太陽能誘蟲燈光伏發電系統

1、整體設計思路
     依據太陽能誘蟲燈的基本結構及原理所述本系統基本結構和性能指標,本研究的核心研究內容就是進行基于太陽能誘蟲燈的光伏發電系統的設計(包括發電系統容量設計、充放電控制設計、逆變電路設計、光控電路設計、升壓電路設計等)。一般光伏發電系統的設計流程如圖2.3所示。光伏發電系統總的設計原則是在保證滿足負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濟性。本誘蟲燈是完全基于太陽能電池組件轉化的電能來供電的,故在進行設計時,太陽能發電系統的設計是本設計的要點。在設計太陽能光伏發電系統時,我們要考慮以下兩方面因素:
      第一,與設計有關的參數,如負載功率、連續陰雨天數等；
      第二,主要外圍器件或電路的選型和設計,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計、逆變電路的設計、升壓電路的設計等。

2、各功能部分設計思路
(1)確定與設計有關的參數
1.1、太陽能誘蟲燈使用地的經度與緯度。
      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地氣象資源,比如年平均太陽能輻照量、氣溫高低、風力大小等。根據這些數據,我們可以確定當地的太陽能標準峰值時數(h)和太陽電池組件的方位角與傾斜角
1.2、負載的功率
       在整個發電系統中,負載主要有升壓網和誘蟲燈具兩部分來組成,負載功率的大小直接影響著整個系統的參數。
1.3、太陽能誘蟲燈每天晚上工作的時間(H)。
       通過負載的工作時間可以確定光伏發電系統中組件的大小,這是一個極其重要的參數"通過確定工作時間,可以初步確定負載每天的功耗與太陽電池組件的充電電流的匹配或關系。
1.4、太陽能誘蟲燈需要保持的連續陰雨天數(d)。
        蓄電池容量的大小及陰雨天過后恢復電池容量所需要的太陽電池組件功率是通過這個參數來決定的。
1.5、確定兩個連續陰雨天之間的間隔天數(D)。
        連續陰雨天間隔的時間決定了整個系統在一個連續陰雨天過后下一個連續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系統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。
a)類型
        太陽能電池將太陽能轉換為電能"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比較穩定,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工藝比較簡單,價格比單晶硅的低,東西部地區陽光充足,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出的電儲存起來,到了夜晚或光照度低時釋放出來供負載使用。在選擇本誘蟲燈系統的儲能設備一蓄電池時要從類型、容量、蓄電池連接方式上進行選擇和設計。
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。其優點是:價格低,密封免維護"但有鉛酸污染,隨著蓄電池工藝和其他類型的出現,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,并且循環壽命長,適合小型電能存儲系統采用"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,是一種綠色環保電池"很適合于小型系統采用,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,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)與負載容量(Ah)之比控制在在3一6倍左右為宜(連續陰雨天數較少的地區可控制在3一4倍左右,連續陰雨天較多地區控制在5~6倍左右)。
c)蓄電池聯結
        蓄電池可進行串聯和并聯連接,串聯可提高蓄電池供電電壓和容量,而并聯連接可提高蓄電池的蓄電能力"但在并聯連接時,要考慮防止有的蓄電池虧電,有的滿電的不平衡影響。并且并聯組數不宜超過4組"同時也要注意蓄電池防盜。
2.3、控制器設計思路
       太陽能殺蟲燈的運行狀態是由控制器來控制的,控制器對整個系統實現智能控制"本系統中的控制器應滿足以下功能:
a)光控
       依據太陽能電池板白天和晚上呈現不同電壓的特性,通過檢測太陽能電池極板電壓,把參數反饋給控制器,控制器通過對參數的處理控制連接蓄電池與負載間開關按鈕的工作,實現白天自動充電,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
       太陽電池板反接保護、蓄電池反接保護、夜間防反充保護、輸出短路保護等。
本設計采用毗U進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勢明顯,并且電路實現較簡單。
2.4、逆變器設計思路
        逆變電路的作用是使得直流電變換為交流電,本設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為單向220V/5OHz。逆變電路的類型較多,本項目設計的逆變器為工頻SOHz的無源逆變器,并且屬于小功率逆變器,在設計過程中,我們采用易于實現的方波逆變器進行實現。
2.5、高壓電路設計思路
        高壓電路主要是為高壓電網工作的,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定性和電路中所需電壓值的不統一性,故應專門設置電源電路。本設計中,依據電路中的電源要求,需設計5V電源電路和10V電源電路。