一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電裝置、電量檢測系統(tǒng)、逆變器組、互投開關(guān)和蓄電池，所述太陽能發(fā)電裝置與電量檢測系統(tǒng)相連，用于進行光伏發(fā)電；所述逆變器組與電量檢測系統(tǒng)相連，用于將太陽能發(fā)電裝置或者蓄電池供給的直流電轉(zhuǎn)成交流電；所述與用電器相連的互投開關(guān)連接于市電以及逆變器組，用于太陽能供電和市電供電兩路電源的靈活切換；所述存儲了太陽能發(fā)電量的蓄電池與電量檢測系統(tǒng)相連，用于夜間照明和應急照明。該系統(tǒng)可以通過在市電供電和太陽能供電模式之間靈活切換進行科學管理用電，并能夠在提高電能轉(zhuǎn)化效率的同時還可以將多余的發(fā)電量儲存起來，從而最大限度的利用太陽能節(jié)能。
【專利說明】—種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其涉及了一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展，以石油、天然氣和煤炭為主的有限的化石能源正逐步消耗。太陽能資源由于其分布廣泛、可再生、無污染等特性已成為公認的理想替代資源。目前，國內(nèi)外的相關(guān)科研、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)部門都在積極致力于太陽能相關(guān)設(shè)備的研究和開發(fā)，并取得了相當?shù)某删团c發(fā)展，如高層建筑的太陽能與建筑的一體化、太陽能電動汽車等。太陽能建筑是最具發(fā)展?jié)摿Φ膶嵱妙I(lǐng)域，將太陽能被動式與主動式應用結(jié)合起來使用，與建筑一體化設(shè)計是太陽能建筑的重中之重，將達到較好的節(jié)能和使用效果，但是由于太陽能發(fā)電受環(huán)境因素(如溫度，光照等因素)較大，純粹地只是依賴太陽能發(fā)電來保障生活用電是不現(xiàn)實的，所以嚴格意義上的太陽能建筑在發(fā)展上受到很大制約。雖然太陽能資源具有無污染、無噪音、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點，太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但目前仍存在轉(zhuǎn)換效率低且價格昂貴等問題。為此，在目前太陽能技術(shù)條件的前提下，如何更有效的利用能源資源也是一大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的就在于提供了一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過在市電供電和太陽能供電模式之間靈活切換進行科學管理用電，并能夠在提高電能轉(zhuǎn)化效率的同時還可以將多余的發(fā)電量儲存起來，從而最大限度的利用太陽能節(jié)能。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電裝置、電量檢測系統(tǒng)、逆變器組、互投開關(guān)和蓄電池，所述太陽能發(fā)電裝置與電量檢測系統(tǒng)相連，用于進行光伏發(fā)電；所述逆變器組與電量檢測系統(tǒng)相連，用于將太陽能發(fā)電裝置或者蓄電池供給的直流電轉(zhuǎn)成交流電；所述與用電器相連的互投開關(guān)連接于市電以及逆變器組，用于太陽能供電和市電供電兩路電源的靈活切換；所述存儲了太陽能發(fā)電量的蓄電池與電量檢測系統(tǒng)相連，用于夜間照明和應急照明；所述互投開關(guān)保證在太陽能供電不足的情況下，用電支路上的電氣由市電可靠工作。
[0005]作為一種優(yōu)選方案，所述的電量檢測系統(tǒng)包括AVR ATmega32A單片機、太陽能發(fā)電量檢測器、光合太陽能充電控制器、1602液晶顯示器、鍵盤，所述AVR ATmega32A單片機與太陽能發(fā)電量檢測器、光合太陽能充電控制器、1602液晶顯示器以及鍵盤相連，所述太陽能發(fā)電量檢測器與太陽能發(fā)電裝置相連；所述光合太陽能充電控制器連接于太陽能發(fā)電裝置、蓄電池以及逆變器組。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，所述太陽能發(fā)電量檢測器包括電壓衰減電路、電壓放大電路、霍爾電流傳感器。[0007]作為一種優(yōu)選方案，還包括由互投開關(guān)、電器組成的用電支路，所述的逆變器組中一個逆變器連接一個用電支路。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述蓄電池為直流電源或者通過電源逆變的220V交流電。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0010]1.主控制芯片采用了 AVR ATmega32A單片機，由于AVR單片機自身具有的一些特性，避免了諸如ADC轉(zhuǎn)換芯片等的多余復雜轉(zhuǎn)換電路以及其引起的額外電量消耗。
[0011 ] 2.電量檢測系統(tǒng)中采用了霍爾電流傳感器，霍爾電流傳感器能夠無損耗的轉(zhuǎn)換電流電壓，也能夠避免額外電量的消耗。
[0012]3.可以在復雜條件下輸出最大功率,進而能夠輸出最大量的電能。
[0013]4.可以靈活的市電供電和太陽能發(fā)電供電模式中進行切換，可以避免各種突發(fā)情況造成的用電緊缺。
[0014]5.整個系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、耐用可靠且避免額外的功率消耗，最大程度的利用太陽能資源，減少市電消耗和碳排放。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是用電智能調(diào)配系統(tǒng)框圖；
[0016]圖2是正常光照條件下流程圖；
[0017]圖3是光照變化條件下流程圖；
[0018]圖4是電量檢測以及充電控制電路原理圖一；
[0019]圖5是電量檢測以及充電控制電路原理圖二 ；
[0020]圖6是電量檢測以及充電控制電路原理圖三；
[0021]圖7是電量檢測以及充電控制電路原理圖四；
[0022]圖8是電量檢測以及充電控制電路原理圖五；
[0023]圖9是用電智能調(diào)配系統(tǒng)simulink仿真圖；
[0024]圖10是光照變化(1KW-0.8KW)條件下的電流、電壓和功率跟蹤曲線；
[0025]圖11是光照驟變(1KW-0.5KW)條件下的電流、電壓和功率跟蹤曲線。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0027]實施例:如圖1所示，一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電裝置、電量檢測系統(tǒng)、逆變器組、互投開關(guān)和蓄電池，所述太陽能發(fā)電裝置與電量檢測系統(tǒng)相連，用于進行光伏發(fā)電；所述逆變器組與電量檢測系統(tǒng)相連，用于將太陽能發(fā)電裝置或者蓄電池供給的直流電轉(zhuǎn)成交流電；所述與用電器相連的互投開關(guān)連接于市電以及逆變器組，用于太陽能供電和市電供電兩路電源的靈活切換；所述存儲了太陽能發(fā)電量的蓄電池與電量檢測系統(tǒng)相連，用于夜間照明和應急照明；所述互投開關(guān)保證在太陽能供電不足的情況下，用電支路上的電氣由市電可靠工作；所述的電量檢測系統(tǒng)包括AVR ATmega32A單片機、太陽能發(fā)電量檢測器、光合太陽能充電控制器、1602液晶顯示器、鍵盤，所述AVRATmega32A單片機與太陽能發(fā)電量檢測器、光合太陽能充電控制器、1602液晶顯示器以及鍵盤相連，所述太陽能發(fā)電量檢測器與太陽能發(fā)電裝置相連；所述光合太陽能充電控制器連接于太陽能發(fā)電裝置、蓄電池以及逆變器組；所述太陽能發(fā)電量檢測器包括電壓衰減電路、電壓放大電路、霍爾電流傳感器；所述的逆變器組中一個逆變器連接一個用電支路；所述蓄電池也可為直流電源或者通過電源逆變的220V交流電。具體實施時，正常光照條件下，太陽能光伏發(fā)電進行供電，當非正常光照條件下，依然使用市電進行供電，在市電和太陽能供電之間進行切換，充分合理使用太陽能發(fā)電。如圖2、圖3所示，假定該用戶用電器包括洗浴水箱(保溫)、全自動洗衣機、電飯煲、柜式空調(diào)、壁掛空調(diào)(若干臺)、應急照明等；可以合理設(shè)計若干條用電支路，為簡單起見，每一用電器采用一條支路，應急照明采用一條支路。通常，系統(tǒng)大致可分為正常光照模式、光照變化模式以及光照驟變模式。其中，在各種模式下又可以根據(jù)不同用戶需求對家用電器的優(yōu)先級順序進行設(shè)計。正常光照條件下系統(tǒng)首先進行用電優(yōu)先權(quán)的設(shè)置，假定洗浴水箱級別最高，依次是全自動洗衣機、電飯煲、柜式空調(diào)、壁掛空調(diào)，應急照明在檢測到市電供電停電時，優(yōu)先級別轉(zhuǎn)為最高。當發(fā)電量檢測器檢測出太陽能發(fā)電裝置輸出的電量后，據(jù)此發(fā)電量，單片機控制器根據(jù)用電優(yōu)先權(quán)選擇太陽能供電支路，其他支路仍然為市電供電。例如，當前太陽能發(fā)電裝置電量輸出為4KW，去除蓄電池充電IKW (假設(shè))，而洗浴水箱加熱器為2KW，洗衣機為1KW，電飯煲為0.75KW，那么可以選擇洗浴水箱、洗衣機兩個支路為太陽能供電，其他支路為市電供電；如果蓄電池電量充滿、洗衣機工作完畢，可以選擇電飯煲、其中一個壁掛空調(diào)器工作；如果蓄電池充電、洗浴水箱、洗衣機、電飯煲工作完成后，可以選擇柜式空調(diào)和若干壁掛空調(diào)工作，這樣使太陽能分別以電能、熱能、冷空氣等形式能量存儲或提供給用戶使用。當遇到突發(fā)原因(如光照變化或者驟變時)時，太陽能發(fā)電裝置輸出電量急劇變化，這可能會導致如水箱溫度未達到指定溫度即停止工作、洗衣機工作過程中停止運行、電飯煲尚未完成工作便停止運行或者空調(diào)啟動過程中驟然停止。此時將采取市電供電電路進行供電，以解決未完成的任務。如圖4所示，電量檢測電路由電源模塊、I/V模塊、V/V模塊以及1602LCD顯示電路構(gòu)成，充電控制電路的核心是MPPT控制器，在外界環(huán)境溫度和光照不斷變化的復雜情況下，它決定著蓄電池充電的效率，MPPT控制器模塊包含五個模塊:太陽能電池板，BUCK DC/DC模塊，單片機PWM輸出控制模塊，PWM驅(qū)動模塊，蓄電池，其中PWM驅(qū)動模塊驅(qū)動單片機進行輸出控制。如圖5所示，Simulink仿真圖主要有太陽能光伏電池仿真模塊、MPPT仿真模塊、PWM仿真模塊、Boost電路仿真模塊等。如圖6所示，參考電池參數(shù)為開路電壓42V、短路電流4.5A、峰值電壓34V、峰值電流4A，在光照變化(1KW-0.8KW)后，系統(tǒng)能夠快速響應、并穩(wěn)定在一定值。如圖7所示，在光照驟變(1KW-0.5KW)后，系統(tǒng)同樣能夠快速響應并穩(wěn)定在一定值。通過三端穩(wěn)壓集成電路(L7815、L7915)來提供+15V和-15V電壓。由于太陽能電池是不能直接供給蓄電池的，一是因為這樣不能充分利用太陽能電池所發(fā)電能，二是對蓄電池有害，所以采用降壓式變換器電路。
[0028] 最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制性技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，那些對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，其特征在于:所述智能調(diào)配系統(tǒng)包括太陽能發(fā)電裝置、電量檢測系統(tǒng)、逆變器組、互投開關(guān)和蓄電池，所述太陽能發(fā)電裝置與電量檢測系統(tǒng)相連，用于進行光伏發(fā)電；所述逆變器組與電量檢測系統(tǒng)相連，用于將太陽能發(fā)電裝置或者蓄電池供給的直流電轉(zhuǎn)成交流電；所述與用電器相連的互投開關(guān)連接于市電以及逆變器組，用于太陽能供電和市電供電兩路電源的靈活切換；所述存儲了太陽能發(fā)電量的蓄電池與電量檢測系統(tǒng)相連，用于夜間照明和應急照明。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，其特征在于:所述的電量檢測系統(tǒng)包括AVR ATmega32A單片機、太陽能發(fā)電量檢測器、光合太陽能充電控制器、1602液晶顯示器、鍵盤，所述AVR ATmega32A單片機與太陽能發(fā)電量檢測器、光合太陽能充電控制器、1602液晶顯示器以及鍵盤相連，所述太陽能發(fā)電量檢測器與太陽能發(fā)電裝置相連；所述光合太陽能充電控制器連接于太陽能發(fā)電裝置、蓄電池以及逆變器組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能發(fā)電量檢測器包括電壓衰減電路、電壓放大電路、霍爾電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，其特征在于:還包括由互投開關(guān)、電器組成的用電支路，所述的逆變器組中一個逆變器連接一個用電支路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能發(fā)電的小用戶用電智能調(diào)配系統(tǒng)，其特征在于:所述蓄電池為直流電源或者通過電源逆變的220V交流電。
【文檔編號】H02J9/02GK203761131SQ201420129175
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】李鵬, 沈孝龍, 錢銀 申請人:南京信息工程大學