太阳能诱虫灯光伏发电系统

1、整体设计思路
     依据太阳能诱虫灯的基本结构及原理所述本系统基本结构和性能指标,本研究的核心研究内容就是进行基于太阳能诱虫灯的光伏发电系统的设计(包括发电系统容量设计、充放电控制设计、逆变电路设计、光控电路设计、升压电路设计等)。一般光伏发电系统的设计流程如图2.3所示。光伏发电系统总的设计原则是在保证满足负载用电需要的前提下,确定最少的太阳电池组件和蓄电池容量,以尽量减少投资,即同时考虑可靠性及经济性。本诱虫灯是完全基于太阳能电池组件转化的电能来供电的,故在进行设计时,太阳能发电系统的设计是本设计的要点。在设计太阳能光伏发电系统时,我们要考虑以下两方面因素:
      第一,与设计有关的参数,如负载功率、连续阴雨天数等；
      第二,主要外围器件或电路的选型和设计,如蓄电池的容量大小、太阳能电池组件的功率大小、充放电控制电路的设计、逆变电路的设计、升压电路的设计等。

2、各功能部分设计思路
(1)确定与设计有关的参数
1.1、太阳能诱虫灯使用地的经度与纬度。
      我们首先要了解太阳能诱虫灯使用的地理位置,通过地理位置我们可以了解并掌握当地气象资源,比如年平均太阳能辐照量、气温高低、风力大小等。根据这些数据,我们可以确定当地的太阳能标准峰值时数(h)和太阳电池组件的方位角与倾斜角
1.2、负载的功率
       在整个发电系统中,负载主要有升压网和诱虫灯具两部分来组成,负载功率的大小直接影响着整个系统的参数。
1.3、太阳能诱虫灯每天晚上工作的时间(H)。
       通过负载的工作时间可以确定光伏发电系统中组件的大小,这是一个极其重要的参数"通过确定工作时间,可以初步确定负载每天的功耗与太阳电池组件的充电电流的匹配或关系。
1.4、太阳能诱虫灯需要保持的连续阴雨天数(d)。
        蓄电池容量的大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳电池组件功率是通过这个参数来决定的。
1.5、确定两个连续阴雨天之间的间隔天数(D)。
        连续阴雨天间隔的时间决定了整个系统在一个连续阴雨天过后下一个连续阴雨天到来之前对蓄电池充满电所需要的电池组件功率。
(2)主要外围器件的选型和控制、逆变、升压电路设计思路
2.1、太阳电池组件的选型
        在考虑电池组件的选型时要依据系统容量考虑所选电池组件的类型、工作电压、最大输出功率等参数。
a)类型
        太阳能电池将太阳能转换为电能"有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池等三种类型。单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定,南方的阴雨天较多、并且阳光不是很充足,故此类型比较适合。多晶硅太阳能电池生产工艺比较简单,价格比单晶硅的低,东西部地区阳光充足,雨水少,此种类型适合使用。非晶硅太阳能电池适合用于对太阳光照条件要求比较低的环境。
b)工作电压
        太阳能电池组件的工作电压约为蓄电池工作电压的1.5倍,才能保证给蓄电池正常充电。如给6v蓄电池充电需要用8一9V太阳能电池组件;给12V蓄电池充电需要用15一18V太阳能电池;给24V蓄电池充电需用33一36V太阳能电池。
c)最大输出功率
         最大输出功率又称最佳输出功率,是指太阳能电池组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率,也就是峰值电流与峰值电压的乘积:Pm=1mxUm,峰值功率的单位为瓦。太阳能电池的峰值功率取决于太阳幅照度、太阳光谱分布和组件的温度等。
2.2、蓄电池选择
        蓄电池在白天将太阳能电池板所发出的电储存起来,到了夜晚或光照度低时释放出来供负载使用。在选择本诱虫灯系统的储能设备一蓄电池时要从类型、容量、蓄电池连接方式上进行选择和设计。
a)类型选择
        铅酸(CS)蓄电池:适于低温高倍率放电,能量比偏低,是目前采用较多的一类蓄电池。其优点是:价格低,密封免维护"但有铅酸污染,随着蓄电池工艺和其他类型的出现,此类型蓄电池会逐步淘汰。
        镍福(Ni一Cd)蓄电池:此种蓄电池放电倍率高!低温性能好,并且循环寿命长,适合小型电能存储系统采用"但在使用时,要注意防止锅污染。
        镍氢(Ni一Il)蓄电池:此种蓄电池也可高倍率放电,并且低温性能好,价格便宜,基本无污染,是一种绿色环保电池"很适合于小型系统采用,即容量有限。
        目前广泛采用的有普通铅酸蓄电池!免维护铅酸蓄电池和碱性镍福蓄电池三种。
b)容量选择
        蓄电池容量的大小对整个供电系统有决定性的影响,若蓄电池容量过小,则不能满足夜晚照明的需要;若容量过大,则蓄电池始终处在亏电状态,对蓄电池寿命有较大影响,况且也造成浪费。建议蓄电池容量(Ah)与负载容量(Ah)之比控制在在3一6倍左右为宜(连续阴雨天数较少的地区可控制在3一4倍左右,连续阴雨天较多地区控制在5~6倍左右)。
c)蓄电池联结
        蓄电池可进行串联和并联连接,串联可提高蓄电池供电电压和容量,而并联连接可提高蓄电池的蓄电能力"但在并联连接时,要考虑防止有的蓄电池亏电,有的满电的不平衡影响。并且并联组数不宜超过4组"同时也要注意蓄电池防盗。
2.3、控制器设计思路
       太阳能杀虫灯的运行状态是由控制器来控制的,控制器对整个系统实现智能控制"本系统中的控制器应满足以下功能:
a)光控
       依据太阳能电池板白天和晚上呈现不同电压的特性,通过检测太阳能电池极板电压,把参数反馈给控制器,控制器通过对参数的处理控制连接蓄电池与负载间开关按钮的工作,实现白天自动充电,晚上自动放电,或者说白天蓄电,晚上供诱虫灯使用。
b)蓄电池管理
       控制蓄电池的充放电,对充放电的条件加以限制,延长蓄电池使用寿命,主要包括:防反充电控制、防过充电控制、防过放电控制。
c)自动保护
       太阳电池板反接保护、蓄电池反接保护、夜间防反充保护、输出短路保护等。
本设计采用毗U进行充放电的管理和控制,核心芯片采用通用性单片机芯片一89552。
此种单片机芯片功能强大,特别是在控制方面的优势明显,并且电路实现较简单。
2.4、逆变器设计思路
        逆变电路的作用是使得直流电变换为交流电,本设计中提供的直流电源的电压为12V,要得到的交流电源的参数为单向220V/5OHz。逆变电路的类型较多,本项目设计的逆变器为工频SOHz的无源逆变器,并且属于小功率逆变器,在设计过程中,我们采用易于实现的方波逆变器进行实现。
2.5、高压电路设计思路
        高压电路主要是为高压电网工作的,诱虫灯吸引过来虫子以后,要利用高压将其杀死,故要使得蓄电池的直流12V电压利用专门的升压电路使其电压上升到6000V以上,同时保证电流值不宜过大,保证安全性。
2.6、电源电路设计思路
        无论是控制器电路,还是逆变器电路、高压电路都会用到供电路工作的电源,但蓄电池的电压由于不稳定性和电路中所需电压值的不统一性,故应专门设置电源电路。本设计中,依据电路中的电源要求,需设计5V电源电路和10V电源电路。