一数据采集分析模块；801
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第一电压采集电路；802
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第一电流采集电路；803
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第一控制器；804
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第一无线通讯模块；9
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第二数据采集分析模块；901
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第二电压采集电路；902
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第二电流采集电路；903
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第二控制器；904
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第二无线通讯模块；10
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服务器；11
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移动终端；12
‑
dc
‑
dc转换器。
具体实施方式
26.以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
27.在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。
28.此外，本文中记载的技术特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。
29.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。
30.实施例1
31.如图1所示，本实施例提供一种太阳能供电系统，包括若干个太阳能电池板1、若干个微型逆变器2、配电箱3、储能变流器6、蓄电池7、第一数据采集分析模块8、第二数据采集分析模块9、服务器10和移动终端11，太阳能电池板1与微型逆变器2的数量相同，每个太阳能电池板1的输出端与对应的微型逆变器2的输入端电连接，每个太阳能电池板1的输出端还均与第二数据采集分析模块9电连接，其中第二数据采集分析模块9用于实时监控每个太阳能电池板1的工作状态；每个微型逆变器2的输出端均连接到配电箱3，配电箱3还通过储能变流器6与蓄电池7电连接，将太阳能电池板1转换而来的电能存储在蓄电池7中，蓄电池7作为备用电源可以在系统功率不足或市电停电时投入使用；蓄电池7还与第一数据采集分析模块8电连接，第一数据采集分析模块8用于实时监控太阳能电池板1的工作状态；同时第一数据采集分析模块8和第二数据采集分析模块9均与服务器10通讯连接，服务器10用于和移动终端11通讯连接。
32.本实施例提供的一种太阳能供电系统，通过为每个太阳能电池板1配备一个微型逆变器2，使系统工作在最大功率点，即便其中一个微型逆变器2出现故障，其他太阳能电池板1的能量转换仍能进行，提升了整个系统的稳定性和转换效率，解决了当一个串联型太阳能电池板被阴影遮挡或者光照不均时，该串分支的电能收集效率也随之下降的问题；同时第一数据采集分析模块8与蓄电池7连接，可实时监控蓄电池7的工作状态，第二数据采集分析模块9与太阳能电池板1连接，可实时监控每个太阳能电池板1的工作状态，任一太阳能电池板1出现故障均能被有效识别，将第一数据采集分析模块8和第二数据采集分析模块9与
服务器10通讯连接，使得移动终端11可通过服务器10在远程对系统进行监控和管理。
33.在本实施例中，如图2所示，第一数据采集分析模块8包括第一电压采集电路801、第一电流采集电路802和第一控制器803；第一电压采集电路801和第一电流采集电路802均与蓄电池7电连接，第一电压采集电路801和第一电流采集电路802用于采集蓄电池7的状态信息；第一控制器803分别与第一电压采集电路801和第一电流采集电路802电连接，第一控制器803用于分析接收、处理并存储蓄电池7的状态信息，本实施例需要说明的是，第一控制器803可对蓄电池7的充放电进行管理，即根据蓄电池7的电压确定充电方式(直充或pwm即脉宽调制式充电)，蓄电池7达到充满阈值时，自动停止充电；根据蓄电池7的环境温度来调整充满阈值；在蓄电池7降低到欠压阈值时自动停止放电。作为其中的一个优选方案，第一控制器803的型号为c8051f330，c8051f330是一款完全集成的混合信号片上系统型mcu(微控制单元)，内置高速流水线结构的cip一51内核、768字节片内ram和8kb可在系统编程的flash存储器、17个i/o端口、4个通用的16位定时器、可编程计数器/定时器阵列(pca)及其他数字资源。因此，这款mcu可完全满足本实施例的使用需求。进一步地，采用mosfet(金属
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氧化物半导体场效应晶体管)控制蓄电池7的充放电。蓄电池7充电时，控制蓄电池7充电的充电mosfet的栅极由第一控制器803的一个i/o口控制，当蓄电池7电压低于直充阈值时，第一控制器803跳过pca，直接输出一个高电平信号打开充电mosfet，使太阳能电池板1不间断地向蓄电池7充电，蓄电池7电压超过直充阈值后，第一控制器803接人pca，改为pwm方式充电。充电的脉宽随着蓄电池7电压的升高而逐渐变窄，达到充电上限后，再次跳过pca，输出一个低电平，完全关断充电；蓄电池7放电时，控制蓄电池7放电的放电mosfet的栅极由第一控制器803的另外一个i/o口控制，蓄电池7的电压低于欠压阈值时，第一控制器803输出关断信号，停止放电，高于恢复阈值时，输出开启信号。
34.在本实施例中，如图3所示，第二数据采集分析模块9包括第二电压采集电路901、第二电流采集电路902和第二控制器903；第二电压采集电路901和第二电流采集电路902均与太阳能电池板1的输出端电连接，用于采集太阳能电池板1的状态信息；第二控制器903与第二电压采集电路901和第二电流采集电路902电连接，第二控制器903用于接收、处理并存储太阳能电池板1的状态信息，作为其中的一个优选方案，第二控制器903的型号为c8051f330，具体地，第二控制器903在对太阳能电池板1的状态信息进行分析处理时，会根据太阳能电池板1的不同分组分别进行记录，当采集到的某一太阳能电池板1的数据异常时，通过与相邻太阳能电池板1的数据进行对比，数据异常的持续时间超过设定的时间阈值时，判断该太阳能电池板1出现故障，并将该故障信息上传服务器10，在保证太阳能电池板1的数据全面的同时便于故障的排查与记录。
35.在本实施例中，如图2、3所示，第一数据采集分析模块8还包括第一无线通讯模块804，第一数据采集分析模块8通过第一无线通讯模块804与服务器10通讯连接，第一数据采集分析模块8用于上传蓄电池7的状态信息；第二数据采集分析模块9还包括第二无线通讯模块904，第二数据采集分析模块9通过第二无线通讯模块904与服务器10通讯连接，第二数据采集分析模块9用于上传太阳能电池板1的状态信息，移动终端11可通过服务器10在远程对系统进行监控和管理。
36.在本实施例中，如图4所示，微型逆变器2包括直流变换模块201、mppt控制模块202和逆变模块203，mppt控制模块202、逆变模块203和太阳能电池板1均与直流变换模块201电
连接，逆变模块203与配电箱3电连接。其中mppt控制模块202用于调节太阳能电池板1保持在最佳工作效率，具体地，mppt控制模块202通过检测微型逆变器2的主回路直流电压及输出电流，计算出由太阳能电池板1组成的光伏阵列的输出功率，从而实现对最大功率点的追踪。
37.在本实施例中，太阳能供电系统还包括若干个dc
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dc转换器12，dc
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dc转换器12的数量与太阳能电池板1相同，每个太阳能电池板1分别通过不同的dc
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dc转换器12与对应的微型逆变器2电连接，作为其中的一个优选方案，dc
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dc转换器12为升降压型dc/dc转换器，不同光照强度下太阳能电池板1通过dc
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dc转换器12输出稳定的电压，改善太阳能电池板1输出的电源性能。
38.在本实施例中，太阳能供电系统还包括市电电网4和用户负载5，市电电网4和用户负载5均与配电箱3电连接，需要说明的是，在太阳能供电系统正常运行时，在微型逆变器2的作用下，系统工作在最大功率点，在满足用户负载5的功率需求的前提下，多余部分的电量通过储能变流器6存储到蓄电池7中；在太阳能供电系统应故停机时，由市电电网4直接向用户负载5供电；在太阳能供电系统功率不足，市电电网4停电时，将蓄电池7存储的能量提供给用户负载5。本实施例需要进一步说明的是，储能变流器6包括dc/ac双向变流器、控制单元和can接口，dc/ac双向变流器分别与配电箱3、蓄电池7和控制单元电连接，控制单元通过can接口与第一数据采集分析模块8通讯连接，具体地，控制单元通过can接口接收来自用户的控制指令，根据控制指令控制dc/ac双向变流器实现对蓄电池7充电或放电的调节。储能变流器6通过can接口与第一数据采集分析模块8通讯连接，获取蓄电池7的状态信息，可实现对蓄电池7的保护性充放电，确保电池运行安全。
39.在本实施例中，太阳能供电系统还包括电量显示模块，电量显示模块与第一数据采集分析模块8电连接，并根据第一数据采集分析模块8采集到的电压电流信息转化为蓄电池7的电量信息，便于用户查看；在本实施例中，配电箱3设有汇流器和避雷器，汇流器的进线端与微型逆变器2的输出端电连接，汇流器的出线端分别与市电电网4和用户负载5电连接，避雷器的高压端与汇流器的进线端电连接，避雷器的低压端连接有监测仪，一旦出现异常高电压，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护设备绝缘不被破坏，监测仪则用于记录避雷器的过电压动作次数。
40.在本实施例中，配电箱3设有若干个运行指示灯，运行指示灯的数量与太阳能电池板1相同，每个运行指示灯与不同的微型逆变器2的输出端对应连接，运行指示灯用于显示对应太阳能电池板1的工作状态，在太阳能电池板1损坏或者发生故障时，对应运行指示灯熄灭，便于维修人员快速查找故障点，提高检修效率。
41.以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
42.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些
修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
43.本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。