專利名稱：光伏電源控制器及光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏電源控制器和采用該控制器的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。本實(shí)用新型還涉及一種獨(dú)立太陽(yáng)能光伏式農(nóng)業(yè)大棚。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，常規(guī)化石能源日漸枯竭，對(duì)可再生能源的開發(fā)和利用迫在眉睫。 傳統(tǒng)太陽(yáng)能發(fā)電是利用太陽(yáng)能的熱效應(yīng)來(lái)加熱工作介質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓的水蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的。然而太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的能量利用效率低、系統(tǒng)龐大復(fù)雜且成本較高。隨著技術(shù)的進(jìn)步，太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本越來(lái)越低，并已進(jìn)入大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用階段， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)較太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的能量利用效率高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單。常規(guī)的光伏電源控制器含太陽(yáng)能輸入端、蓄電池端、負(fù)載輸出端，其內(nèi)部簡(jiǎn)化電氣結(jié)構(gòu)示意圖如


圖1，圖中L是蓄能電感、D是續(xù)流和防反充二極管、Ql和Q2是電子開關(guān)(功率場(chǎng)效應(yīng)管)、C是蓄能電容器、Rl和R2是分壓電阻。Ql受智能芯片的控制信號(hào)Pl的作用可反復(fù)通/斷，并可實(shí)現(xiàn)蓄電池的充電和過(guò)充電保護(hù)功能，以及最大功率點(diǎn)(MPPT)功能； Q2受智能芯片的控制信號(hào)P2的作用可通/斷，實(shí)現(xiàn)蓄電池的放電和過(guò)放電保護(hù)功能。這使得在負(fù)載白天不用電或用電量很少的情況下，太陽(yáng)能白天發(fā)的電能通過(guò)控制器太陽(yáng)能輸入端、經(jīng)控制器DC-DC變換電路輸出，絕大部分充進(jìn)蓄電池存儲(chǔ)，再在夜間供給負(fù)載，這樣在蓄電池的充放電過(guò)程中產(chǎn)生大量的電能庫(kù)侖損失(由蓄電池的充放電化學(xué)反應(yīng)特性產(chǎn)生)；并且當(dāng)蓄電池充滿電實(shí)行過(guò)充電保護(hù)時(shí)，使并聯(lián)在電路中的場(chǎng)效應(yīng)管Ql連通將太陽(yáng)能短接(或者使被串聯(lián)在電路中的Ql斷開)，使得太陽(yáng)能發(fā)的電不能被利用，造成電能浪費(fèi)。同時(shí)在負(fù)載白天用電過(guò)程中因光線變化導(dǎo)致太陽(yáng)能發(fā)電量不穩(wěn)定的情況下，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)蓄電池電能的時(shí)充時(shí)放現(xiàn)象，這不但增加電能的庫(kù)侖損失，降低光伏發(fā)電利用效率，還會(huì)導(dǎo)致蓄電池使用壽命縮短。隨著技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求，節(jié)能直流電器產(chǎn)品越來(lái)越普及，低壓直流獨(dú)立光伏式發(fā)電系統(tǒng)也越來(lái)越多。設(shè)計(jì)時(shí)為保證系統(tǒng)自給天數(shù)和可靠性時(shí)，一般將太陽(yáng)電池的功率和蓄電池的容量都設(shè)計(jì)的較大，但太陽(yáng)能發(fā)的電能大部分被充進(jìn)蓄電池儲(chǔ)存、再在用電時(shí)供給負(fù)載，僅有小部分可直接供給負(fù)載使用，這過(guò)程有大量的電能庫(kù)侖損失，尤其在負(fù)載白天不用電(如照明系統(tǒng))或很少用電的低壓直流光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電能的庫(kù)侖損失量更大，如圖2所示，圖中虛心箭頭表示白天時(shí)太陽(yáng)能發(fā)電及系統(tǒng)用電情況，圖中實(shí)心箭頭表示夜間系統(tǒng)用電情況。常規(guī)的太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)大棚只是利用太陽(yáng)光的光照條件和熱效應(yīng)，利用溫室原理，在不利氣候條件下制造一個(gè)有助于作物生長(zhǎng)的室內(nèi)環(huán)境，甚至在特定情況下需要用到電輔助加熱升溫、通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、植物生長(zhǎng)燈照明等，所以需要消耗較多的電能，并且農(nóng)業(yè)大棚一般建在地域空曠的地方，引電不方便
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能減少電能庫(kù)侖損失，提高電能利用效率的光伏電源控制器；本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供一種能減少電能庫(kù)侖損失，提高電能利用效率，減少系統(tǒng)蓄電池的配置容量和設(shè)備投入，提高蓄電池使用壽命的光伏發(fā)電系統(tǒng)；本實(shí)用新型的第三個(gè)目的在于提供一種能獨(dú)立供電，提高電能利用效率，減少蓄電池和逆變器的配置容量，降低設(shè)備成本的獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚。為了達(dá)到第一個(gè)目的，本實(shí)用新型提供一種光伏電源控制器，包括光伏電源控制電路，所述光伏電源控制電路設(shè)有太陽(yáng)能輸入端、太陽(yáng)能直流輸出端、蓄電池負(fù)載輸出端和蓄電池端，所述光伏電源控制電路包括由電感Li、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、續(xù)流二極管Dl和蓄能電容器Cl電性連接組成的DC-DC變換電路，以及由充電回路和放電回路組成的蓄電池充放電電路，所述充電回路由場(chǎng)效應(yīng)管Q4、防逆流二極管D2、電阻R3和電阻R4電性連接組成，所述放電回路由場(chǎng)效應(yīng)管Q5和防逆流二級(jí)管D3電性連接組成。本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述光伏電源控制電路為共負(fù)極電路或者共正極電路。本實(shí)用新型光伏電源控制器，既可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤功能、蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電保護(hù)功能，又可令太陽(yáng)光線明亮?xí)r使用太陽(yáng)能直流輸出端的負(fù)載用電量?jī)H來(lái)自太陽(yáng)能電能的DC-DC變換輸出，同時(shí)在夜間或光線昏暗時(shí)蓄電池又可為太陽(yáng)能直流輸出端供電； 這樣使得在白天負(fù)載用電量大的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對(duì)蓄電池充放電過(guò)程中的電能庫(kù)侖損失量大大減少，提供了系統(tǒng)電能利用效率，也可減少系統(tǒng)蓄電池的配置容量和設(shè)備投入，同時(shí)可減少蓄電池白天的時(shí)充時(shí)放電現(xiàn)象，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。為了達(dá)到第二個(gè)目的，本實(shí)用新型還提供一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池組件、直流負(fù)載、交流負(fù)載、蓄電池，還包括分別與太陽(yáng)能電池組件、直流負(fù)載、交流負(fù)載、蓄電池電性連接的光伏電源控制器，所述光伏電源控制器的太陽(yáng)能輸入端與太陽(yáng)能電池組件電性連接，所述光伏電源控制器的太陽(yáng)能直流輸出端與直流負(fù)載電性連接，所述光伏電源控制器的蓄電池負(fù)載輸出端依次與逆變器、交流負(fù)載電性連接，所述光伏電源控制器的蓄電池端與蓄電池電性連接。本實(shí)用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)，既可為直流負(fù)載提供直流電源，又可為交流負(fù)載提供交流電源，增強(qiáng)了用電的靈活性；同時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)光線明亮?xí)r使用直流輸出端的負(fù)載用電量?jī)H來(lái)自太陽(yáng)能電能的DC-DC變換輸出，在夜間或光線昏暗時(shí)蓄電池又可為直流輸出端供電； 這使得在白天負(fù)載用電量大的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池充放電過(guò)程中的電能庫(kù)侖損失量大量減少，提高了系統(tǒng)電能利用效率，也可減少系統(tǒng)蓄電池的配置容量和設(shè)備投入；也可盡量避免負(fù)載在白天用電時(shí)因太陽(yáng)能發(fā)電量不穩(wěn)定而導(dǎo)致的蓄電池時(shí)充時(shí)放現(xiàn)象。為了達(dá)到第三個(gè)目的，本實(shí)用新型還提供一種獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，包括農(nóng)業(yè)大棚和光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述農(nóng)業(yè)大棚設(shè)有通風(fēng)換氣窗、側(cè)面采光玻璃窗和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)向通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈、加熱升溫等用電設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。所述太陽(yáng)能電池組件為可透光結(jié)構(gòu)，并作為農(nóng)業(yè)大棚的采光頂。所述農(nóng)業(yè)大棚的采光頂是斜坡式結(jié)構(gòu)。所述農(nóng)業(yè)大棚的四周圍墻是熱阻較大的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。[0018]所述光伏發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)大棚是一體化安裝結(jié)構(gòu)。所述獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚還包括用電優(yōu)化系統(tǒng)，所述用電優(yōu)化系統(tǒng)將負(fù)載分為白天電負(fù)載和夜間電負(fù)載，所述白天電負(fù)載包括通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈助長(zhǎng)照明系統(tǒng)；所述夜間電負(fù)載包括加熱升溫、LED植物生長(zhǎng)燈助長(zhǎng)照明系統(tǒng)。本實(shí)用新型獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，充分結(jié)合了交/直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)大棚兩者供電和用電的互補(bǔ)性；節(jié)約了交/直流光伏系統(tǒng)太陽(yáng)電池組件的安裝場(chǎng)地，節(jié)省了農(nóng)業(yè)大棚的采光頂材料，可透光的太陽(yáng)電池組件既能吸收光能發(fā)電，又能透過(guò)光線為作物的生長(zhǎng)提供合適的光照條件，同時(shí)可阻擋過(guò)多的對(duì)作物和人體有害的紫外線進(jìn)入農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部；交/直流光伏發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)大棚一體化設(shè)計(jì)和安裝提高了兩者的使用性能；此外，農(nóng)業(yè)大棚的用電量主要其中在白天，使得交/直流光伏發(fā)電系統(tǒng)一邊發(fā)電、一邊對(duì)外供電，蓄電池只要儲(chǔ)存少量電能供農(nóng)業(yè)大棚夜間使用，即使得大部分電能沒有經(jīng)過(guò)蓄電池的庫(kù)侖損失而直接供給負(fù)載，系統(tǒng)供電和用電效率得到提高，同時(shí)也減少了交/直流光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池和逆變器的配置容量，降低成本。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1是常規(guī)光伏電源控制器的電路原理圖圖2是常規(guī)低壓直流光伏發(fā)電系統(tǒng)的示意圖圖3是本實(shí)用新型光伏電源控制器共負(fù)極的電路原理圖圖4是本實(shí)用新型光伏電源控制器共正極的電路原理圖圖5是本實(shí)用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能供電示意圖圖6是本實(shí)用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池供電示意圖圖7是本實(shí)用新型獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚的結(jié)構(gòu)示意圖圖8是本實(shí)用新型獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚的電氣框圖圖中標(biāo)示說(shuō)明10-光伏電源控制電路；Il-DC-DC變換電路；12-蓄電池充放電電路；13-太陽(yáng)能輸入端；14-太陽(yáng)能直流輸出端；15-蓄電池端；16-蓄電池負(fù)載輸出端； 20-農(nóng)業(yè)大棚；21-通風(fēng)換氣窗；22-門；23-圍墻；24-玻璃窗；25-采光頂；
具體實(shí)施方式
如圖3所示為本實(shí)用新型光伏電源控制器共負(fù)極的電路原理圖，具體包括太陽(yáng)能輸入端13、太陽(yáng)能直流輸出端14、蓄電池端15、蓄電池負(fù)載輸出端16、電感Li、場(chǎng)效應(yīng)管 Q3、續(xù)流二極管D1、蓄能電容器Cl、場(chǎng)效應(yīng)管Q4、防逆流二極管D2、防逆流二極管D3、電阻 R3、電阻R4、場(chǎng)效應(yīng)管Q5。電波信號(hào)P4、P5是受電路的主控智能芯片控制的數(shù)字邏輯控制信號(hào)，電波信號(hào)P3是受主控智能芯片控制的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。由電感Li、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、續(xù)流二極管Dl、蓄能電容器Cl構(gòu)成DC-DC變換電路11負(fù)責(zé)將太陽(yáng)能輸入的電能變換為一合適的電能輸出給后級(jí)電路。
具體實(shí)施方式
如下1、當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管Q3受信號(hào)P3控制而導(dǎo)通時(shí)，太陽(yáng)能電能經(jīng)電感Ll和場(chǎng)效應(yīng)管Q3構(gòu)成回路(后級(jí)電路被場(chǎng)效應(yīng)管Q3短路)、為電感Ll充電，電感Ll的a端為正、b端為負(fù)；2、當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管Q3受信號(hào)P3控制而突然截止時(shí)，由電磁感應(yīng)定律知電感Ll會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻礙其自身磁通量減少的反向感生電動(dòng)勢(shì)，使得電感Ll的a端為負(fù)、b端為正，恰好得到一個(gè)由電感Ll的感生電動(dòng)勢(shì)與太陽(yáng)能電源串聯(lián)的電壓，通過(guò)續(xù)流二極管Dl給蓄能電容器Cl充電；3、由于續(xù)流二極管Dl的單向?qū)ㄐ?，使得蓄能電容器Cl上的電能不會(huì)倒回至DC-DC回路、并儲(chǔ)存在蓄能電容器Cl上；4、快速重復(fù)步驟1和2，由智能芯片并依照b點(diǎn)的電壓調(diào)整PWM信號(hào)P3的占空比，即可在蓄能電容器Cl上得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。同時(shí)，由電感Li、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、續(xù)流二極管D1、蓄能電容器Cl構(gòu)成的DC-DC變換電路11可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)功能。由全電路歐姆定律知當(dāng)外部電路的有效輸入電阻等于該電路電源的內(nèi)阻時(shí)，該外部電路從電源獲得的功率最大，也即電源的輸出功率最大。通過(guò)調(diào)整PWM信號(hào)P3的占空比，令場(chǎng)效應(yīng)管Q3調(diào)整單位時(shí)間流入DC-DC電路的電能，使得DC-DC變換電路的輸入電阻與太陽(yáng)能輸入端的太陽(yáng)能電池組件的內(nèi)阻相等， 使太陽(yáng)能電池組件輸出功率最大。實(shí)際操作時(shí)，可采用恒定電壓控制法、觀測(cè)擾動(dòng)法、導(dǎo)納增量法、基于梯度變步長(zhǎng)的導(dǎo)納增量法等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)MPPT功能。由上可知，太陽(yáng)能直流輸出端(即電容器Cl兩端)可維持一個(gè)輸出電壓穩(wěn)定、輸出功率最大的直流電源。此外，由場(chǎng)效應(yīng)管Q4、防逆流二極管D2、電阻R3、電阻R4、場(chǎng)效應(yīng)管Q5構(gòu)成蓄電池充放電電路12，充電回路由場(chǎng)效應(yīng)管Q4、防逆流二極管D2、電阻R3和電阻R4電性連接組成，放電回路由場(chǎng)效應(yīng)管Q5和防逆流二級(jí)管D3電性連接組成。d點(diǎn)的電流(即電容器兩端的電能)可由導(dǎo)通的場(chǎng)效應(yīng)管Q4、二極管D2流至e點(diǎn)，同時(shí)流至e點(diǎn)的電流既可流入蓄電池、對(duì)蓄電池充電，也可由導(dǎo)通的場(chǎng)效應(yīng)管Q5對(duì)外放電；防逆流二級(jí)管D2的作用是使得蓄電池不會(huì)通過(guò)蓄電池的充電回路放電，防逆流二級(jí)管D3的作用是使得c點(diǎn)的電能不會(huì)通過(guò)蓄電池的放電回路給蓄電池充電。由電阻R3和電阻R4串聯(lián)構(gòu)成的分壓電路可對(duì)d點(diǎn)的電壓采樣得電壓Vf，智能芯片通過(guò)判斷Vf值和基準(zhǔn)電壓大小的關(guān)系，輸出相應(yīng)的信號(hào)P4和P5控制場(chǎng)效應(yīng)管Q4和Q5 導(dǎo)通或截止，實(shí)現(xiàn)蓄電池的過(guò)充過(guò)放保護(hù)。具體實(shí)施如下1、當(dāng)蓄電池電壓過(guò)高時(shí)，信號(hào)P4 控制場(chǎng)效應(yīng)管Q4斷開進(jìn)行蓄電池的過(guò)充電保護(hù)；2、當(dāng)蓄電池的電壓過(guò)低時(shí)，信號(hào)P5控制場(chǎng)效應(yīng)管Q5斷開進(jìn)行蓄電池的過(guò)放電保護(hù)；3、當(dāng)蓄電池電壓被充電到一定值(過(guò)放恢復(fù)電壓)時(shí)，信號(hào)P5控制Q5導(dǎo)通使蓄電池可對(duì)外供電。如圖3所示，該光伏電源控制器共負(fù)極電路可使得太陽(yáng)能電池組件在太陽(yáng)光強(qiáng)度高時(shí)產(chǎn)生的電能，一部分從太陽(yáng)能直流輸出端輸出，另一部分電能經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q4、防逆流二極管D2給蓄電池充電，或再經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管Q5輸出給蓄電池負(fù)載輸出端。由于本充電電路設(shè)計(jì)特性使充電電壓等于蓄電池過(guò)充保護(hù)電壓時(shí)，即d點(diǎn)的電壓大于e點(diǎn)的電壓，c點(diǎn)電壓大于e點(diǎn)的電壓，所以在太陽(yáng)光線明亮?xí)r，太陽(yáng)能直流輸出端的電能僅是來(lái)自該光伏電源控制電路的DC-DC變換電路輸出。圖5是本實(shí)用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能供電示意圖，圖中虛心箭頭表示電能的流向情況。如圖3所示，在太陽(yáng)光強(qiáng)度不高或黑夜時(shí)，太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)電量少或不產(chǎn)電，滿足不了負(fù)載用電需求量，此時(shí)相當(dāng)于外部負(fù)載電阻小，電源內(nèi)部電阻大，由全電路歐姆定律知，DC-DC變換電路11的d點(diǎn)輸出電壓下降并低于e點(diǎn)電壓(即c點(diǎn)電壓低于蓄電池電壓)，所以蓄電池可通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q5、防逆流二極管D3經(jīng)c點(diǎn)向太陽(yáng)能直流輸出端供電。同時(shí)， DC-DC變換電路11的續(xù)流二極管Dl可防止蓄電池電流逆流，且d點(diǎn)電壓低于e點(diǎn)電壓，故不能給蓄電池充電。同時(shí)，蓄電池還可通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管Q5經(jīng)蓄電池負(fù)載輸出端對(duì)外(即逆變器)供電。圖6是本實(shí)用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池供電示意圖，圖中虛心箭頭表示電能的流向情況。如圖4所述示，本實(shí)用新型光伏電源控制器共負(fù)極電路與上述共正極電路的結(jié)構(gòu)相似，僅是部分電子元器件連接方向變化，本實(shí)用新型光伏電源控制器共負(fù)極電路的分析類同上述，在此不在贅述。如圖7所示，農(nóng)業(yè)大棚20采用斜坡式結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能電池組件安裝于農(nóng)業(yè)大棚20頂部，太陽(yáng)能電池組件采用可透光結(jié)構(gòu)、并作為農(nóng)業(yè)大棚20的采光頂25 ；太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)大棚20 —體化設(shè)計(jì)、安裝，農(nóng)業(yè)大棚20設(shè)有通風(fēng)換氣窗21、用于側(cè)面采光的玻璃窗24、門22和圍墻23，圍墻23采用熱阻較大的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，側(cè)面采光玻璃窗M可被電驅(qū)動(dòng)打開或關(guān)閉；農(nóng)業(yè)大棚20設(shè)有電輔助通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、 LED植物生長(zhǎng)燈、加熱升溫等用電設(shè)備。白天時(shí)太陽(yáng)能電池組件受太陽(yáng)光輻射發(fā)電，通過(guò)光伏控制器供給用電負(fù)載或給蓄電池充電；太陽(yáng)能電池組件既可吸收紫外線和強(qiáng)光、保護(hù)農(nóng)業(yè)大棚20內(nèi)部作物，還可透過(guò)太陽(yáng)光滿足農(nóng)業(yè)大棚20內(nèi)部作物生長(zhǎng)需要的光照。白天農(nóng)業(yè)大棚氣溫高時(shí)，通過(guò)電驅(qū)動(dòng)通風(fēng)換氣窗或玻璃窗將農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部高溫空氣排出，并利用流動(dòng)的空氣散熱降溫；還可通過(guò)澆灌噴淋，以水降溫(水蒸發(fā)時(shí)吸熱)。由于作物的光合作用，農(nóng)業(yè)大棚20內(nèi)的CO2含量逐漸降低，并影響作物的光合作用效率和作物的生長(zhǎng)速率，故需要及時(shí)通風(fēng)換氣，保證農(nóng)業(yè)大棚20內(nèi)的空氣質(zhì)量。白天時(shí)盡量完成農(nóng)業(yè)大棚20內(nèi)作物的澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、通風(fēng)換氣的作業(yè)。同時(shí)白天也進(jìn)行LED植物生長(zhǎng)燈進(jìn)行作物助長(zhǎng)照明，LED植物生長(zhǎng)燈主要發(fā)出作物生長(zhǎng)需要的紅藍(lán)光，加強(qiáng)作物的光和作用來(lái)達(dá)到作物助長(zhǎng)的目的；LED植物生長(zhǎng)燈采用低壓直流驅(qū)動(dòng)，光效高、壽命長(zhǎng)，非常省電，可M小時(shí)工作，并可依外界光線自動(dòng)調(diào)整亮度。夜間氣溫降低時(shí)，可通過(guò)農(nóng)業(yè)大棚20內(nèi)電輔助加熱升溫設(shè)備升高室內(nèi)氣溫，達(dá)到作物生長(zhǎng)的合適溫度，同時(shí)夜間也采用LED植物生長(zhǎng)燈給農(nóng)業(yè)大棚20內(nèi)作物輔助光照，加速作物的生長(zhǎng)。如圖8所示為獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚的電氣框圖，交/直流光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)直流母線、交流母線提供直流電源和交流電源給農(nóng)業(yè)大棚，農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)有電輔助通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈、加熱升溫用電設(shè)備。直流電源是引自光伏電源控制器的太陽(yáng)能直流輸出端(當(dāng)用電電壓和太陽(yáng)能系統(tǒng)電壓不匹配時(shí)，直流電源可引自連接在光伏電源控制器的太陽(yáng)能直流輸出端的DC-DC變換電路輸出端)；交流電源是引自光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器輸出端。由于現(xiàn)行市場(chǎng)及技術(shù)，交流用電設(shè)備種類多、技術(shù)成熟，直流用電設(shè)備種類少、技術(shù)有待發(fā)展，但直流用電比交流用電效率高，故農(nóng)業(yè)大棚的電輔助通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈、加熱升溫用電設(shè)備可依具體特性，選擇不同的工作電源。如LED植物生長(zhǎng)燈因LED燈珠是低壓直流工作的，故可選擇直流電源。又如通風(fēng)換氣及降溫設(shè)備采用直流變頻驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)、加熱升溫設(shè)備采用低壓安全的直流電源等。同時(shí)采用了用電優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效地優(yōu)化農(nóng)業(yè)大棚各用電設(shè)備的工作時(shí)間段， 如電輔助通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈盡量在白天工作，電輔助加熱升溫、LED植物生長(zhǎng)燈在夜間工作，使得農(nóng)業(yè)大棚的用電量大部分集中在白天，并盡量采用直流電源工作，從而減少了電能的庫(kù)侖損失和逆變損失，也可減少交直流光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池和逆變器的配置容量，減少設(shè)備投入費(fèi)用，還減少了蓄電池白天的時(shí)充時(shí)放電現(xiàn)象、延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，最終大幅度的節(jié)約了系統(tǒng)成本。采用本實(shí)用新型光伏電源控制器的交/直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和應(yīng)用該系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚，可有效減少電能庫(kù)侖損失、提高用電效率，降低系統(tǒng)的蓄電池和逆變器的配置容量、 減少設(shè)備投入費(fèi)用。交直流光伏發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)大棚一體化設(shè)計(jì)及安裝，節(jié)省了太陽(yáng)能安裝場(chǎng)地和農(nóng)業(yè)大棚的采光頂材料，太陽(yáng)能電池組件即可發(fā)電、濾除紫外線，又可透光、促進(jìn)作物生長(zhǎng)。結(jié)合交直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)大棚的電輔助通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈、加熱升溫等用設(shè)備，可在不利氣候條件下為農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的作物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，加速作物的生長(zhǎng)速度，并可使作物反季節(jié)生產(chǎn)，提高作物生產(chǎn)效益。以上是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本實(shí)用新型創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光伏電源控制器，包括光伏電源控制電路(10)，所述光伏電源控制電路(10)設(shè)有太陽(yáng)能輸入端(13)、太陽(yáng)能直流輸出端(14)、蓄電池負(fù)載輸出端(16)和蓄電池端(15)， 其特征在于所述光伏電源控制電路(10)包括由電感Li、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、續(xù)流二極管Dl和蓄能電容器Cl電性連接組成的DC-DC變換電路(11)，以及由充電回路和放電回路組成的蓄電池充放電電路(1 ，所述充電回路由場(chǎng)效應(yīng)管Q4、防逆流二極管D2、電阻R3和電阻R4電性連接組成，所述放電回路由場(chǎng)效應(yīng)管Q5和防逆流二級(jí)管D3電性連接組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電源控制器，其特征在于所述光伏電源控制電路(10) 為共負(fù)極電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電源控制器，其特征在于所述光伏電源控制電路(10) 為共正極電路。
4.一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池組件、直流負(fù)載、交流負(fù)載、蓄電池，其特征在于還包括分別與太陽(yáng)能電池組件、直流負(fù)載、交流負(fù)載、蓄電池電性連接的如權(quán)利要求1 所述的光伏電源控制器，所述光伏電源控制器的太陽(yáng)能輸入端與太陽(yáng)能電池組件電性連接，所述光伏電源控制器的太陽(yáng)能直流輸出端與直流負(fù)載電性連接，所述光伏電源控制器的蓄電池負(fù)載輸出端依次與逆變器、交流負(fù)載電性連接，所述光伏電源控制器的蓄電池端與蓄電池電性連接。
5.一種獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，包括農(nóng)業(yè)大棚00)和光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述農(nóng)業(yè)大棚00) 設(shè)有通風(fēng)換氣窗01)、門(22)、圍墻和側(cè)面采光玻璃窗(M)，其特征在于所述光伏發(fā)電系統(tǒng)采用如權(quán)利要求4所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)向通風(fēng)換氣及降溫、 澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈、加熱升溫等用電設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，其特征在于所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池組件為可透光結(jié)構(gòu)，并作為農(nóng)業(yè)大棚00)的采光頂05)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，其特征在于所述農(nóng)業(yè)大棚OO)的采光頂05)是斜坡式結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，其特征在于所述農(nóng)業(yè)大棚OO)的圍墻03)是熱阻較大的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，其特征在于所述光伏發(fā)電系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)大棚OO)是一體化安裝結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9項(xiàng)任一所述的獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚，其特征在于還包括用電優(yōu)化系統(tǒng)，所述用電優(yōu)化系統(tǒng)將負(fù)載分為白天電負(fù)載和夜間電負(fù)載，所述白天電負(fù)載包括通風(fēng)換氣及降溫、澆灌噴淋、濕度調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)、LED植物生長(zhǎng)燈助長(zhǎng)照明系統(tǒng)；所述夜間電負(fù)載包括加熱升溫、LED植物生長(zhǎng)燈助長(zhǎng)照明系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光伏電源控制器，包括光伏電源控制電路，其設(shè)有太陽(yáng)能輸入端、太陽(yáng)能直流輸出端、蓄電池負(fù)載輸出端和蓄電池端，光伏電源控制電路包括DC-DC變換電路和蓄電池充放電電路；本實(shí)用新型具有蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電保護(hù)功能，能減少電能庫(kù)侖損失，提高電能利用效率。本實(shí)用新型還公開了一種采用上述光伏電源控制器的光伏發(fā)電系統(tǒng)；本實(shí)用新型能減少電能庫(kù)侖損失，提高電能利用效率，減少系統(tǒng)蓄電池的配置容量和設(shè)備投入，提高蓄電池使用壽命。本實(shí)用新型還公開了一種采用上述光伏發(fā)電系統(tǒng)的獨(dú)立光伏式農(nóng)業(yè)大棚；本實(shí)用新型能獨(dú)立供電，提高電能利用效率，減少蓄電池和逆變器的配置容量，降低設(shè)備成本。
文檔編號(hào)A01G9/14GK202334371SQ2011204279
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者趙亮, 郭清華, 陳學(xué)力 申請(qǐng)人:深圳市中航三鑫光伏工程有限公司