对具有极低能耗的太阳能电力系统进行控制的设计的利记博彩app
【专利说明】
【背景技术】
[0001 ] 商业上使用太阳能供电街道照明系统。太阳能供电街道照明系统以光的形式从太阳接收太阳能。太阳能电池板将可见光子转换成电力。电池系统存储电能，稍后可以根据需要从该电能中提取电力以对路灯供电。控制单元对输入至电池的电能和从电池输出的能量二者进行调节，以连同调节能量存储和照明开/关控制的其他基本功能一起防止电池发生过充电或过放电。为此，控制单元使用下述电路:其将DC电流转换为AC电流以用于电力输送，然后将AC电流转换回至DC电流以用于能量存储或者用于向LED照明器供电。控制单元还包括用于电压调节的脉宽调制器(PWM)。
[0002]传统的商业太阳能供电街道照明系统旨在能够在连续的三个阴雨天提供照明。然而，现有的商业太阳能供电路灯无法在某些正常和常见的情况下实现这一点。因此，布置有这样的太阳能供电路灯的街道常常处于黑暗。
【发明内容】
[0003]发明人对详尽揭示会(单独或共同地)导致上述问题的所有根本原因关键要点进行了研宄。相应地，他们还构想了解决每个独立的根本原因关键要点的设计，从而共同克服该问题。一个要点与控制单元的、用于DC-AC-DC转换、充电/放电电压调节以及电池保护的不间断能耗(每天24小时)有关。根据本文中所描述的发明原理，直接使用直流电流而无需转换器或调节器，从而以无源形式保护电池。此外，控制单元仅执行切换功能。因此，该系统消耗极少量的能量，如在本专利公开内容中所公开的。
[0004]提供本概述来以简化形式介绍构思的选择，下面将会在【具体实施方式】中进一步描述该构思。本概述不意在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在被用于辅助确定所要求保护的主题的范围。
【附图说明】
[0005]为了描述其中能够获得上述及其他优点和特征的方式，将通过参照附图来呈现各种实施方式的更加具体的描述。要理解的是，这些附图仅描绘了样本实施方式并且因此不被认为限制本发明的范围，将通过使用附图、以附加的特征和细节来描述和解释实施方式，在附图中:
[0006]图1抽象地示出了根据本文中所描述的原理的太阳能电池板照明器系统；
[0007]图2示出了从导通状态转换至关断状态的开关的示例，所述开关将电源连接至设置驱动器/触发器并且将电源从重置驱动器/触发器断开；
[0008]图3示出了从关断状态切换至导通状态的开关的示例，所述开关将电源连接至重置驱动器/触发器并且将电源从设置驱动器/触发器断开；以及
[0009]图4示出了使用两个锁存继电器作为开关的所设计控制箱的示例，所述控制箱包括数据获取电路、逻辑判定电路，设置驱动器触发电路和重置驱动器触发电路、以及设置驱动器电路和重置驱动器电路。
【具体实施方式】
[0010]传统的商业太阳能照明器系统旨在能够在三个连续雨天提供照明。但是，现有的商业太阳能供电路灯无法在某些正常和常见的情况下实现该目标(本文中被称为“所述问题”)。
[0011]发明人对详尽揭示会(单独或共同地)导致具有所述问题的所有根本原因关键要点进行了研宄。所发现的根本原因关键要点涉及:(I)不正确的太阳能电池板定向，这使实际采集到的太阳能大大降低(与在太阳能电池板被正确定向时所接收到的太阳能进行比较)；(2)照明器没有工作于电池端电压的整个范围内；因此，电池中所存储的能量的仅一部分能够被用于照明；(3)相关联的控制单元每天24小时执行DC-AC-DC转换、调节充电/放电电压以及保护电池，从而每天消耗显著(大)量的能量，导致在晴天的净能量增益非常小或者导致在阴天的能量亏损非常大；以及(4)将失配-子系统集成到所述系统中的实践。
[0012]发明人已经开发出解决每个根本原因关键要点的设计，从而共同克服问题。一个要点与控制单元的不间断(每天24小时)的过度能耗(被列为四个根本原因中的第三个)有关。发明人发现如下方式:直接使用直流(DC)形式的电能而无需转换器或调节器，从而以无源形式保护电池，并且设计控制单元使得控制单元执行仅切换功能。因此，控制单元消耗极少量的能量。在本文中将进一步描述用以减轻该根本原因的控制器设计。
[0013]太阳能照明器系统包括四个子系统，包括:1)太阳能电池板，其接收源自太阳的光子并且将相应光子能量的一部分转换成电力；2)电池，其接收并存储由太阳能电池板生成的电力；3)照明器，当照明器发光时消耗来自电池的电力；以及4)控制单元。传统的控制单元控制若干事件，包括:(a)何时开启和关闭照明器；(b)何时启动和停止电池充电；以及(c)DC-AC-DC转换的执行；(d)为进行电池充电/放点而对电压进行调节；以及(e)保护电池免于过充电或过放电状况。当与构建在无源网络内的照明器结合(在于2011年12月6日提交的共同未决、共同转让的专利申请序号13/312,902中所描述的，其全部内容通过引用并入本文中)时，控制单元不仅执行以上描述的功能，而且还控制在照明器开启时向照明器提供多少电力。
[0014]因此，本文中所描述的控制单元可以被分成两部分。所述两部分中的一个部分(下文中被称为“第一部分”)被称为“控制箱”或“控制器”。该部分涉及如下电路设计:控制开关的动作；以及执行上述的前两个功能，即(a)何时开启和关闭照明器以及(b)何时启动和停止电池充电。下面将进一步详细描述关于第一部分的设计和装置。
[0015]控制单元的第二部分(下文中被称为“第二部分”)被构建到LED照明器中(并且作为LED照明器的一部分)，如在先前通过引用并入本文中的相关专利申请中所描述的那样。控制单元的这个第二部分(通过使用LED和电阻器联网)不仅能够在整个电池电压范围内以DC形式操作照明器，而无需任何的DC-AC-DC转换或充电/放电电压调节；而且第二部分还能够控制在照明器开启时向照明器提供多少电力；并且在被适当设计时还能够保护电池免于过充电或过放电状况。控制单元的这个第二部分涉及使用所发明的LED和电阻器联网来修改LED照明器的1-V特性这一构思。这与控制单元的第一部分有很大不同，该第一部分利用电路设计来控制开关的动作。因此，在先前通过引用并入本文中的相关专利申请中进一步详细描述了控制单元的第二部分，而本专利申请的重点是控制器的第一部分。
[0016]控制单元包括(I)如本文中所描述的所发明的控制箱或“控制器”(被称为“第一部分”)；以及(2)新型LED照明器设计(如在先前通过引用并入本文中的相关专利申请中所描述的，在本文中被称为“第二部分”)，其使用所发明的LED和电阻器联网来修改LED照明器的1-V特性。构建原型以验证能够实际上在整个电池能量存储范围内直接以DC形式(无需DC-AC-DC转换)操作这些照明器。所述系统还能够提高系统在电池能量存储被耗尽以提供上述所需的亮度时的功效。换句话说，新型系统能够连续地(和/或逐步地)提高在电池能量存储被耗尽时的功效；并且还能够高效地利用电池的全部能量存储容量。此夕卜，还验证了这些原型能够保护电池免于过充电或过放电。这些原型(构建有控制单元的第二部分)验证了控制单元能够在长期连续阴天提供额外的照明持久力；即使在使用与传统商业系统相同的太阳能电池板和电池时也如此。
[0017]由于上述所设计的LED照明器还能够提供保护电池免于过充电或过放电的功能，因此控制单元的第一部分即控制箱能够免于其传统的“电池保护”责任以及DC-AC-DC转换和电压调节(这消耗大量的能量)。因此，本文中所描述的控制箱仅消耗少量的能量，这是因为控制箱可以专用于切换，而不用于电池保护、DC-AC-DC转换或电压调节。
[0018]下面进一步详细描述控制单元的控制箱部分，即针对以下情况仅执行切换功能的控制箱:1)从太阳能电池板对电池进行充电或不充电，或者2)将电池电力释放或不释放至LED照明器以用于照明。
[0019]已经描述了本文中所描述的实施方式的一般原理，现在将针对图1至图4来描述示例性实施方式本身。
[0020]图1示出了太阳能供电照明器系统100，其包括诸如电池110、太阳能电池板120、照明器130和控制器140等的四个子系统。源自太阳的光入射到太阳能电池板120上。太阳能电池板120可以是单个太阳能电池板或太阳能电池板网。另外，太阳能电池板可以是现有的太阳能电池板，或者可以是将来开发的太阳能电池板。然而，如上面所提到的，即使使用现有的太阳能电池板也可以获得改进的性能。太阳能电池板120以特定效率将至少一部分入射光转换成电力，其中该特定效率可能随太阳能电池板的类型而变化。
[0021]能量采集路由电路121被配置成在如图所示太阳能电池板120和电池110被耦接时，将电力从太阳能电池板110路由至电池120。以此方式，能量采集路由电路121将来自太阳能电池板120的电力引导至电池110以对电池进行充电，并且由此增加了电池的在晴天条件期间的能量存储。尽管电池120可以是任意类型的电池，然而本文中所描述的原理即使在使用与传统太阳能照明器系统相同的电池的情况下也实现了改进的性能。实际上，本文中所描述的原理可以扩展到如下情况:在该情况下，元件110是由电网支持的诸如电源装置的任何电能源。在