專利名稱：太陽能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽能(光伏)發(fā)電獨(dú)立系統(tǒng)控制技術(shù)，特別與 一種太陽能控制器有關(guān)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化的發(fā)展，全球可利用的煤炭、石油等不可再生資源儲(chǔ) 存量迅速減小，由于其產(chǎn)生需要億萬年的累積，且還要求有適宜的外 界環(huán)境，因此對(duì)于可再生資源的利用越來越受到重視，而太陽能就是 一種普遍且永不枯竭的可再生資源。
對(duì)太陽能的一種應(yīng)用，就是使用太陽能板為蓄電池充電，將太陽 能轉(zhuǎn)化為電能用蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存，再利用蓄電池放電至負(fù)載，為負(fù)載 提供電能。而現(xiàn)有為蓄電池充電的太陽能控制器，用開關(guān)將太陽能板 與蓄電池相連，太陽能板置于室外，將采集到的太陽能轉(zhuǎn)化為電能， 儲(chǔ)存到蓄電池中。
然而，上述控制器結(jié)構(gòu)存在著對(duì)太陽能利用率較低的缺陷，據(jù)不 完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)天氣為陰天、雨天、雪天或光線低照度(如早上、傍晚
等)時(shí)，太陽能板所產(chǎn)生的電能約為額定輸出功率的1/20甚至更低， 而在太陽能獨(dú)立系統(tǒng)中通常搭配的蓄電池容量約為太陽能板額定輸 出電流的10倍，這樣，太陽能板產(chǎn)生的電流就約為蓄電池標(biāo)稱容量 (Nominal capacity)的1/200甚至更低。而當(dāng)對(duì)蓄電池的充電電流 小于1/100C時(shí)，蓄電池吸收到的充電電流大大減小，由于蓄電池的 充電過程是化學(xué)反應(yīng)，在微小電流進(jìn)行充電時(shí)效果較差，甚至無法將 這么小的電能充進(jìn)蓄電池中，從而導(dǎo)致太陽能板產(chǎn)生的電能白白浪 費(fèi)，還會(huì)因蓄電池?zé)o法及時(shí)得到充電而損壞，縮短其使用壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的，在于提供一種太陽能控制器，其有效利 用太陽能板產(chǎn)生的電能，提高太陽能板的使用效率。
本實(shí)用新型的次要目的，在于提供一種太陽能控制器，其不會(huì)對(duì) 蓄電池造成損壞，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是 一種太陽能控制器，包括太陽能板、電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)組、
DC/DC轉(zhuǎn)換器、超級(jí)電容器和邏輯控制器；開關(guān)組包括開關(guān)I、開關(guān)
II和開關(guān)III;太陽能板經(jīng)電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)I與DC/DC轉(zhuǎn)換器
相連；超級(jí)電容器的正極并接開關(guān)n、開關(guān)m，再經(jīng)由該開關(guān)n、開
關(guān)m并接在開關(guān)I的兩端，超級(jí)電容器的負(fù)極接地；邏輯控制器與電
壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)組和超級(jí)電容器連接，接收來自電壓電流檢測(cè) 模塊的電壓電流數(shù)據(jù)，并檢測(cè)超級(jí)電容器的電壓值，控制開關(guān)組工作。
上述邏輯控制器還與DC/DC轉(zhuǎn)換器連接并控制DC/DC轉(zhuǎn)換器工作。
上述開關(guān)組中開關(guān)i和開關(guān)n的等電位端合并而采用單刀雙擲 開關(guān)，開關(guān)ni采用單刀單擲開關(guān)。
上述太陽能板為太陽能電池模組。
上述超級(jí)電容器為高能量密度與高功率密度的超級(jí)電容、金屬氧 化物電容、金電容或大電容的鋁電解電容器。
上述DC/DC轉(zhuǎn)換器為升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器或升降壓轉(zhuǎn)換器。
上述升壓轉(zhuǎn)換器為變壓器、低功率脈沖式升壓電路或電荷泵升壓 電路。
采用上述方案后，本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的太陽能控制器電路中增加 了用以存儲(chǔ)太陽能板產(chǎn)生微小電能的超級(jí)電容器，并且配置了電壓電 流檢測(cè)模塊、開關(guān)組和邏輯控制器，當(dāng)光照強(qiáng)烈、太陽能板產(chǎn)生的電 能足以為蓄電池正常充電時(shí)，超級(jí)電容器并不接入電路中，沒有進(jìn)行
工作，不影響太陽能板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；而當(dāng)光線較差(天氣陰暗) 時(shí)，太陽能板無法為蓄電池提供標(biāo)稱容量的電能，此時(shí)將超級(jí)電容器 與太陽能板接通，并斷開太陽能板與DC/DC轉(zhuǎn)換器的連接，即太陽能 不直接向蓄電池進(jìn)行充電，而是先將太陽能板產(chǎn)生的電能輸入超級(jí)電 容器中，由于超級(jí)電容器的充電是物理特性，不存在和蓄電池一樣的 化學(xué)反應(yīng)，故而可在微小電流時(shí)對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電，將微小電能 累積起來，到達(dá)一定程度時(shí)，再接通超級(jí)電容器與DC/DC轉(zhuǎn)換器，通 過DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，此時(shí)超級(jí)電容器可以為蓄電池提 供標(biāo)稱容量的電能，從而大大提高太陽能板的使用效率，避免在陰暗 天氣時(shí)太陽能板產(chǎn)生的小電能被白白浪費(fèi)，而且，如此超級(jí)電容器對(duì) 蓄電池充電，不會(huì)對(duì)蓄電池產(chǎn)生損壞，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。


圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1所示是本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，包括太陽
能板l、電壓電流檢測(cè)模塊2、開關(guān)組3、 DC/DC (Direct Current, 直流)轉(zhuǎn)換器5、超級(jí)電容器6和邏輯控制器7。
太陽能板1為太陽能電池模組，根據(jù)所連接的蓄電池4所需的電 壓與電流，將一個(gè)以上太陽能電池串聯(lián)或并聯(lián)而成。太陽能板l一般 置于室外，位于采光較好的位置，用于將收集到的太陽光能經(jīng)光電轉(zhuǎn) 換后轉(zhuǎn)換為電能，并輸出至隨后的電壓電流檢測(cè)模塊2。
電壓電流檢測(cè)模塊2的作用是檢測(cè)太陽能板1輸出的電壓值Vpv 及電流值Ipv，并將測(cè)得的數(shù)值輸送到相連的邏輯控制器7。
開關(guān)組3包括開關(guān)I 、開關(guān)II和開關(guān)III，太陽能板1通過電壓電 流檢測(cè)模塊2與開關(guān)組3相連。為了減少元器件數(shù)量，避免雜亂的連 線關(guān)系，并減少控制回路及控制信號(hào)數(shù)量，使邏輯控制器7控制更簡(jiǎn) 單，本實(shí)施例將開關(guān)I和開關(guān)II的等電位端合并而采用單刀雙擲開關(guān)
3l代替開關(guān)i和開關(guān)n，開關(guān)m則采用單刀單擲開關(guān)32，且單刀雙
擲開關(guān)31和單刀單擲開關(guān)32均為電子開關(guān)。
電壓電流檢測(cè)模塊2與單刀雙擲開關(guān)31的公共端311相連，單 刀雙擲開關(guān)31的一個(gè)端子312連接至DC/DC轉(zhuǎn)換器5，單刀雙擲開 關(guān)31的此部分起幵關(guān)I的作用。單刀雙擲開關(guān)31的另一個(gè)端子313 與超級(jí)電容器6的正極相連，單刀雙擲開關(guān)31的此部分起開關(guān)II的 作用。而超級(jí)電容器6的負(fù)極接地。超級(jí)電容器6指低內(nèi)阻、高功率、 高電容量的電容器，可作為電能暫時(shí)儲(chǔ)存器，本案中是將由太陽能板 1傳送的微小電能累積起來，再為蓄電池4供電，此處超級(jí)電容器6 可以是高能量密度與高功率密度的超級(jí)電容、金屬氧化物電容、金電 容或大電容的鋁電解電容器，在本實(shí)施例中，選用超級(jí)電容。超級(jí)電 容器6的正極還與DC/DC轉(zhuǎn)換器5之間串接單刀單擲開關(guān)32，根據(jù) 邏輯控制器7的控制信號(hào)，控制超級(jí)電容器6與DC/DC轉(zhuǎn)換器5之間 電路的通斷。
DC/DC轉(zhuǎn)換器5后接蓄電池4 (此處可以是鎳鎘電池、鎳氫電池、 鋰離子電池、鋰高分子電池或鉛酸電池等可充電電池)，用于將超級(jí) 電容器6儲(chǔ)存的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，向蓄電池4進(jìn)行充電。此處DC/DC轉(zhuǎn) 換器5可以根據(jù)具體情況，選用升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器或升降壓轉(zhuǎn) 換器，其中，升壓轉(zhuǎn)換器還可以是變壓器、低功率脈沖式升壓電路或 電荷泵升壓電路，在本實(shí)施例中，選用變壓器；此外，DC/DC轉(zhuǎn)換器 5還可根據(jù)邏輯控制器7的控制信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)載(此處即指蓄電 池4)的電阻，電路中的電流隨之改變，從而改變負(fù)載兩端的電壓， 進(jìn)而調(diào)整太陽能板l的輸出電壓，藉以獲得最大功率。
邏輯控制器7與電壓電流檢測(cè)模塊2、開關(guān)組3和超級(jí)電容器6
相連，接收來自電壓電流檢測(cè)模塊2的電壓值Vpv和電流值Ipv，同時(shí) 檢測(cè)超級(jí)電容器6的電壓值Ve，并將上述數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，再 根據(jù)比較結(jié)果控制相連的開關(guān)組3閉合或斷開，此處的設(shè)定值是指根
據(jù)所連接的蓄電池4的型號(hào)和種類，分別為太陽能板1及超級(jí)電容器 6設(shè)定的能夠?qū)π铍姵?進(jìn)行充電而不會(huì)損壞蓄電池4的最小電壓值 和電流值。邏輯控制器7還與DC/DC轉(zhuǎn)換器5相連，產(chǎn)生脈寬調(diào)制脈 沖，增加或減少DC/DC轉(zhuǎn)換器5的工作周期值，從而使DC/DC轉(zhuǎn)換器 5動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)載的電阻。在本實(shí)施例中，邏輯控制器7選用微處理器 (采用MICROCHIP公司的PIC18F1230或功能及性能相似的芯片)。 本實(shí)用新型充電使用時(shí)，首先由電壓電流檢測(cè)模塊2檢測(cè)在當(dāng)時(shí) 天氣下太陽能板1的輸出電壓值Vpv和輸出電流值IPV，并將檢測(cè)到的 數(shù)據(jù)信息輸送到邏輯控制器7，由邏輯控制器7將數(shù)據(jù)信息與設(shè)定值 進(jìn)行比較。
若輸出電壓值Vpv和輸出電流值Ipv大于設(shè)定值，則說明太陽能板 1提供的電能可以被蓄電池4充分利用，此時(shí)邏輯控制器7對(duì)開關(guān)組 3進(jìn)行控制，使單刀雙擲開關(guān)31的公共端311與端子312閉合，并 斷開單刀單擲開關(guān)32，太陽能板1經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器5與蓄電池4 導(dǎo)通，而超級(jí)電容器6并不接入充電回路中。邏輯控制器7、電壓電 流檢測(cè)模塊2及DC/DC轉(zhuǎn)換器5構(gòu)成MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率點(diǎn)跟蹤)電路，用MPPT控制方法對(duì)蓄電池4進(jìn)
行充電o
若電壓電流檢測(cè)模塊2檢測(cè)到的太陽能板1的輸出電壓值Vpv與 輸出電流值Ipv小于邏輯控制器7中儲(chǔ)存的設(shè)定值，則邏輯控制器7 對(duì)開關(guān)組3進(jìn)行控制，使單刀雙擲開關(guān)31的公共端311與端子313 閉合，單刀單擲開關(guān)32仍舊斷開，太陽能板1和超級(jí)電容器6導(dǎo)通， 太陽能板1和超級(jí)電容器6都與DC/DC轉(zhuǎn)換器5斷開。此時(shí)，太陽能 板1產(chǎn)生的電能進(jìn)入超級(jí)電容器6，由超級(jí)電容器6將太陽能板1產(chǎn) 生的微小電能積累起來，超級(jí)電容器6的電壓同時(shí)受邏輯控制器7檢
測(cè)，并由邏輯控制器7將檢測(cè)到的電壓值Vc:與設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)檢
測(cè)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，邏輯控制器7向開關(guān)組3發(fā)出控制信號(hào)，閉合單 刀單擲開關(guān)32，將超級(jí)電容器6通過DC/DC轉(zhuǎn)換器5與蓄電池4接 通，利用超級(jí)電容器6積累的電能，以較大的輸出電流通過DC/DC轉(zhuǎn) 換器5向蓄電池4進(jìn)行充電，并由DC/DC轉(zhuǎn)換器5動(dòng)態(tài)調(diào)整蓄電池4 的內(nèi)阻；當(dāng)超級(jí)電容器6的電壓放電至低于設(shè)定值時(shí)，邏輯控制器7 再次向開關(guān)組3發(fā)出控制信號(hào)，將單刀單擲開關(guān)32斷開，由太陽能 板1對(duì)超級(jí)電容器6進(jìn)行新一輪充電，待超級(jí)電容器6的電壓值Vc 再達(dá)到設(shè)定值，邏輯控制器7又向開關(guān)組3發(fā)出控制信號(hào)，閉合單刀 單擲開關(guān)32，超級(jí)電容器6通過DC/DC轉(zhuǎn)換器5與蓄電池4接通，
將超級(jí)電容器6積累的電能又以較大的輸出電流通過DC/DC轉(zhuǎn)換器5 向蓄電池4進(jìn)行充電……以此循環(huán)進(jìn)行充電放電。
這樣，本實(shí)用新型利用超級(jí)電容器6將太陽能板1產(chǎn)生的微小電 能積累起來，再對(duì)蓄電池4進(jìn)行充電，大大提高了太陽能板l的使用 效率，避免了充電電能小于蓄電池4標(biāo)稱容量1/100時(shí)而造成充電效 果差甚至無法充電的缺陷，且不會(huì)對(duì)蓄電池4造成損壞， 一定程度上 延長(zhǎng)了蓄電池4的使用壽命。另一方面，當(dāng)光照充足時(shí)，將超級(jí)電容 器6與充電回路完全斷開，超級(jí)電容器6并不工作，因此不會(huì)造成損 耗，也會(huì)在一定程度上延長(zhǎng)超級(jí)電容器6的使用壽命。
以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí) 用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基 礎(chǔ)上所做的等同變化，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種太陽能控制器，其特征在于包括太陽能板、電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)組、DC/DC轉(zhuǎn)換器、超級(jí)電容器和邏輯控制器；開關(guān)組包括開關(guān)I、開關(guān)II和開關(guān)III；太陽能板經(jīng)電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)I與DC/DC轉(zhuǎn)換器相連；超級(jí)電容器的正極并接開關(guān)II、開關(guān)III，再經(jīng)由該開關(guān)II、開關(guān)III并接在開關(guān)I的兩端，超級(jí)電容器的負(fù)極接地；邏輯控制器與電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)組和超級(jí)電容器連接，接收來自電壓電流檢測(cè)模塊的電壓電流數(shù)據(jù)，并檢測(cè)超級(jí)電容器的電壓值，控制開關(guān)組工作。
2、 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于所述邏輯控制器還與DC/DC轉(zhuǎn)換器連接并控制DC/DC轉(zhuǎn)換器工作。
3、 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于所述開關(guān)組中開關(guān)i和開關(guān)n的等電位端合并而采用單刀雙擲開關(guān)，開關(guān)m采 用單刀單擲開關(guān)。
4、 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于所述太陽能板為太陽能電池模組。
5、 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于所述超級(jí) 電容器為高能量密度與高功率密度的超級(jí)電容、金屬氧化物電容、金 電容或大電容的鋁電解電容器。
6、 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于所述DC/DC轉(zhuǎn)換器為升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器或升降壓轉(zhuǎn)換器。
7、 如權(quán)利要求6所述的太陽能控制器，其特征在于所述升壓轉(zhuǎn)換器為變壓器、低功率脈沖式升壓電路或電荷泵升壓電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種太陽能控制器，包括太陽能板、電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)組、DC/DC轉(zhuǎn)換器、超級(jí)電容器和邏輯控制器；開關(guān)組包括開關(guān)I、開關(guān)II和開關(guān)III；太陽能板經(jīng)電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)I與DC/DC轉(zhuǎn)換器相連；超級(jí)電容器的正極并接開關(guān)II、開關(guān)III，再經(jīng)由該開關(guān)II、開關(guān)III并接在開關(guān)I的兩端，超級(jí)電容器的負(fù)極接地；邏輯控制器與電壓電流檢測(cè)模塊、開關(guān)組和超級(jí)電容器連接，接收來自電壓電流檢測(cè)模塊的電壓電流數(shù)據(jù)，并檢測(cè)超級(jí)電容器的電壓值，控制開關(guān)組工作。此結(jié)構(gòu)能夠有效利用太陽能板產(chǎn)生的電能，提高太陽能板的使用效率，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/35GK201194339SQ20082010216
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者夏海洋, 皓 王, 陳伏團(tuán) 申請(qǐng)人:王 皓;陳伏團(tuán);夏海洋