太阳能光伏控制器

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太阳能光伏控制器\n技术领域\n[0001] 本发明属太阳能发电装置领域，尤其涉及一种利用系统自带太阳能电池本身的光生伏打效应，随光强度的变化来自动实现控制负载接通/断开的太阳能光伏控制器。\n背景技术\n[0002] 太阳能作为一种新的能源形态，具有无限性及无地域应用限制等特点，可与常规电力系统匹配，成为各地区开发无污染、可持续发展新型能源的首选。\n[0003] 我国还有很多地区处于缺电状态，这些地区距离电网较远，用电分散，并网发电难度很大，特别是在旅游、边远地区，生活照明用电更加困难。而利用太阳能发电技术解决这一问题被认为是一种最佳的选择方案。目前，市场上已有很多太阳能充电器，但太阳能充电器的控制装置一般均采用普通模拟器件，用比较器简单的判断电池电压来控制蓄电池的过充及过放，并且很少有用温度补偿电路控制，由此降低了太阳能发电系统的性能，已经不能满足市场的需求。\n[0004] 在光伏发电系统中，铅酸蓄电池和充电控制器均是太阳能独立光伏系统中重要的部件之一。蓄电池可以存储太阳电池发出的不稳定、不连续的电能，保证光伏系统有稳定的输出。而充电控制器的优劣不但决定蓄电池的使用寿命，而且还直接影响光伏系统的电力输出。\n[0005] 这里值得一提的是，公知的小系统太阳能充电控制器智能化程度较低，带负载能力差。光控功能需要在控制系统中额外增加一个光敏二极管(光敏电阻)来实现的，而光敏二极管的严重非线性及受环境因素影响性能的不稳定性，特别是由于光敏二极管的很小的受光面，受灰尘覆盖等因素的影响较严重，致使控制器的工作可靠性低。光控灵敏度的和光控动作值很难实现可调性。同时控制系统没有有效利用对光有灵敏、稳定反应、具有足够大光接触面的太阳能电池，高科技产品的太阳能电池在系统中只能起到充电的作用，对光控电路不起作用。\n发明内容\n[0006] 本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种系统不受环境因素变化影响，工作可靠稳定，光控灵敏度及负载工作时间切入/退出点的调整幅度宽，调整步骤方便快捷，电源适用范围大，系统自身功耗低的太阳能光伏控制器。\n[0007] 为达到上述目的，本发明是这样实现的：\n[0008] 一种太阳能光伏控制器，它包括：太阳能电池、系统电源、中央集成处理器、光控电压取样电路、负载开关电路、直流负载、防反充保护电路、光控控制及灵敏度调整电路与控制电压调整电路；所述太阳能电池为系统电源提供能源兼作系统光控传感器；所述光控电压取样电路将太阳能电池采集信号送入中央集成处理器，经负载开关电路实现对直流负载的光控；所述防反充电路遇光照时向系统电源充电，同时经光控电压取样电路向光控控制及灵敏度调整电路提供高电平传感信号，使中央集成处理器发出控制信号关断负载，无光照时阻止系统电源向太阳能电池反充电，同时经光控电压取样电路向光控控制及灵敏度调整电路提供低电平传感信号，使中央集成处理器触发负载开关电路，接通负载；所述中央集成处理器为555集成电路；所述系统电源经控制电压调整电路为中央集成处理器提供控制电压；所述负载开关电路还配有负载开关电路保护电路；所述负载开关电路保护电路采用稳压二极管和保护二极管；所述防反充保护电路包括阻塞二极管；所述负载开关电路包括CMOS开关管；所述光控电压取样电路包括可调电阻；所述555集成电路的电压控制端设有稳压管和电阻串联电路；利用光控电压取样电路的分压电阻回路中的所述可调电阻及555集成电路电压控制端的稳压管和电阻串联电路参数调整实现光控灵敏度及负载工作时间切入点和退出点的调整。\n[0009] 由于系统核心部件采用了CMOS型555集成电路，使控制器的自身功耗降低，可以直接带动一定量的LED发光体。系统也可以利用555集成电路直接驱动单个或双管并联的CMOS开关管，从而方便地加大控制系统的带负载能力。采用太阳能电池作为传感器的光敏元件使控制系统不受环境条件的影响，提高了控制器的灵敏度及可靠性。利用可调电阻R4方便地实现了光控灵敏度的可控制性。采用系统本身的太阳能电池和一个集成电路实现了系统的自动光控。利用本系统的电压取样分压电阻电路中的可调电阻及555集成电路的控制电压的稳压及电阻串联电路参数调整均可以方便地改变光控的动作电压值，以满足不同场合负载的工作切入及退出时间。\n附图说明\n[0010] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列表述。\n[0011] 图1为本发明的系统原理框图；\n[0012] 图2为本发明另一种实施方式的系统原理框图；\n[0013] 图3为本发明的系统原理图。\n具体实施方式\n[0014] 如图1、2所示，太阳能光伏控制器，包括：太阳能电池、系统电源、中央集成处理器、光控电压取样电路、负载开关电路、直流负载；所述太阳能电池为系统电源提供能源兼作系统光控传感器；所述光控电压取样电路将太阳能电池采集信号送入中央集成处理器，经负载开关电路实现对直流负载的光控。本发明在上述电路结构的基础上还配有防反充保护电路、光控控制及灵敏度调整电路；所述防反充电路遇光照时向系统电源充电，同时经光控电压取样电路向光控控制及灵敏度调整电路提供高电平传感信号，使中央集成处理器发出控制信号关断负载，无光照时阻止电源系统向太阳能电池反充电，同时经光控电压取样电路向光控控制及灵敏度调整电路提供低电平传感信号，使中央集成处理器触发负载开关电路，开通负载。本发明还可配有控制电压调整电路；所述系统电源经控制电压调整电路为中央集成处理器提供控制电压。上述负载开关电路还配有负载开关电路保护电路。所述负载开关电路保护电路采用稳压二极管12和保护二极管13。本发明所述中央集成处理器采用555集成电路。所述防反充保护电路包括肖特基阻塞二极管5。所述负载开关电路包括CMOS开关管。所述控制电压调整电路包括稳压二极管10和电阻11。\n[0015] 本发明针对现有系统中存在的光敏二极管等问题，研制了利用系统太阳能电池代替光敏电阻做感光传感器，结合一个555集成电路实现了系统的光控功能。本发明利用系统中固有的太阳能电池本身光生伏打效应来控制负载的工作状态。使控制系统不受环境因素变化影响，工作可靠稳定。利用电压取样分压电阻回路中的可调电阻及555集成电路电压控制端的稳压管和电阻串联电路参数调整实现光控灵敏度及负载工作时间切入点和退出点的调整，调整范围宽，方便快捷。采用CMOS型555集成电路其电源电压适用范围宽可以和其他电路元件共用一个电源。CMOS集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，CMOS电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mW，动态功耗(在1MHz工作频率时)也仅为几mW。使控制系统稳定可靠，简化了线路元件。降低了系统的自身功耗。\n[0016] 如图3所示，太阳能电池组件1、阻塞二极管5和蓄电池2构成一个充电和夜间防止蓄电池反充电闭合的回路。其中稳压二极管3、可调电阻16和电阻4串联实现对太阳能电池电压的取样。可调电阻16可调端与555定时集成器的触发管脚2相连接实现控制信号的采样及光控灵敏度的调整功能。555集成电路放电端7、电容9、电阻6、可调电阻16和电阻4构成阻容放电回路。CMOS开关管14控制端与555集成电路输出端3相连，CMOS开关管输出与负载相连接。稳压二极管12与CMOS管栅极和漏极相并联。555集成电路8的管脚1为接地端。稳压二极管10与电阻11构成串联电路为555集成电路控制电压端管脚\n5提供控制电压，通过改变稳压管12稳压值可以改变555集成电路的上下触发电压的大小。\n管脚8为电源端与蓄电池的正极相连。555管脚4为复位端。555没有使用的管脚6为阈值电压端。\n[0017] 有光照时太阳能电池组件1经阻塞二极管5向蓄电池2充电，稳压二极管3与电阻4和可调电阻16的分压电压使555集成电路8的管脚2和管脚6呈高电平，555集成电路的输出端管脚3呈低电平。此时二极管13和CMOS管14不导通，无供电电压，负载15不工作。当自然光减弱时，太阳能电池组件1的电压随之下降，当降至蓄电池2的端电压时，阻塞二极管5截止，阻塞二极管5还具有防止蓄电池夜间或阴雨天对太阳能电池反充电功能，同时电容9通过电阻6、可调电阻16和电阻4放电，当电容9上的电压降至555集成电路电源电压VDD的1/3后，555被置位，管脚3转至高电平。由于555集成电路带负载能力强可以直接触发驱动CMOS管14导通，为直流负载15提供约等于蓄电池2的工作电压。其中稳压二极管12起保护CMOS管栅极，不被击穿的作用。利用可调电阻16滑动端实现光控灵敏度的调整。利用稳压管10与电阻11串联电路参数的改变也可改变光控动作电压值。\nCMOS管可以采用双管并联进一步提高带负载能力。二极管13为保护二极管保护CMOS开关管工作的安全性。\n[0018] 1、光控电压取样电路：为光控控制系统提供适当的电压范围同时又与光电池电压成正比(也就是与光强度成正比)的电压值。实现光控功能的信号电压的限定性传感取样，满足555集成电路工作要求。\n[0019] 2、光控控制及灵敏度调整电路：是为555集成电路提供一个动作电压及放电时间可调整的稳定放电电路。实现光控功能抗干扰能力及光控灵敏度调整。\n[0020] 3、555集成电路：是光伏控制器的核心部件，是通过汇总信息来实现各种控制功能指挥中心。本发明采用了一种CMOS型555集成电路，功耗低，带负载能力强，触发电压可调性、光控控制电压灵敏度可调性及两种功能联合调整功能，极大提高了本控制系统的工作灵活性和对不同工作条件的适应性。当然，根据实际控制需要，本发明也可以选择其它核心控制元件。\n[0021] 4、负载开关电路：采用CMOS类型的开关管，使得控制负载实现了低功耗快速的软开关功能。而且可以根据需要采用单管、双管或更多管子并联工作。控制负载能力加强了。\n[0022] 5、直流负载：采用安全高效的新型照明灯具。可以采用直流节能灯，高效节能的固体直流灯及LED直流灯。\n[0023] 6、系统电源：为负载提供稳定的直流电力，白天将太阳能电池由太阳能转化的电力存储起来，晚上自动供给负载照明。又作为光伏控制系统的工作电源。