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    太陽能與市電混合供電的“完美融合”
    發布時間:2019-12-23 21:56
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      1 引言

      經濟發展必然帶來一些“陣痛”,比如能源消耗,雖然人們的生活水平日益提高,但不可否認的是,全世界都在面臨著能源緊張的問題,各種資源的緊缺導致能源價格上漲,也在側面制約著國家經濟的發展。于是可再生能源開始成為人們研究和開發的對象,比如風能、潮汐能、地熱能等,其中,太陽能是發展最迅速的一種。因其應用領域廣泛。

      從我國情況來看,2/3以上國土面積的年日照時間在2200h以上,年輻射總量在502萬kJ/m2以上,為太陽能的利用創造了豐富的資源和有利條件。因此,如何將清潔能源太陽能融入人們的日常生活,就顯得尤為重要了。

      2 系統控制設計

      本系統結構框圖如圖1所示。

    系統控制設計圖

      系統包括太陽能電池供電電路、市電供電電路、蓄電池及其充電電路、單片機及其外圍電路等構成。太陽能電池的電流經電流檢測電路檢測大于30mA時(即陽光足夠強),單片機控制充電控制接入電源為太陽能電池經過DC/DC變換后電源,該電源向蓄電池充電。當單片機檢測到陽光較弱時,再檢測蓄電池電壓,若蓄電池電壓足夠高,有蓄電池向負載供電,系統停止向蓄電池充電;若若蓄電池電壓較低,市電經AC/DC 變換后經充電控制電路向蓄電池充電,再由蓄電池向負載供電。單片機及其外圍電路包括PICI6C71、按鍵電路、報警電路和液晶顯示電路。報警用系統工作異常報警、蓄電池欠壓報警等。為節省系統功耗采用液晶顯示電路顯示太陽能電池電流、蓄電池電壓、系統工作狀態等信息。
     

      本系統用太陽能電池將太陽能轉換成直流電后,經充電電路存儲到蓄電池,再經過放電電路,按不同的供電要求供給不同的直流負載。為保證系統正常工作,設計了檢測單元、保護單元、控制單元、顯示單元及報警單元等。為保持太陽能電池輸出功率最大,又考慮到蓄電池不同電量時的電流接受能力。提高蓄電池使用效率、延長蓄電池壽命,需要制定適應太陽能電池和蓄電池變化的充電策略,有效、科學地控制蓄電池的充、放電電流。本系統利用太陽能電池的輸出特性和蓄電池的充放電特性,對充電電路采取兩段不同策略的充電控制,即初充電和維持充電兩段。初充電時,蓄電池電量少,端壓處于下限值,但電流接受能力較大。此階段蓄電池的電流接受能力大于太陽能電池的輸出能力,可以采取快充;快充階段結束后,太陽能電池的輸出能力已超出蓄電池的接受能力,控制器將轉人維持充電階段。此時蓄電池采取浮充,即恒壓充電,以保持電量。此時充電電路需提供合適的浮充電壓。浮充電壓既要足夠大,以補償蓄電池的自放電電流;又不能過大,以免導致蓄電池內部因過充而發生化學成份的分解。在適當的浮充狀態下,能大大提高全封閉免維護鉛酸蓄電池穩定工作的壽命:且電壓即使只有5%的偏差,也會使蓄電池的壽命減半。

      另外要合理考慮溫度變化范圍,因為鉛酸蓄電池的電壓特性具有明顯的負溫度系數,充電器應根據蓄電池的溫度系數給予某種形式的補償。對蓄電池采用電流檢測來修正放電控制點,防止蓄電池深度放電。蓄電池的保護控制單元具有可調節的充電控制和過充、過放保護。蓄電池檢測單元能對蓄電池的電壓、電流和,溫度自動監測,并由電量顯示單元顯示出來。如有異常,報警單元及時報警。在系統中還設計了太陽能電池的電壓檢測、反接保護、接線錯誤報警及系統的過載保護和負載短路保護等。通過電流檢測電路、太陽能供電控制電路、充電控制電路、市電供控制電路、太陽能電池檢測電路、充電控制電路等模塊研究,對蓄電池電壓、太陽能電流等數據的采集和相應條件的設定,通過結果判斷來控制太陽能供電控制電路或市電供電控制電路的輸入;將供電裝置用作電動門窗、路燈、戶外廣告牌裝置的動力。

      由于本系統采用兩路供電,保證在長期陰雨天氣時由市電供電,晴天時由太陽能供電,起到環保、節能的效果,真正把環保節約型能源應用于民用,打破了自動門窗行業、路燈、戶外廣告牌裝置利用市電作為唯一供電來源的狀況,又有效解決了太陽能又可能因為長期陰雨天氣而無法使用的情況,真正做到惠于民又利于國。

      3 軟件設計

      系統軟件流程如圖2所示。本系統軟件采用模塊化設計,所有控制量集中處理,并在RAM 中建立各控制量的映射,以便各功能模塊的編程及修改。為提高系統穩定性,在軟件上采取了諸多措施,如軟件冗余、軟件陷阱、看門狗等。

      該流程圖工作過程如下:

    流程圖

      (1)上電初始化,設置好單片機各特殊功能寄存器的初始值,各狀態量的初始值。

      (2)蓄電池電壓u的檢測;

      (3)太陽能電池電流檢測;

      (4)當蓄電池電壓大于等于26V時,說明蓄電池處于飽合狀態,PIC16C71單片機向充電控制電路發出信號,市電、太陽能電池均不向蓄電池充電;

      (5)當蓄電池電壓小于26V時,且檢測電路測定電流大于等于30mA時,PICI6C71單片機向充電控制電路發出指令,太陽能電池經經DC/DC 變換器輸出后向蓄電池充電;

      (6)當太陽能電池電流小于30mA時,PIC16C71單片機啟動市電經AC/DC 變換器后經充電控制電路向蓄電池充電。

      4 結語

      本文將太陽能與市電有機結合,設計了一款市場前景廣大的供電裝置,完美融合了這兩者。該裝置具有充電功能,充電電流符合太陽能的電流性能,并能保證蓄電池的使用壽命,可以方便安裝在電動門控產品、路燈、戶外廣告牌等各種場所。此外,本裝置也可作為無線傳感設備的電源,還能進行逆變成市電供家用電器使用。

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