一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，通过所设计双层碟形结构扩大光伏阵列面积，提高了光伏发电量，满足大功率负载的要求；通过一路光伏阵列、1～2个蓄电池、一个光伏控制器构成一个独立的光伏发电模块的方式，当功率负载改变时，相应增加光伏发电模块，可以满足不同负载大小的要求；通过所设计的光伏控制电路，提高光伏的输出电流，提高了光伏的利用率；通过蓄电池放电口内置大功率肖特基整流二极管，蓄电池放电端并联环网连接到光伏控制电路，蓄电池并联连接方便，环网连接可靠，提高了方便性和可靠性。
【专利说明】一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统
【技术领域】
[0001]本发明属于浮标供电系统领域，尤其涉及一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统。
【背景技术】
[0002]目前，在我国湖泊和海洋中使用的浮标，主要用于探测检测等用途，在浮标上装备了传感器、测量测试、通信等电子设备。在设备少的情况下，功率消耗小，其供电多采用安装于浮标表面或桅杆顶部的数块光伏组件与铅酸蓄电池相结合而构成离网光伏发电系统给设备供电，保障电子设备正常工作。随着海洋的开发和利用，用于海洋和湖泊资源监测、维权目标识别等要求的浮标将放置于海洋环境，浮标上装备越来越多的传感器、测量测试、通信等设备，特别是用于海洋、湖泊的十米大型浮标，由于装备大量测量、通信等电子设备，负载功率远远大于以往的各种浮标供电系统功率，因此供电系统能够给大功率负载长期供电成为浮标上其它电子设备正常工作的先决条件。
[0003]根据海洋湖泊的实际使用环境，现有的浮标电子设备供电方案主要有以下以下2种。第一种完全由一次电池或二次蓄电池供电的方案。在电子设备功率小的情况下使用，功率多为几瓦至十几瓦，如果使用一次电池则需要定期更换，如果使用二次电池则需要维护人员更换二次电池或现场使用充电机给二次电池充电。第二种供电方案为光伏发电蓄电池储电相结合的离网光伏发电系统方案。由于浮标表面积小，即使是十米浮标目前最多放置或安装十块至十二块100W光伏组件，光伏组件平置于浮标表面或使用支架置于桅杆顶端；储能电池多使用普通铅酸蓄电池，浮标负载功率仅有几瓦至几十瓦，光伏组件通过防反二极管与蓄电池直连充电。
[0004]对于上述第一种方案，定期维护或更换电池，带来耗材成本和维护时间增加，降低设备工作效率，增加了运行和维护成本。对于第二种方案如果增加负载功率时，则必须人工定期乘船赴浮标点给蓄电池充电或更换蓄电池。在负载功率增加时，由于浮标表面积限制，无法扩大放置光伏组件的面积，因此无法提供足够的光伏功率；而且不同浮标负载变化时无法灵活实现功率供给；如果通过定期更换蓄电池或定期现场给蓄电池充电，同样有第一种方案所带来的问题。
[0005]当浮标带有卫星通信设备、视频检测设备、摄像设备、声指纹检测和识别设备、中央控制设备、气象设备电子负载时，每项电子设备瞬时功率从几瓦至700W不等，设备的总平均功率按250W的计,其功率大小已远超我国现有各种浮标负载功率值，目前无任何供电实现方案和实现的案例。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，旨在解决现有浮标电子设备供电方案中，由于安装场地和光伏组件效率等因素的制约，当安装在浮标上的电子设备增多功率增大时，供电系统无法保障电子设备的正常工作的问题。
[0007]本发明是这样实现的，一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，包括光伏发电组、储能蓄电池组以及电源管理组；其中，所述光伏发电组包括46块90W单晶硅光伏组件，所述光伏组件采用双层碟状结构，顶层光伏阵列由10块光伏组件分2组并联产生2路光伏阵列，底层光伏阵列由每4块光伏组件并联为1路共产生9路光伏阵列，每路光伏阵列配备1至2个500Ah的蓄电池，构成一个独立供电模块；
[0008]所述电源管理组包括用于改善光伏输出电流的光伏控制电路、用于将总输出电源电压变换出各个受控负载需求的电压并给受控负载供电的DC-DC模块、以及用于控制DC-DC模块通电以达到控制受控负载分时供电的DC-DC控制电路；
[0009]所述光伏发电组中各路光伏阵列均与光伏控制电路连接，所述光伏控制电路分别与DC-DC控制电路、储能蓄电池组连接，所述DC-DC控制电路与DC-DC模块连接。
[0010]优选地，所述光伏控制电路包括光伏阵列的正负极接入端PV_Pos和PV_Neg，蓄电池充电正负极接入端P0WER_Pos和P0WER_Neg，用于稳定光伏阵列电压给PWM电路供电的稳压电源电路，改善光伏阵列输出电流的脉冲宽度调制PWM电路和降压BUCK变换电路主回路，受光伏电压控制的开关电路；其中，
[0011]所述光伏阵列正负极分别与PV_Pos和PV_Neg连接，所述储能蓄电池的充电正负极分别与P0WER_Pos和P0WER_Neg连接；
[0012]所述PV_Pos和PV_Neg与稳压电源电路连接，所述稳压电源电路、脉冲宽度调制PWM电路以及降压BUCK变换电路主回路依次连接，所述降压BUCK变换电路主回路与P0WER_Pos 和 P0WER_Neg 连接。
[0013]优选地，所述稳压电源电路包括输出电压12V的三端稳压集成电路U1，滤波电容C18、C21、C22 ；
[0014]所述脉冲宽度调制PWM电路包括时基集成电路U2、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C19、电容C20、场效应管Q16、场效应管Q17、二极管D42和D43 ；
[0015]所述降压BUCK变换电路主回路包括电感L1和二极管D44 ；
[0016]所述开关电路包括三极管Q15、电阻R17、稳压二极管D39、稳压二极管D40、压敏电阻R15、电容C17、二极管D41 ;其中，
[0017]所述三极管Q15的射极与PV_Pos连接、电容C16的正极连接，电容C16的负极连接在PV_Neg的输出电路a连接点上；所述三极管Q15的基极与电阻R17的1端连接，三极管Q15的集电极与二极管D41的正极连接；所述电阻R17的2端分别与稳压二极管D39的负极、电容C17的正极连接；所述稳压二极管D39的正极与稳压二极管D40的负极连接，所述稳压二极管D40的正极连接在PV_Neg的输出电路b连接点上；所述电容C17的负极连接在PV_Neg的输出电路c连接点上；
[0018]所述二极管D41的负极分别与滤波电容C18的正端、三端稳压集成电路U1的第一端连接，所述三端稳压集成电路U1的第三端分别与滤波电容C21的正极、C22的1端连接，所述滤波电容C18的负极、三端稳压集成电路U1的第二端、滤波电容C21的负端、C22的2端汇合后连接在PV_Neg的输出电路d连接点上；
[0019]所述三端稳压集成电路U1的第三端还分别与时基集成电路U2的VCC端、电阻R18的1端连接；所述时基集成电路U2的DISC端与二极管D42的正端、D43的负端、电阻R18的2端连接；所述二极管D43的正端与电阻R19的1端连接；所述二极管D42的负端与电阻R20的1端连接；电阻R19的2端与电阻R20的2端连接汇合，该汇合点的一输出线路与电容C19的1端连接，另一输出端分别与时基集成电路U2的THR和TRIG端连接；所述电容C19的2端连接在PV_Neg的输出电路e连接点上；
[0020]所述时基集成电路U2的CV0LT端与电容C20的1端连接，所述电容C20的2端连接在PV_Neg的输出电路f连接点上，所述时基集成电路U2的GND端连接在PV_Neg的输出电路g连接点上；所述时基集成电路U2的OUT端分别与电阻R21、R22的1端连接，所述电阻R22的2端与场效应管Q16的栅极连接；所述电阻R21的2端与场效应管Q17的栅极连接；所述场效应管Q16、Q17的源极并联连接在PV_Neg的输出电路h连接点上，场效应管Q16、Q17的漏极并联连接在PV_Neg的输出电路i连接点上；所述场效应管Q16、Q17设于PV_Neg的输出电路上，且位于PV_Neg的输出电路h、i连接点之间；
[0021]所述PV_Pos的输出端还分别与二极管D44的负极、P0WER_Pos输入端连接；所述场效二极管D44的正极连接在PV_Neg的输出电路j连接点上，所述PV_Neg的输出电路j连接点处的输出端与电感L1的1端连接，所述电感L1的2端与P0WER_Neg输入端连接；
[0022]所述连接点a、b、c、d、e、f、g、i以及j分别延电压的输入至输出方向依次设于PV_Neg的输出电路上。
[0023]优选地，所述光伏控制电路还包括用于连接储能蓄电池组放电端的插座JP20，断路器S1以及连接DCDC控制电路的插座JP3 ;其中，所述PV_Pos的输出端与插座JP20输入端1脚连接；所述蓄电池组放电端的插座JP20还与断路器S1串联连接，通过断路器S1控制蓄电池放电端的电源输出；所述断路器S1与插座JP3连接。
[0024]优选地，所述光伏控制电路还包括用于防止过压和雷击的压敏电阻R15，其中，所述PV_Pos的输出端还与压敏电阻R15的1端连接，所述压敏电阻R15的2端连接在PV_Neg的输出电路的一连接点上，且该连接点位于PV_Neg输出端与所述连接点a之间。
[0025]优选地，所述光伏阵列接入浮标体内时每个电池组的充电口通过大功率肖特基整流二极管隔开，每个电池组的放电口通过大功率肖特基整流二极管隔开，且每个电池放电口都能够承受250W以上的输出；电池组的放电端采用环网连接方式连接到光伏控制器。
[0026]优选地，该离网光伏供电系统还包括支架、浮标甲板以及桅杆；其中，
[0027]所述光伏组件设于所述支架上，所述顶层光伏阵列放置在桅杆顶部平台周围，所述底层光伏阵列由支架托起并安装在距离浮标甲板3.0米高度的位置上，支架使用若干个T型连接件与桅杆连接，桅杆距甲板2.5m处开两个孔穿光伏阵列电缆进入浮标体内。
[0028]优选地，所述T型连接件与桅杆内部的加强筋对应连接.
[0029]优选地，所述光伏发电组中各光伏组件的水平倾角为5度。
[0030]优选地，所述储能蓄电池组采用不小于10000AH容量磷酸铁锂储能蓄电池组。
[0031]本发明克服现有技术的不足，提供一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，通过所设计双层碟形结构阵列设计扩大光伏阵列，提高了光伏发电量，满足大负载的要求；通过一路光伏阵列、1?2个蓄电池、一个光伏控制器构成一个独立的光伏发电模块的方式，当功率负载改变时，相应增加或减少光伏发电模块，可以满足不同负载大小的要求；通过所设计的光伏控制电路，提高光伏的输出电流，提高了光伏的利用率；通过蓄电池放电口内置大功率肖特基整流二极管，蓄电池放电端并联环网连接到光伏控制电路，蓄电池并联连接方便，环网连接可靠，提高了方便性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明离网光伏供电系统的供电原理框图；
[0033]图2是本发明离网光伏供电系统中光伏控制电路的结构示意图；
[0034]图3是本发明离网光伏供电系统中DC-DC控制电路的电路原理图；
[0035]图4是本发明离网光伏供电系统中内置二极管的蓄电池原理图和储能蓄电池组连接图；
[0036]图5是本发明离网光伏供电系统中光伏电池组件板双层碟状正面结构示意图；
[0037]图6是图5的俯视图；
[0038]图7是本发明实施例中光伏组件的1-V和P-V特性曲线图。
【具体实施方式】
[0039]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040]—种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，如图1所不，包括光伏发电组、储能蓄电池组、电源管理组；其中，
[0041]所述光伏发电组，如图5和6所示，包括46块光伏组件，所述光伏组件采用双层碟状结构，顶层光伏阵列由10块光伏组件分2组并联产生2路光伏阵列，底层光伏阵列由每4块光伏组件并联为1路共产生9路光伏阵列，每路光伏阵列配备1至2个500Ah的电池，构成一个独立供电模块；
[0042]所述电源管理组包括用于改善光伏输出电流的光伏控制电路、用于将总输出电源电压变换出各个受控负载需求的电压并给受控负载供电的DC-DC模块、以及用于控制DC-DC模块通电以达到控制受控负载供电的DC-DC控制电路；
[0043]所述光伏发电组中各路光伏阵列均与光伏控制电路连接，所述光伏控制电路分别与DC-DC控制电路、储能蓄电池组连接，所述DC-DC控制电路与DC-DC模块连接，所述DC-DC模块与受控负载连接。
[0044]在本发明实施例中，通过一个主控系统发送具体指令控制离网光伏供电系统工作，其中，主控系统与DC-DC控制电路连接。
[0045]在本发明实施例中，4?5个光伏组件通过3?4个3通连接件并联，构成一路光伏阵列，光伏阵列的输出连接光伏控制器，光伏控制器的光伏充电端连接蓄电池的充电端。此种结构构成一个电源模块，可独立使用，也可多个并联使用，随着负载功率的改变，可以相应组合，使用方便。此种结构构成光伏阵列的另一个原因是，可以减少阴影对光伏输出功率的影响，阴影只影响所遮挡组件的输出功率，没有遮挡的光伏组件正常输出。如果串联组件多构成组串时，阴影虽然只遮挡了一块组件，但整个组串的功率输出受到影响，功率降低。
[0046]在本发明实施例中，所述光伏控制电路，如图2所示，包括光伏阵列的正负极接入端PV_Pos和PV_Neg，蓄电池充电正负极接入端P0WER_Pos和P0WER_Neg，用于稳定光伏阵列电压给PWM电路供电的稳压电源电路，改善光伏阵列输出电流的脉冲宽度调制PWM电路和降压BUCK变换电路主回路，受光伏电压控制的开关电路；其中，
[0047]所述光伏阵列正负极分别与PV_Pos和PV_Neg连接，所述储能蓄电池的充电正负极分别与P0WER_Pos和P0WER_Neg连接；
[0048]所述PV_Pos和PV_Neg与稳压电源电路连接，所述稳压电源电路、脉冲宽度调制PWM电路以及降压BUCK变换电路主回路依次连接，所述降压BUCK变换电路主回路与P0WER_Pos 和 P0WER_Neg 连接。
[0049]更具体的，所述稳压电源电路包括输出电压12V的三端稳压集成电路U1，滤波电容C18、C21、C22 ;所述脉冲宽度调制PWM电路包括时基集成电路U2、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C19、电容C20、场效应管Q16、场效应管Q17、二极管D42和D43 ;所述降压BUCK变换电路主回路包括电感LI和二极管D44 ;所述开关电路包括三极管Q15、电阻Rl7、稳压二极管D39、稳压二极管D40、压敏电阻Rl5、电容Cl7、二极管D41 ;其中，所述三极管Q15的射极与PV_Pos连接、电容C16的正极连接，电容C16的负极连接在PV_Neg的输出电路a连接点上；所述三极管Q15的基极与电阻R17的I端连接，三极管Q15的集电极与二极管D41的正极连接；所述电阻R17的2端分别与稳压二极管D39的负极、电容C17的正极连接；所述稳压二极管D39的正极与稳压二极管D40的负极连接，所述稳压二极管D40的正极连接在PV_Neg的输出电路b连接点上；所述电容C17的负极连接在PV_Neg的输出电路c连接点上；所述二极管D41的负极分别与滤波电容C18的正端、三端稳压集成电路Ul的第一端连接，所述三端稳压集成电路Ul的第三端分别与滤波电容C21的正极、C22的I端连接，所述滤波电容C18的负极、三端稳压集成电路Ul的第二端、滤波电容C21的负端、C22的2端汇合后连接在PV_Neg的输出电路d连接点上；所述三端稳压集成电路Ul的第三端还分别与时基集成电路U2的VCC端、电阻R18的I端连接；所述时基集成电路U2的DISC端与二极管D42的正端、D43的负端、电阻R18的2端连接；所述二极管D43的正端与电阻R19的I端连接；所述二极管D42的负端与电阻R20的I端连接；电阻R19的2端与电阻R20的2端连接汇合，该汇合点的一输出线路与电容C19的I端连接，另一输出端分别与时基集成电路U2的THR和TRIG端连接；所述电容C19的2端连接在PV_Neg的输出电路e连接点上；所述时基集成电路U2的CVOLT端与电容C20的I端连接，所述电容C20的2端连接在PV_Neg的输出电路f连接点上，所述时基集成电路U2的GND端连接在PV_Neg的输出电路g连接点上；所述时基集成电路U2的OUT端分别与电阻R21、R22的I端连接，所述电阻R22的2端与场效应管Q16的栅极连接；所述电阻R21的2端与场效应管Q17的栅极连接；所述场效应管Q16、Q17的源极并联连接在PV_Neg的输出电路h连接点上，场效应管Q16、Q17的漏极并联连接在PV_Neg的输出电路i连接点上；所述场效应管Q16、Q17设于PV_Neg的输出电路上，且位于PV_Neg的输出电路h、i连接点之间；所述PV_Pos的输出端还分别与二极管D44的负极、P0WER_Pos输入端连接；所述场效二极管D44的正极连接在PV_Neg的输出电路j连接点上，所述PV_Neg的输出电路j连接点处的输出端与电感LI的I端连接，所述电感LI的2端与P0WER_Neg输入端连接；所述连接点a、b、C、d、e、f、g、i以及j分别延电压的输入至输出方向依次设于PV_Neg的输出电路上。
[0050]该电路的工作原理:PV_Pos和PV_Neg分别连接光伏阵列的正极和负极，POWER,Pos和P0WER_Neg分别连接蓄电池的充电正极和充电负极。U1、C18、C21、C22构成稳压电源电路，Ul为三端稳压集成电路，输出直压12V，C18、C21、C22为滤波电容。U2(时基集成电路)、R18、R19、R20、R21、R22、C19电容、C20电容、场效应管Q16、场效应管Q17、二极管D42、二极管D43构成脉冲宽度调制PWM电路。其中R18电阻、R19电阻、R20电阻、D42 二极管、D43 二极管、C19电容与时基集成电路U2形成震荡电路，时基集成电路U2的3脚输出脉冲宽度调制PWM波信号。改变电阻R19、R20的大小可以改变PWM波的占空比。场效应MOS管Q16和Q17并联受PWM波信号控制导通或关断。电感LI和二级管D44构成降压BUCK变换电路主回路。R15为压敏电阻，过压和雷击时起保护作用。插座JP20(BAT_DISCHARG)连接储能蓄电池组放电端。
[0051]三极管Q15、电阻R17、稳压二极管D39、稳压二极管D40、R17、电容C17、二极管D41
构成受光伏电压控制的开关电路，当光伏电压高于稳压二极管D39、D40稳压管的电压时，三极管Q15开关管导通，光伏电压通过二极管D41传送至稳压集成电路Ul，Ul的输出电压作为时基电路U2的工作电压，时基电路U2开始工作。当光伏电压低于稳压二极管D39、D40的稳压值时，三极管Q15开关管关断，稳压集成电路Ul无输出电压，时基电路U2不工作，场效应管Q16、Q17断开，即光伏与插座JP2 (BAT_CHARG)相连的蓄电池充电端断开。
[0052]提高光伏输出电流的原理:根据单晶硅和多晶硅光伏的1-V (电流-电压)曲线和P-V(功率-电压)曲线(《GB/T6495.3-1996光伏器件第3部分:地面用光伏器件的测量原理以及标准光谱辐照度数据》和《GB/T6495.4-1996晶体硅光伏器件的1-V实测特性的温度和辐照度修正方法》中规定了 ι-ν电流-电压曲线测试与修正办法，并给出了示例曲线，硅光伏电池的1-V特性均与图7表现的特性一致，也是所有的硅光伏电池所具有相同的1-V特性趋势；图7为光伏组件生产商测试的单晶硅光伏90W组件的1-V和P-V特性曲线)可知，光伏的输出电压高于最大功率点电压时，从光伏开路电压降低至最大功率点电压，随着输出电压降低，光伏输出功率增加，光伏输出电流增加，连接蓄电池组，则给蓄电池组的充电电流增加；光伏输出电压在低于最大功率点电压高于蓄电池电压时，随着电压减小，输出电流略微增加，连接蓄电池组，则蓄电池的充电电流略微增加。
[0053]因为本离网光伏发电系统的多项负载设备的接入与断开组合情况比较多，使得光伏输出的电压和电流变动范围大。通过本光伏控制电路PWM波控制场效应管Q16、Q17的开通和关断，适当降低光伏组件的输出电压，使光伏输出电压为原输出电压的80?90%左右(根据线路长短、最大工作温度和损耗等确定)，则可以增加光伏组件的输出电流。
[0054]在本发明实施例中，所述DC-DC控制电路的电路原理图如图3所示。该电路的工作原理=DC-DC控制电路图中的插座JP4(DC12P为12V电压)通过断路器SI连至蓄电池组的放电端，即与图2的插座JP3相连，插座JP5的VD⑶Cl连接D⑶C模块的输入端，Vconl为主控系统输出的控制信号。当Vconl输出为5V以上的高电平时，NMOS场效应管Q6进入饱和状态，则Q1、Q3、Q5三个并联的PMOS场效应管导通，连接蓄电池放电端插座JP4的12V电压传送至D⑶C模块的输入端。当Vconl输出低于5V时，NMOS场效应管Q6进入截止状态，则Ql、Q3、Q5三个并联的PMOS场效应管截止，则与蓄电池放电端相连插座JP4输出的12V电压与DCDC模块的输入端断开。
[0055]将浮标离网光伏发电系统的所有负载按照系统性质分为常供电负载和分时供电负载，并按需分配工作时间，降低功率消耗。各负载系统供电区别对待，主控系统为设备控制核心，需要常供电，其包含的气象传感器和其它多种传感器定时采集数据；视频与摄像系统为受主机控制供电，夜晚时不工作，出现可疑目标时跟踪提取图像；卫星通信系统为受主控系统控制供电，定时接受卫星信号通信联络。声学特征等系统为受控供电。视频系统、卫星通信系统、声阵列系统等每个负载需要一个DCDC模块供电，每个DCDC模块的输入电源由一个DCDC控制电路控制，DCDC模块完成将12V蓄电池电压转变为各系统所需的5V、12V、24V电压的功能。
[0056]在本发明的实际应用过程中，在10米海洋浮标上，该离网光伏发电供给系统采用模块化电源便于组合扩展、光伏功率跟踪提高光伏组件发电输出功率等措施，达到带动大功率负载长时效(250W免维护)供电的效果。此外，本发明设计电源管理光伏控制电路，增大了光伏输出电流，提高了光伏利用效率，通过DC-DC控制电路对各负载分时供电，降低了负载平均功率。
[0057]在本发明实施例中，更具体的，所述光伏阵列接入浮标体内时每个电池组的充电口通过大功率肖特基整流二极管隔开，每个电池组的放电口通过大功率肖特基整流二极管隔开，且每个电池放电口都能够承受250W以上的输出；电池组的放电端采用环网连接方式连接到光伏控制器。
[0058]在本发明实施例中，电池组与光伏控制器的连接图如图4所示。工作原理:电池组使用20个12V500AH磷酸铁锂蓄电池，储能蓄电池组总安时数达10000AH，图4中仅画出8个蓄电池，其余蓄电池接法与图示BATl?8 —致。每个蓄电池内置两个大功率肖特基整流二极管，如图4中所示内置二极管的单个蓄电池原理图中D37、D38，大功率肖特基整流二极管D37作用是光伏防反向充电，大功率肖特基整流二极管D38作用是蓄电池并联时防止蓄电池间存在电压差而引起高电压蓄电池向低电压蓄电池放电。因此，蓄电池的放电端负极可以直接并联，正极公用可直接并联。其优点为储能蓄电池组可就近连接，简化了储能蓄电池组布线。
[0059]20个蓄电池的放电端并联成一串储能蓄电池组，首、尾蓄电池的正负极各连一对线至电池放电插座JP1 (BAT_DISCHARG)，形成环网连接。其优点是假如蓄电池之间正极或负极的连线有一根断开时，仍能保证所有储能蓄电池组正常工作，提高了电池的可靠性。插座JP10(BAT_DISCHARG)与图2光伏控制电路的插座JP20 (BAT_DISCHARG)相连，通过插座JPlO之后的断路器SI给D⑶C控制电路供电。另外插座JPlO (BAT_DISCHARG)接头为总输出电源，也给主控系统直接供电。
[0060]在本发明实施例中，更具体的，如图5和6所示，本发明的离网光伏供电系统还包括支架1、浮标甲板(图中省略视图)以及桅杆2 ;其中，所述光伏组件3设于所述支架I上，所述顶层光伏阵列31放置在桅杆2顶部平台周围，所述底层光伏阵列32由支架I托起并安装在距离浮标甲板3.0米高度的位置上，支架I使用若干个T型连接件4与桅杆2连接，桅杆2距甲板2.5m处开两个孔穿光伏阵列电缆进入浮标体内。
[0061]更具体的，为使连接更稳定，所述T型连接件4与桅杆2内部的加强筋对应连接。更具体的，为了避免光伏组件上积水，所述光伏发电组中各光伏组件3的水平倾角为5度。
[0062]相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果:
[0063](I)本发明设计了用于10米浮标的双层碟形结构的光伏阵列和大容量动力锂蓄电池为主的离网光伏发电供给系统，采用模块化电源便于组合扩展、光伏控制电路提高光伏组件发电输出电流等措施，达到带动大功率负载长时效(250W免维护)供电的效果。
[0064](2)本发明设计电源管理光伏控制电路，增大了光伏输出电流，提高了光伏利用效率，通过DC-DC控制电路对各负载分时供电，降低了负载平均功率。
[0065]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，包括光伏发电组、储能蓄电池组以及电源管理组；其中， 所述光伏发电组包括46块90W单晶硅光伏组件，所述光伏组件采用双层碟状结构，顶层光伏阵列由10块光伏组件分2组并联产生2路光伏阵列，底层光伏阵列由每4块光伏组件并联为I路共产生9路光伏阵列，每路光伏阵列配备I至2个500Ah的蓄电池，构成一个独立供电模块； 所述电源管理组包括用于改善光伏输出电流的光伏控制电路、用于将总输出电源电压变换出各个受控负载需求的电压并给受控负载供电的DC-DC模块、以及用于控制DC-DC模块通电以达到控制受控负载分时供电的DC-DC控制电路； 所述光伏发电组中各路光伏阵列均与光伏控制电路连接，所述光伏控制电路分别与DC-DC控制电路、储能蓄电池组连接，所述DC-DC控制电路与DC-DC模块连接。
2.如权利要求1所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述光伏控制电路包括光伏阵列的正负极接入端PV_Pos和PV_Neg，蓄电池充电正负极接入端POWER_Pos和POWER_Neg，用于稳定光伏阵列电压给PWM电路供电的稳压电源电路，改善光伏阵列输出电流的脉冲宽度调制PWM电路和降压BUCK变换电路主回路，受光伏电压控制的开关电路；其中， 所述光伏阵列正负极分别与PV_Pos和PV_Neg连接，所述储能蓄电池的充电正负极分别与 POWER_Pos 和 POWER_Neg 连接； 所述PV_Pos和PV_Neg与稳压电源电路连接，所述稳压电源电路、脉冲宽度调制PWM电路以及降压BUCK变换电路主回路依次连接，所述降压BUCK变换电路主回路与POWER_Pos和 POWER_Neg 连接。
3.如权利要求2所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述稳压电源电路包括输出电压12V的三端稳压集成电路U1，滤波电容C18、C21、C22 ； 所述脉冲宽度调制PWM电路包括时基集成电路U2、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C19、电容C20、场效应管Q16、场效应管Q17、二极管D42和D43 ； 所述降压BUCK变换电路主回路包括电感LI和二极管D44 ； 所述开关电路包括三极管Q15、电阻R17、稳压二极管D39、稳压二极管D40、压敏电阻R15、电容C17、二极管D41 ;其中， 所述三极管Q15的射极与PV_Pos连接、电容C16的正极连接，电容C16的负极连接在PV_Neg的输出电路a连接点上；所述三极管Q15的基极与电阻R17的I端连接，三极管Q15的集电极与二极管D41的正极连接；所述电阻R17的2端分别与稳压二极管D39的负极、电容C17的正极连接；所述稳压二极管D39的正极与稳压二极管D40的负极连接，所述稳压二极管D40的正极连接在PV_Neg的输出电路b连接点上；所述电容C17的负极连接在PV_Neg的输出电路c连接点上； 所述二极管D41的负极分别与滤波电容C18的正端、三端稳压集成电路Ul的第一端连接，所述三端稳压集成电路Ul的第三端分别与滤波电容C21的正极、C22的I端连接，所述滤波电容C18的负极、三端稳压集成电路Ul的第二端、滤波电容C21的负端、C22的2端汇合后连接在PV_Neg的输出电路d连接点上； 所述三端稳压集成电路Ul的第三端还分别与时基集成电路U2的VCC端、电阻R18的I端连接；所述时基集成电路U2的DISC端与二极管D42的正端、D43的负端、电阻R18的2端连接；所述二极管D43的正端与电阻R19的I端连接；所述二极管D42的负端与电阻R20的I端连接；电阻R19的2端与电阻R20的2端连接汇合，该汇合点的一输出线路与电容C19的I端连接，另一输出端分别与时基集成电路U2的THR和TRIG端连接；所述电容C19的2端连接在PV_Neg的输出电路e连接点上； 所述时基集成电路U2的CVOLT端与电容C20的I端连接，所述电容C20的2端连接在PV_Neg的输出电路f连接点上，所述时基集成电路U2的GND端连接在PV_Neg的输出电路g连接点上；所述时基集成电路U2的OUT端分别与电阻R21、R22的I端连接，所述电阻R22的2端与场效应管Q16的栅极连接；所述电阻R21的2端与场效应管Q17的栅极连接；所述场效应管Q16、Q17的源极并联连接在PV_Neg的输出电路h连接点上，场效应管Q16、Q17的漏极并联连接在PV_Neg的输出电路i连接点上；所述场效应管Q16、Q17设于PV_Neg的输出电路上，且位于PV_Neg的输出电路h、i连接点之间； 所述PV_Pos的输出端还分别与二极管D44的负极、P0WER_Pos输入端连接；所述场效二极管D44的正极连接在PV_Neg的输出电路j连接点上，所述PV_Neg的输出电路j连接点处的输出端与电感LI的I端连接，所述电感LI的2端与P0WER_Neg输入端连接； 所述连接点a、b、c、d、e、f、g、i以及j分别延电压的输入至输出方向依次设于PV_Neg的输出电路上。
4.如权利要求3所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述光伏控制电路还包括用于连接储能蓄电池组放电端的插座JP20，断路器SI以及连接DCDC控制电路的插座JP3 ;其中，所述PV_Pos的输出端与插座JP20输入端I脚连接；所述蓄电池组放电端的插座JP20还与断路器SI串联连接，通过断路器SI控制蓄电池放电端的电源输出；所述断路器SI与插座JP3连接。
5.如权利要求4所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述光伏控制电路还包括用于防止过压和雷击的压敏电阻R15，其中，所述PV_Pos的输出端还与压敏电阻R15的I端连接，所述压敏电阻R15的2端连接在PV_Neg的输出电路的一连接点上，且该连接点位于PV_Neg输出端与所述连接点a之间。
6.如权利要求5所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述光伏阵列接入浮标体内时每个电池组的充电口通过大功率肖特基整流二极管隔开，每个电池组的放电口通过大功率肖特基整流二极管隔开，且每个电池放电口都能够承受250W以上的输出；电池组的放电端采用环网连接方式连接到光伏控制器。
7.如权利要求6所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，该离网光伏供电系统还包括支架、浮标甲板以及桅杆；其中， 所述光伏组件设于所述支架上，所述顶层光伏阵列放置在桅杆顶部平台周围，所述底层光伏阵列由支架托起并安装在距离浮标甲板3.0米高度的位置上，支架使用若干个T型连接件与桅杆连接，桅杆距甲板2.5m处开两个孔穿光伏阵列电缆进入浮标体内。
8.如权利要求7所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述T型连接件与桅杆内部的加强筋对应连接。
9.如权利要求8所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述光伏发电组中各光伏组件的水平倾角为5度。
10.如权利要求9所述的用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，所述储能蓄电池组采用不小于10000AH容量磷酸铁锂储能蓄电池组。
【文档编号】H02S10/20GK104270066SQ201410339400
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李天福, 江学范, 沈宗根, 魏泉苗, 刘春玉 申请人:常熟理工学院