光伏照明檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙志遠(yuǎn)++李仲男

[摘 要]在光伏照明系統(tǒng)中，蓄電池的充放電控制方法是影響光伏系統(tǒng)使用壽命的重要因素，因此光伏控制器的選擇至關(guān)重要。本文設(shè)計(jì)了檢測系統(tǒng)，對光伏照明系統(tǒng)控制器的主要參數(shù)和性能進(jìn)行了測試和分析，使之能夠選擇高性能控制器并實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的最優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞]光伏照明系統(tǒng)，太陽能控制器，檢測系統(tǒng)

中圖分類號：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0199-01

1 概述

光伏發(fā)電技術(shù)關(guān)系著開發(fā)利用綠色能源、改善生態(tài)環(huán)境和人民生活質(zhì)量等重大問題，是目前研究的熱點(diǎn)方向。光伏照明系統(tǒng)是應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)的實(shí)例，具有豐富的學(xué)術(shù)研究價(jià)值和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。其中，光伏照明系統(tǒng)中的控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，不僅要調(diào)節(jié)光伏電池的輸出功率使之具備最大的轉(zhuǎn)換效率，還要控制蓄電池充放電，所以控制器性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)光伏照明系統(tǒng)的效率。這就要求在搭建實(shí)際光伏照明系統(tǒng)前要對系統(tǒng)的進(jìn)行測試。相關(guān)參數(shù)的獲取，對于優(yōu)化選取實(shí)際光伏照明系統(tǒng)的單元組件，設(shè)計(jì)出高效實(shí)用的光伏照明系統(tǒng)具有非常重要的意義。本文設(shè)計(jì)了能夠測試控制器和照明系統(tǒng)其他組件各種性能參數(shù)的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)測試控制器的多項(xiàng)性能參數(shù)。通過實(shí)際測試，可以確定使太陽能轉(zhuǎn)換效率最高、照明系統(tǒng)工作最穩(wěn)定的控制器。

2 光伏照明系統(tǒng)的組成

太陽能照明系統(tǒng)包括：太陽能電池組件、蓄電池、太陽能充放電控制器、直流負(fù)載及其驅(qū)動(dòng)電路，如圖1所示。系統(tǒng)各部分容量的選取配比，需要綜合考慮效率、成本和可靠性等問題。在帶負(fù)載實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)該考慮到連續(xù)陰雨天的情況，對系統(tǒng)容量留出一定裕度。

作為光伏照明系統(tǒng)的輸入，光伏電池為整個(gè)系統(tǒng)提供電能，蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)的儲(chǔ)能部分，白天將太陽能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，夜間將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能輸出到照明負(fù)載。太陽能控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它是以單片機(jī)為核心輔以邏輯控制電路來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）、蓄電池容量預(yù)測和蓄電池充放電精確控制，以滿足太陽能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行與準(zhǔn)確切換的要求，從而提高太陽能照明系統(tǒng)效率，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并延長蓄電池的壽命。

3 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在實(shí)際中檢測控制器的電流電壓，時(shí)間控制等參數(shù)需要分開多次測量，不能一次完成，這加長了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，降低了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，使整個(gè)檢測過程顯得繁瑣而復(fù)雜。本測試裝置制作目在于：通過一次實(shí)驗(yàn)檢測出所需要的控制器的主要參數(shù)，將電流、電壓、時(shí)間等參數(shù)的測量綜合到一個(gè)系統(tǒng)中，檢測出控制器的性能好壞，得出系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的最佳配比。

光伏照明測試系統(tǒng)的原理是通過光伏系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，將電流表，電壓表，定時(shí)器連接到測試系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)陽光模擬裝置，用來模擬太陽光，提供太陽能電池板光源，在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中通過對充放電過程的測試，并用電流表，電壓表進(jìn)行數(shù)值記錄，來了解控制器的各項(xiàng)參數(shù)，方便快捷的檢測試過充過放參數(shù)時(shí)可以快速，方便的更換為穩(wěn)壓電源來進(jìn)行測試。

4 太陽能控制器特性測試

選擇兩種型號的太陽能控制器，用本論文中自行設(shè)計(jì)的光伏照明測試系統(tǒng)對控制器的性能參數(shù)和整個(gè)系統(tǒng)的效率進(jìn)行測試，選擇出性能最優(yōu)良的控制器。測試的參數(shù)項(xiàng)目有太陽能控制器的光控點(diǎn)、自耗電、過充、過放電壓、過放返回電壓和延遲時(shí)間。

測試過程：將控制器連接進(jìn)測試系統(tǒng)，并將系統(tǒng)通電（交流 220V），交流電是為了給測試系統(tǒng)的電流表，電壓表和定時(shí)器供電。在空載情況下測試控制器的自耗電，從放電測試的電流表中顯示的數(shù)值即是控制器的自耗電。測試完控制器的自耗電后將蓄電池接入系統(tǒng)，將光伏照明測試系統(tǒng)各個(gè)組成部分全部連接到系統(tǒng)中，太陽能電池組件為2 塊 12V/5W 的板并聯(lián)，總功率為 10W。負(fù)載是3并聯(lián)的LED 燈泡，電壓都是12V，其功率分別為1W、3W、4W。蓄電池選擇12V/10AH 的鉛酸電池。測試環(huán)境中無光，為了模擬測試過程中的黑天情況。

將滑動(dòng)變阻器的主調(diào)旋鈕和微調(diào)旋鈕全部調(diào)至最大值，使模擬光照度達(dá)到最大，太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能通過控制器為蓄電池充電，在充電電流表上顯示電流數(shù)值，充電電壓表上顯示太陽能電池板的電壓值。在電池板給蓄電池的充電過程，負(fù)載不亮，相當(dāng)于室外的白天情況，將滑動(dòng)變阻器的主調(diào)旋鈕和微調(diào)旋鈕全部調(diào)至最小值，相當(dāng)于夜晚情況，觀察負(fù)載 LED燈泡是否立刻亮，如果即刻變亮，說明控制器的延遲時(shí)間為零，即沒有延遲時(shí)間。如果負(fù)載沒有立刻亮，則通過定時(shí)器來記錄時(shí)間，當(dāng)負(fù)載LED 燈泡亮?xí)r，定時(shí)器上顯示的數(shù)值即為控制器的延遲時(shí)間。

將系統(tǒng)選定在給太陽能電池板給蓄電池充電狀態(tài)，陽光模擬箱中的燈泡調(diào)到最亮，太陽能電池板給蓄電池充電的充電電壓不斷升高，當(dāng)升到某一數(shù)值時(shí)，控制器開始保護(hù)，切斷充電電路，保護(hù)蓄電池，從充電電壓表上記錄這個(gè)電值，這個(gè)值就是控制器的過充電壓。 將系統(tǒng)選定在蓄電池給負(fù)載 LED 燈放電的狀態(tài)，為了方便試驗(yàn)測試和保護(hù)蓄電池用直流電源來代替蓄電池，模擬放電過程中電壓的變化，調(diào)節(jié)直流電源的電壓值，不斷降低，當(dāng)降到某一數(shù)值時(shí)，控制器開始保護(hù)，切斷放電電路，負(fù)載 LED 燈熄滅，記錄放電電壓表上的電壓值，這個(gè)數(shù)值就是控制器的過放電壓值，當(dāng)負(fù)載 LED 燈熄滅后，調(diào)高直流電源的電壓值直到負(fù)載 LED 燈再次亮起，記錄此刻放電電壓表上的數(shù)值，這個(gè)臨界電壓值就是控制器的過放返回電壓值。這些測試的數(shù)值就是控制器的性能參數(shù)值。

5 結(jié)論

本論文的主要工作是設(shè)計(jì)了光伏照明測試系統(tǒng)，以具體數(shù)值的形式直觀的顯示出光伏電池板對蓄電池的充電參數(shù)值以及蓄電池對負(fù)載LED的放電參數(shù)值。測試系統(tǒng)最重要的測試功能是對系統(tǒng)核心部件太陽能控制器的測試，在系統(tǒng)的實(shí)際工作過程中測試出控制器的性能參數(shù)，對各款控制器進(jìn)行檢驗(yàn)和評估，選擇出最優(yōu)化的太陽能控制器，使整個(gè)太陽能LED照明系統(tǒng)的效率最大化。并在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐鐵軍.太陽能 LED 照明系統(tǒng)優(yōu)化的應(yīng)用研究[華北電力大學(xué)碩士論文]，2007

[2] 張華龍.LED光伏照明系統(tǒng)的研究[天津大學(xué)碩士論文]，2008，5-15