太陽能誘蟲燈光伏發(fā)電系統(tǒng)

1、整體設(shè)計思路
     依據(jù)太陽能誘蟲燈的基本結(jié)構(gòu)及原理所述本系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo),本研究的核心研究內(nèi)容就是進(jìn)行基于太陽能誘蟲燈的光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(包括發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計、充放電控制設(shè)計、逆變電路設(shè)計、光控電路設(shè)計、升壓電路設(shè)計等)。一般光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計流程如圖2.3所示。光伏發(fā)電系統(tǒng)總的設(shè)計原則是在保證滿足負(fù)載用電需要的前提下,確定最少的太陽電池組件和蓄電池容量,以盡量減少投資,即同時考慮可靠性及經(jīng)濟(jì)性。本誘蟲燈是完全基于太陽能電池組件轉(zhuǎn)化的電能來供電的,故在進(jìn)行設(shè)計時,太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計是本設(shè)計的要點。在設(shè)計太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)時,我們要考慮以下兩方面因素:
      第一,與設(shè)計有關(guān)的參數(shù),如負(fù)載功率、連續(xù)陰雨天數(shù)等；
      第二,主要外圍器件或電路的選型和設(shè)計,如蓄電池的容量大小、太陽能電池組件的功率大小、充放電控制電路的設(shè)計、逆變電路的設(shè)計、升壓電路的設(shè)計等。

2、各功能部分設(shè)計思路
(1)確定與設(shè)計有關(guān)的參數(shù)
1.1、太陽能誘蟲燈使用地的經(jīng)度與緯度。
      我們首先要了解太陽能誘蟲燈使用的地理位置,通過地理位置我們可以了解并掌握當(dāng)?shù)貧庀筚Y源,比如年平均太陽能輻照量、氣溫高低、風(fēng)力大小等。根據(jù)這些數(shù)據(jù),我們可以確定當(dāng)?shù)氐奶�陽能�?biāo)準(zhǔn)峰值時數(shù)(h)和太陽電池組件的方位角與傾斜角
1.2、負(fù)載的功率
       在整個發(fā)電系統(tǒng)中,負(fù)載主要有升壓網(wǎng)和誘蟲燈具兩部分來組成,負(fù)載功率的大小直接影響著整個系統(tǒng)的參數(shù)。
1.3、太陽能誘蟲燈每天晚上工作的時間(H)。
       通過負(fù)載的工作時間可以確定光伏發(fā)電系統(tǒng)中組件的大小,這是一個極其重要的參數(shù)"通過確定工作時間,可以初步確定負(fù)載每天的功耗與太陽電池組件的充電電流的匹配或關(guān)系。
1.4、太陽能誘蟲燈需要保持的連續(xù)陰雨天數(shù)(d)。
        蓄電池容量的大小及陰雨天過后恢復(fù)電池容量所需要的太陽電池組件功率是通過這個參數(shù)來決定的。
1.5、確定兩個連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù)(D)。
        連續(xù)陰雨天間隔的時間決定了整個系統(tǒng)在一個連續(xù)陰雨天過后下一個連續(xù)陰雨天到來之前對蓄電池充滿電所需要的電池組件功率。
(2)主要外圍器件的選型和控制、逆變、升壓電路設(shè)計思路
2.1、太陽電池組件的選型
        在考慮電池組件的選型時要依據(jù)系統(tǒng)容量考慮所選電池組件的類型、工作電壓、最大輸出功率等參數(shù)。
a)類型
        太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換為電能"有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池等三種類型。單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定,南方的陰雨天較多、并且陽光不是很充足,故此類型比較適合。多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝比較簡單,價格比單晶硅的低,東西部地區(qū)陽光充足,雨水少,此種類型適合使用。非晶硅太陽能電池適合用于對太陽光照條件要求比較低的環(huán)境。
b)工作電壓
        太陽能電池組件的工作電壓約為蓄電池工作電壓的1.5倍,才能保證給蓄電池正常充電。如給6v蓄電池充電需要用8一9V太陽能電池組件;給12V蓄電池充電需要用15一18V太陽能電池;給24V蓄電池充電需用33一36V太陽能電池。
c)最大輸出功率
         最大輸出功率又稱最佳輸出功率,是指太陽能電池組件在正常工作或測試條件下的最大輸出功率,也就是峰值電流與峰值電壓的乘積:Pm=1mxUm,峰值功率的單位為瓦。太陽能電池的峰值功率取決于太陽幅照度、太陽光譜分布和組件的溫度等。
2.2、蓄電池選擇
        蓄電池在白天將太陽能電池板所發(fā)出的電儲存起來,到了夜晚或光照度低時釋放出來供負(fù)載使用。在選擇本誘蟲燈系統(tǒng)的儲能設(shè)備一蓄電池時要從類型、容量、蓄電池連接方式上進(jìn)行選擇和設(shè)計。
a)類型選擇
        鉛酸(CS)蓄電池:適于低溫高倍率放電,能量比偏低,是目前采用較多的一類蓄電池。其優(yōu)點是:價格低,密封免維護(hù)"但有鉛酸污染,隨著蓄電池工藝和其他類型的出現(xiàn),此類型蓄電池會逐步淘汰。
        鎳福(Ni一Cd)蓄電池:此種蓄電池放電倍率高!低溫性能好,并且循環(huán)壽命長,適合小型電能存儲系統(tǒng)采用"但在使用時,要注意防止鍋污染。
        鎳氫(Ni一Il)蓄電池:此種蓄電池也可高倍率放電,并且低溫性能好,價格便宜,基本無污染,是一種綠色環(huán)保電池"很適合于小型系統(tǒng)采用,即容量有限。
        目前廣泛采用的有普通鉛酸蓄電池!免維護(hù)鉛酸蓄電池和堿性鎳福蓄電池三種。
b)容量選擇
        蓄電池容量的大小對整個供電系統(tǒng)有決定性的影響,若蓄電池容量過小,則不能滿足夜晚照明的需要;若容量過大,則蓄電池始終處在虧電狀態(tài),對蓄電池壽命有較大影響,況且也造成浪費。建議蓄電池容量(Ah)與負(fù)載容量(Ah)之比控制在在3一6倍左右為宜(連續(xù)陰雨天數(shù)較少的地區(qū)可控制在3一4倍左右,連續(xù)陰雨天較多地區(qū)控制在5~6倍左右)。
c)蓄電池聯(lián)結(jié)
        蓄電池可進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)連接,串聯(lián)可提高蓄電池供電電壓和容量,而并聯(lián)連接可提高蓄電池的蓄電能力"但在并聯(lián)連接時,要考慮防止有的蓄電池虧電,有的滿電的不平衡影響。并且并聯(lián)組數(shù)不宜超過4組"同時也要注意蓄電池防盜。
2.3、控制器設(shè)計思路
       太陽能殺蟲燈的運行狀態(tài)是由控制器來控制的,控制器對整個系統(tǒng)實現(xiàn)智能控制"本系統(tǒng)中的控制器應(yīng)滿足以下功能:
a)光控
       依據(jù)太陽能電池板白天和晚上呈現(xiàn)不同電壓的特性,通過檢測太陽能電池極板電壓,把參數(shù)反饋給控制器,控制器通過對參數(shù)的處理控制連接蓄電池與負(fù)載間開關(guān)按鈕的工作,實現(xiàn)白天自動充電,晚上自動放電,或者說白天蓄電,晚上供誘蟲燈使用。
b)蓄電池管理
       控制蓄電池的充放電,對充放電的條件加以限制,延長蓄電池使用壽命,主要包括:防反充電控制、防過充電控制、防過放電控制。
c)自動保護(hù)
       太陽電池板反接保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、夜間防反充保護(hù)、輸出短路保護(hù)等。
本設(shè)計采用毗U進(jìn)行充放電的管理和控制,核心芯片采用通用性單片機芯片一89552。
此種單片機芯片功能強大,特別是在控制方面的優(yōu)勢明顯,并且電路實現(xiàn)較簡單。
2.4、逆變器設(shè)計思路
        逆變電路的作用是使得直流電變換為交流電,本設(shè)計中提供的直流電源的電壓為12V,要得到的交流電源的參數(shù)為單向220V/5OHz。逆變電路的類型較多,本項目設(shè)計的逆變器為工頻SOHz的無源逆變器,并且屬于小功率逆變器,在設(shè)計過程中,我們采用易于實現(xiàn)的方波逆變器進(jìn)行實現(xiàn)。
2.5、高壓電路設(shè)計思路
        高壓電路主要是為高壓電網(wǎng)工作的,誘蟲燈吸引過來蟲子以后,要利用高壓將其殺死,故要使得蓄電池的直流12V電壓利用專門的升壓電路使其電壓上升到6000V以上,同時保證電流值不宜過大,保證安全性。
2.6、電源電路設(shè)計思路
        無論是控制器電路,還是逆變器電路、高壓電路都會用到供電路工作的電源,但蓄電池的電壓由于不穩(wěn)定性和電路中所需電壓值的不統(tǒng)一性,故應(yīng)專門設(shè)置電源電路。本設(shè)計中,依據(jù)電路中的電源要求,需設(shè)計5V電源電路和10V電源電路。