专利名称：一种光伏电池直接向用电器直流回路供电的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光伏电池直接向用电器直流回路供电的系统。
背景技术：
太阳能作为一种绿色能源越来越受到世界各国的重视，其应用技术已成为新能源领域中重要的研究课题。独立光伏系统作为利用太阳能的最主要方式之一，具有广阔的发展前景和重要的意义。目前国内的光伏系统都是将光伏电池产生的直流电逆变市电，利用市电为用电器供电。其中逆变装置增加了独立光伏系统的成本且逆变过程有很大损耗。用户需求的功能来自于用电器的工作模块，只要用电器的工作模块正常工作，用户需求就是可以满足的。实际上，用电器内部会通过自身的电源模块将市电进行整流降压，重新转变为低压直流电为其工作模块供电，这个过程也存在一定损耗。这些转换过程无疑会大大降低太阳能的利用率，增加独立光伏系统的成本。在目前太阳能利用成本普遍偏高且利用率偏低的情况下，此类问题都亟待解决。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提出一种有效地解决方案，实现光伏电池直接向家用电器直流回路供电，在光伏电池输出不足情况下利用市电互补供电。该方案降低常规独立光伏系统的损耗和成本，提高太阳能利用率，互补切换过程可保证用电器处于不断电状态。所述系统能够实现较好技术效果。本实用新型的工作原理如下I)在白天光照充足时，DSP(Digital Signal Processor)检测光伏电池输出电压，控制DC/DC主电路将光伏电池产生的直流电转换后，直接向用电器工作模块供电端输出目标电压；控制储能模块中DC/DC充电电路向铅酸蓄电池充电电路提供充电电压。若遇到阳光瞬时减弱等情况，储能模块实现稳压功能。3)当白天结束光照减弱时，光伏电池的输出不能提供足够能量，DSP控制关闭储能模块中的DC/DC充电电路；控制DC/DC主电路正常工作，此时储能模块通过DC/DC主电路向用电器工作模块提供能量。4)当储能模块放电截止，切换控制器闭合市电供电开关，延时断开储能模块供电开关，同时DSP控制关闭DC/DC主电路。系统切换过程可保证负载不断电。切换完成后，用电器工作于利用市电通过用电器自身电源模块为工作模块供电的状态。5)当光照再次充足时，DSP控制DC/DC充电电路工作，光伏电池向储能模块充电。此时DC/DC主电路不工作，用电器仍工作于市电供电状态。6)当储能模块中铅酸蓄电池充电截止，切换控制器闭合储能模块供电开关，断开市电供电开关，同时DSP控制DC/DC主电路工作。切换结束后，系统重新回到利用光伏支路为用电器工作模块供电的状态。本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是该系统包括光伏电池、带有DSP开发板的DC/DC主电路及其充电电路、储能模块、切换控制器、用电器；储能模块包括铅酸蓄电池、铅酸蓄电池充电电路、二极管；光伏电池输出端通过二极管连接到DC/DC主电路输入端，同时并联到DC/DC充电电路输入端；DC/DC主电路输出端跳过用电器自身电源模块，直接连接到用电器内部工作模块的供电端；DC/DC充电电路输出端连接储能模块输入端，其输出端通过切换控制器连接到DC/DC主电路输入端；市电通过切换控制器连接到用电器自身电源模块的市电输入端。本实用新型的主要内容是提出将光伏电池直接向家用电器直流回路供电技术运用于独立光伏系统。其优点在于，由光伏电池输出的直流电经过DC/DC主电路可以达到用电器工作模块需求的额定电压，跳过用电器自身电源模块，直接向其工作模块供电。避免了常规独立光伏系统结构中逆变和整流两个过程，降低了独立光伏系统的成本，提高了太阳能利用率。若光伏支路中的光伏电池和储能模块不能提供足够的能量，系统可切换到市电供电状态，保证在长时间无光条件下用电器可以继续工作。光伏支路输出的电压和功率可根据不同的用电器需求而不同。若用电器工作模块需要正负电压供电，可以利用线性稳压芯片等很多方法将光伏支路输出端电压调节到满足负载需求，因此负载不受限制，可以是所有普通家用交流用电器。
图1是本实用新型的系统结构示意图。图2是本实用新型的储能模块结构示意图。图3是本实用新型的切换控制器电路图。图4是本实用新型的铅酸蓄电池充电电路图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细对本实用新型进行说明。1.系统构成系统结构图1所示，本实用新型主体由光伏供电支路和市电供电支路组成。光伏供电支路中，光伏电池输出经过DC/DC主电路，通过二极管连接到用电器工作模块。在光照充足时，光伏电池直接向用电器工作模块提供能量，储能模块中的铅酸蓄电池处于浮充状态，以实现稳定光伏电池输出电压的功能。储能模块结构如图2。DSP检测光伏电池输出电压，动态控制DC/DC充电电路工作占空比。若太阳光照不足，光伏电池输出不能达到负载需求时，则控制DC/DC充电电路停止工作，由储能模块向DC/DC主电路提供能量，保证用电器工作模块的正常工作，达到本专利所述的光伏支路可以独立并稳定的为用电器工作模块供电的效果。切换控制器结构如图3所示，核心是迟滞比较电路，其下限电压是储能模块放电截止电压，上限电压是储能模块充电截止电压。保证储能模块电压始终处于铅酸蓄电池正常的工作电压范围，可以有效延长储能模块中铅酸蓄电池的使用寿命。当储能模块放电截止时，切换控制器闭合市电供电开关，延迟断开储能模块供电开关，同时DSP控制DC/DC主电路停止工作。切换过程保证用电器处于不断电状态，切换结束后，系统工作于利用市电通过用电器自身电源模块为其工作模块供电的常规供电状态。从而形成光伏系统与市电互补供电的结构。当光照再次充足时，DSP控制DC/DC充电电路工作，光伏电池首先向储能模块充电。当储能模块电压达到充电截止电压时，切换控制器闭合储能模块供电开关，断开市电供电支路，同时DSP控制DC/DC主电路开始工作。DSP采样DC/DC主电路前端电压，动态调节DC/DC充电电路占空比，系统重新切换到光伏支路供电状态。图4是铅酸蓄电池充电电路，采用专用充电控制芯片，动态反馈铅酸蓄电池两端电压，控制大功率三极管将铅酸蓄电池充电过程分为三个阶段。充电过程首先为恒流充电；当铅酸蓄电池端电压达到充电截止电压的95%时，自动转换为恒压充电；当端电压达到充电截止电压时，转换为浮充状态。采用专用充电控制芯片可以精确的控制储能模块中铅酸蓄电池的充电过程，保证整个充电过程不会对其造成损伤，延长使用寿命，降低独立光伏系统的成本。由于采取上述方案，该独立光伏系统中的光伏支路包含储能模块，能够独立并稳定的为负载提供能量，可直接用于为用电器的工作模块供电，以实现用电器功能。光伏支路输出电压、功率都可以根据不同负载要求而不同。光伏电池输出不足时，可以切换利用市电互补供电，具有较好的供电效果。
权利要求1.一种光伏电池直接向用电器直流回路供电的系统，其特征在于该系统包括光伏电池、带有DSP开发板的DC/DC主电路及其充电电路、储能模块、切换控制器、用电器；储能模块包括铅酸蓄电池、铅酸蓄电池充电电路、二极管；光伏电池输出端通过二极管连接到DC/ DC主电路输入端，同时并联到DC/DC充电电路输入端；DC/DC主电路输出端跳过用电器自身电源模块，直接连接到用电器内部工作模块的直流供电端；DC/DC充电电路输出端连接储能模块的输入端，其输出端通过切换控制器连接到DC/DC主电路输入端；市电通过切换控制器连接到用电器自身电源模块的市电输入端。
专利摘要一种光伏电池直接向用电器直流回路供电的系统，包括光伏电池、带有DSP开发板的DC/DC主电路及其充电电路、储能模块、切换控制器、用电器；储能模块包括铅酸蓄电池、铅酸蓄电池充电电路、二极管；光伏电池输出端通过二极管连接到DC/DC主电路输入端，同时并联到DC/DC充电电路输入端；DC/DC主电路输出端跳过用电器自身电源模块，直接连接到用电器内部工作模块的直流供电端；DC/DC充电电路输出端连接储能模块的输入端，其输出端通过切换控制器连接到DC/DC主电路输入端；市电通过切换控制器连接到用电器电源模块的市电输入端；本实用新型降低了常规独立光伏系统的损耗和成本，提高了太阳能利用率。
文档编号H02J7/00GK202856424SQ20122059052
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者高源 , 陈希有, 王凯 申请人:大连理工大学