辦公用光伏直流供電系統(tǒng)

許麗萍

摘 要

一些辦公場(chǎng)所常用的電腦、手機(jī)等電子設(shè)備，采用的是直流供電，這種供電方式使電子設(shè)備在用電時(shí)減少交直流轉(zhuǎn)換次數(shù)，減少了電能的損耗。在直流供電系統(tǒng)中，會(huì)采用一種光伏電池。本文就針對(duì)辦公用光伏直流供電系統(tǒng)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】辦公用電子設(shè)備 光伏發(fā)電 直流供電系統(tǒng)

直流供電在日常生活中的使用已經(jīng)很廣泛，一般情況下，即使使用交流供電，也是將其通過(guò)充電器等設(shè)備，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞴╇?。在兩相比較之下，可以發(fā)現(xiàn)直流供電比交流供電要有很多的優(yōu)勢(shì)，比如節(jié)省了設(shè)備錢(qián)，提高了電能的使用效率，減少了電能的消耗。太陽(yáng)能作為一種可再生能源，可以將其轉(zhuǎn)化為直流電，這就是光伏發(fā)電。

1 光伏發(fā)電的特點(diǎn)

光伏發(fā)電的問(wèn)世推動(dòng)了分布式發(fā)電的發(fā)展，它是通過(guò)光伏電池從太陽(yáng)那里獲取電能的。而太陽(yáng)能這種能源是可再生、環(huán)保的。光伏發(fā)電設(shè)備是由方便維護(hù)，且無(wú)噪音污染的靜止模塊組成的，這些靜止模塊包括蓄電池、太陽(yáng)能電池板等。這種設(shè)備規(guī)模沒(méi)有限制，安裝時(shí)間短，安裝操作簡(jiǎn)單，輸配電設(shè)備直接省掉，極大地節(jié)約了施工成本和總成本。

光伏電池作為一種直流電源，在將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能時(shí)，其效果和當(dāng)時(shí)的光照強(qiáng)度呈正相關(guān)，光照強(qiáng)度是隨時(shí)變化的，因此這種電源也是不穩(wěn)定的。光伏并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，運(yùn)用最大功率跟蹤（MPPT）對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換、DC/AC逆變過(guò)程進(jìn)行控制，自動(dòng)尋取功率最大點(diǎn)，使光伏電池轉(zhuǎn)化的太陽(yáng)能最多。

近年來(lái)，光伏發(fā)電發(fā)展形勢(shì)迅猛，并逐漸將其運(yùn)用到建筑自身用電中，通過(guò)太陽(yáng)能，并網(wǎng)供電。像辦公樓直流負(fù)荷集中的地方，不用考慮直流家用電器，光伏直流對(duì)直流負(fù)荷可以直接供電。

2 辦公用電子設(shè)備后級(jí)供電電路分析

像筆記本電腦、臺(tái)式電腦等電子設(shè)備的直流負(fù)荷不同，所以相對(duì)的供電電壓也有所不同。

2.1 筆記本電腦的供電電壓

筆記本有很多不同精密的模塊組成，這些模塊功能不同，因此為其提供的供電電壓也有所不同，如CPU所需的供電電壓是1.2-2V，內(nèi)存需要的是1.8V。這些模塊的正常運(yùn)作和所需供電電壓的準(zhǔn)確度由電源芯片來(lái)保證，所需的供電電壓通過(guò)電源適配器而得到，如果電池電量存儲(chǔ)不足，則需要通過(guò)充電電路進(jìn)行電池充電。

如圖1所示，我們可以清楚的看到筆記本電腦供電電路模塊組成，以及所需要的供電電壓量和電壓來(lái)源。圖中的各模塊功能是：系統(tǒng)供電電路作為待機(jī)電源，提供電壓的對(duì)象是主板控制、邏輯芯片；芯片組供電電路提供電能的對(duì)象是南北橋芯片；內(nèi)存和顯卡供電電路主要用來(lái)控制芯片；CPU供電電路提供電能的模塊主要是其對(duì)應(yīng)的供電模塊。

2.2 臺(tái)式電腦后級(jí)供電電路

臺(tái)式電腦主機(jī)供電是通過(guò)開(kāi)關(guān)電源，如圖2所示，可以清楚地看到其后級(jí)輸出電壓值?？梢耘鋫鋯屋斎?、多輸出的DC/DC變換電路來(lái)為開(kāi)關(guān)電源提供滿足這些電壓值的直流電，從而使電腦可以進(jìn)行直流供電。

2.3 手機(jī)后級(jí)供電電路

手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子設(shè)備所需要的電能都是通過(guò)鋰電池實(shí)現(xiàn)的，鋰電池充電電路是由電源管理芯片和外圍構(gòu)件組成，電源管理芯片輸入的電壓值可以控制在一定范圍內(nèi)，所以數(shù)碼相機(jī)、MP3等電子設(shè)備的DC/DC充電設(shè)備可以統(tǒng)一設(shè)計(jì)。如圖3所示。

3 辦公用光伏直流網(wǎng)及其控制策略

3.1 PV模塊控制策略

PV模塊作為系統(tǒng)電能主要提供模塊，有兩種表現(xiàn)形式，一種是穩(wěn)壓，另一種則是MPPT模式，通過(guò)DC/DC電路進(jìn)行兩者之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)負(fù)荷功率比PV模塊提供的功率小時(shí)，PV模塊則是處于穩(wěn)壓模式，并且可以對(duì)蓄電池的電量進(jìn)行補(bǔ)充；反之，當(dāng)負(fù)荷功率比PV模塊提供的功率大時(shí)，PV模塊則會(huì)處于MPPT模式下，這時(shí)，就不能對(duì)蓄電池以及系統(tǒng)進(jìn)行充電了。

3.2 蓄電池模塊控制策略

蓄電池在正常工作時(shí)，蓄電池控制電路DC/DC Boost-BUCK，能對(duì)電腦用電狀態(tài)進(jìn)行判斷，能在電池電量低于限制值時(shí)，關(guān)掉Boost電路，及時(shí)充電；在電量滿時(shí)，則關(guān)閉BUCK充電電路，進(jìn)行有效的放電；電池電量處于這兩種狀態(tài)之間時(shí)，可以參考直流母線電壓值參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制供電電路狀態(tài)，當(dāng)參數(shù)值達(dá)到控制要求時(shí)，BUCK電路進(jìn)行充電，否則Boost電路發(fā)揮功能，這對(duì)蓄電池起到了保護(hù)作用。

3.3 交直流變換器控制策略

交直流變換器的作用就是在直流系統(tǒng)供電情況不能滿足設(shè)備使用的電流值時(shí)，將交流電逆向轉(zhuǎn)化為直流電，以保證直流系統(tǒng)供電充足，該交直流轉(zhuǎn)換器是將直流母線與交流電網(wǎng)的AC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接。

3.4 逆變器控制策略

直流-交流逆變環(huán)節(jié)的設(shè)置滿足了交流負(fù)荷不依賴(lài)交流大電網(wǎng)，就可以得到充足的電能的要求。

3.5 直流母線控制策略壓

光伏直流系統(tǒng)中不同模塊的工作狀態(tài)不同，但是都有一個(gè)共同的目的就是使直流母線電壓保持在穩(wěn)定狀態(tài)。

在光照充足的情況下，PC模塊處于穩(wěn)壓模式，電能經(jīng)過(guò)母線后由系統(tǒng)負(fù)荷和蓄電池得到，從而使母線電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。AC/DC模塊是處于非工作狀態(tài)的。

PV模塊的提供功率不能滿足負(fù)荷所需功率時(shí)，它處于MPPT狀態(tài)，也就是母線電壓不夠穩(wěn)定，此時(shí)就需要蓄電池控制電路就要發(fā)揮作用了，Boost充電電路進(jìn)行充電，蓄電池和PV模塊進(jìn)行協(xié)作，共同維持電壓穩(wěn)定。AC/DC模塊是處于非工作狀態(tài)的。

當(dāng)蓄電池儲(chǔ)存的電量也不足時(shí)，就得需要AC/DC進(jìn)入工作狀態(tài)了，連同PV模塊，三者一起為維持母線電壓的穩(wěn)定而進(jìn)行協(xié)作。

4 結(jié)語(yǔ)

直流供電系統(tǒng)用于辦公用電子設(shè)備，相比傳統(tǒng)的交流供電方式，大大提高了電能的使用效率，本文通過(guò)對(duì)光伏電路特點(diǎn)的介紹，以及對(duì)辦公用電子設(shè)備后級(jí)供電電路的研究和對(duì)光伏直流網(wǎng)的控制策略進(jìn)行分析，得到電子設(shè)備系統(tǒng)負(fù)荷可以從直流系統(tǒng)那直接獲得電能的結(jié)論。相關(guān)的研究人員要加大對(duì)光伏直流供電系統(tǒng)的研究力度，以便發(fā)現(xiàn)直流供電系統(tǒng)更大的使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]黃遜青.直流家用電器時(shí)代即將來(lái)臨[J].電器，2009，10（03）：62-63.

[2]王慧，吳疆，袁建華，高厚磊.辦公用光伏直流供電系統(tǒng)研究[J].電氣自動(dòng)化，2015（06）：39-42.

[3]張濱.生活及辦公場(chǎng)所直流供電系統(tǒng)方案的可行性分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2011（11）：8-12.

[4]孫穎，張建成.光伏電源利用直流-同步電機(jī)并網(wǎng)控制方法的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016（16）：78-83.