專利名稱：一種光伏水泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無蓄電池，寬電壓范圍輸入的100W光伏水泵系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光伏水泵亦稱太陽能水泵，工作原理是通過對光伏電池陣列發(fā)出的電力通過控制器的變換，驅(qū)動電機帶動高效水泵，將水從地表深處提至地面供農(nóng)田灌溉或人畜飲用的系統(tǒng)。它特別適用于解決干旱少雨且缺電、無電地區(qū)的人畜飲用水和農(nóng)作物的灌溉用水，在當(dāng)今節(jié)能減排，治理荒漠化等大背景下具有廣闊的應(yīng)用前景。太陽能電池是本系統(tǒng)的重要組成部分，太陽能電池既非恒壓源、也非恒流源，也不能給負(fù)載提供任意大的功率，是一種非線性直流電源。其輸出電流在大部分工作電源范圍內(nèi)近似恒定，在接近開路時電流下降很快，所以太陽電池陣列工作點也隨之飄忽不定。系統(tǒng)工作點不能很好穩(wěn)定在光伏陣列的最大輸出功率點，導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低。在中小功率光伏水泵系統(tǒng)中，如戶用光伏水泵系統(tǒng)，其太陽電池陣列電壓等級一般都比較低，為了適配電壓等級高的水泵驅(qū)動電機，通常先對太陽電池陣列電壓進行DC/AC逆變變換，然后通過工頻變壓器升壓后驅(qū)動電機，帶動光伏水泵提水，但是這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于需使用工頻變壓器，控制器體積較大，價格也十分昂貴，不利于推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種光伏水泵系統(tǒng)，能有效降低系統(tǒng)成本，最大的效率利用太陽能資源，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種光伏水泵系統(tǒng)，包括光伏組件、電機和水泵，其特征在于還包括檢測保護電路、DC/AC逆變電路，所述的光伏組件依次與檢測保護電路和DC/AC逆變電路相接，所述的DC/AC逆變電路連接電機，電機連接水泵,所述的檢測保護電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路和水位檢測電路,所述的檢測保護電路與主控制器連接，該主控制器又與DC/AC逆變電路相接。所述的光伏組件與DC/AC逆變電路之間還設(shè)置DC/DC高頻變換電路。針對現(xiàn)有光伏水泵成本較高，利用效率偏低，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜的缺陷，本實用新型設(shè)計了一種基于德州公司開發(fā)的16位總線的帶flash的低功耗MSP430F149主控芯片，通過電流檢測電路和電壓檢測電路采用MPPT算法控制，實現(xiàn)了對太陽能電池組和電機的穩(wěn)定、快速控制。本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)MPPT算法最直接實現(xiàn)MPPT方法是通過檢測日照，根據(jù)日照變化來實現(xiàn)，但需要高性能傳感器，受到成本制約；本系統(tǒng)采用普遍的擾動觀察法，周期性地增加和減小太陽能電池兩端的電壓，使系統(tǒng)最終工作在最大功率點。具體實現(xiàn)方法通過對太陽電池當(dāng)前輸出電壓電流檢測，算出當(dāng)前陣列輸出功率，再與存儲的前一次陣列功率相比較，舍小存大，并相應(yīng)的改變CVT的給定值，從而改變輸出頻率，使太陽電池動態(tài)地工作在最大功率點上。、[0011]光伏逆變器設(shè)計在中小功率光伏水泵系統(tǒng)中，如戶用光伏水泵系統(tǒng)，其太陽電池陣列電壓等 級一般都比較低，為了適配電壓等級高的水泵驅(qū)動電機，我們將先對太陽電池陣列電壓進行DC/DC高頻直流升壓變換，然后再進行DC/AC逆變，通過兩級變換輸出高壓來驅(qū)動電機，帶動光伏水泵提水。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用DC/DC高頻變換，變壓器體積大大減小，從而使裝置體積減小，而且兩級變換器可集于一個整體，使得裝置結(jié)構(gòu)緊湊。由于高頻直流變換受容量限制，在太陽電池電壓等級較高的大功率場合下，省去DC/DC變換環(huán)節(jié)，直接進行DC/AC變換，結(jié)合MPPT控制策略來控制電機運行。本系統(tǒng)采用的是無蓄電池，寬電壓輸入范圍的開關(guān)電源設(shè)計。另外改進了控制器的結(jié)構(gòu)，增加了電壓檢測、電流檢測和水位檢測電路，很好的保護電機主要優(yōu)點在于(1)DC/DC高頻直流升壓變換，然后再進行DC/AC逆變，裝置簡單，體積大大減小；(2)MPPT算法最大效率的利用太陽能，更好的控制電機水泵與太陽能電池組；(3)檢測保護電路完善，系統(tǒng)性能大大增強。

圖I為本實用新型的系統(tǒng)原理框圖。圖2為電流、電壓檢測電路圖。圖3為水位檢測電路圖。圖4為水位檢測的示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。如圖I所示的一種光伏水泵系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)主要由光伏組件、控制器、電機、水泵、檢測保護電路組成；光伏組件依次與檢測保護電路和DC/AC逆變電路相接，DC/AC逆變電路連接電機，電機連接水泵，檢測保護電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路和水位檢測電路，檢測保護電路與主控制器連接，該主控制器又與DC/AC逆變電路相接。光伏組件與DC/AC逆變電路之間還設(shè)置DC/DC高頻變換電路。如圖2所示的直流電壓調(diào)理電路，經(jīng)過傳感器采樣后還需經(jīng)過直流電壓調(diào)理電路調(diào)理后才能送入單片機的A/D采樣端。前端電阻R4的作用是把霍爾傳感器輸出的直流電流信號變?yōu)橹绷麟妷盒盘?，可知霍爾傳感器副邊輸出的最大電流?0mA，根據(jù)R = U/I即可確定R4的大小，其余部分的電阻沒有太嚴(yán)格的要求；第二部分位兩個電壓跟隨器，與后面的采樣電路進得電阻匹配；第三部分位兩個二極管組成的鉗位電路并加上濾波電容，以保證單片機A/D采樣端的輸入電壓保持在0-3. 3V以內(nèi)，防止單片機被燒毀。電流的采樣電路與直流電壓調(diào)理電路完全一樣，但前端的采樣器不同，這些器件對用戶的接口統(tǒng)一為電流信號。前端的電流采樣器采用LEM公司型號為LA58-PD的霍爾效應(yīng)電流變換器。這種霍爾傳感器的優(yōu)點有出色的精度，良好的線性度，低溫漂，最佳的反應(yīng)時間，寬頻帶，無插入損耗，抗干擾能力強。如圖3所示水位檢測電路，光伏水泵系統(tǒng)在連續(xù)工作的情況下，井內(nèi)水位有可能不斷下降，當(dāng)水位低于水泵葉輪高度時，水泵不僅無法抽水，而且會因空轉(zhuǎn)而損壞，因此需設(shè)計專門的打干保護電路。打干保護采用的檢測方法有水位傳感器識別和自動識別兩種。為提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)同時采用自動識別和水位傳感器識別兩種方法。如圖4所示，WL水位居中，CM為公共端。如果水位超過WH，WH與CM相當(dāng)于接入一電阻，則R6上取樣電壓經(jīng)放大后與給定電壓比較，輸出高電平，使光耦導(dǎo)通，反饋給單片機一高電平。當(dāng)水位下降到WH以下時，因為光耦已經(jīng)導(dǎo)通，故CM與WL仍然通過水的弱導(dǎo)電性導(dǎo)通，R6取樣結(jié)果仍然使LM358 A3的I腳輸出高，給單片機信號不變，當(dāng)水位繼續(xù)下降至WL以下時，CM與WL斷開，CM端的電壓變低，使LM358的I腳輸出低，光耦關(guān)閉，使并給單片機一個低電平表示這時水已打干，需要停機。如果停機后，水位上升到WH時，即恢復(fù)正常，所以，WL是停機的水位，WH是開機水位，WH和WL之間有一個水位落差，構(gòu)成一個滯環(huán)，如果沒有這個滯環(huán)，當(dāng)水位上下波動時，控制器輸出將頻繁開關(guān)。最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限于上述實施例，還可以有許多變形，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種光伏水泵系統(tǒng)，包括光伏組件、電機和水泵，其特征在于還包括檢測保護電路、DC/AC逆變電路，所述的光伏組件依次與檢測保護電路和DC/AC逆變電路相接，所述的DC/AC逆變電路連接電機，電機連接水泵,所述的檢測保護電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路和水位檢測電路，所述的檢測保護電路與主控制器連接，該主控制器又與DC/AC逆變電路相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏水泵系統(tǒng)，其特征在于所述的光伏組件與DC/AC逆變電路之間還設(shè)置DC/DC高頻變換電路。
專利摘要本實用新型涉及一種光伏水泵系統(tǒng)。現(xiàn)有的光伏水泵通過工頻變壓器升壓后驅(qū)動電機，帶動光伏水泵提水，但是這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于需使用工頻變壓器，控制器體積較大，價格也十分昂貴，不利于推廣。本實用新型包括光伏組件、電機和水泵，其特征在于還包括檢測保護電路、DC/AC逆變電路，所述的光伏組件依次與檢測保護電路和DC/AC逆變電路相接，所述的DC/AC逆變電路連接電機，電機連接水泵，所述的檢測保護電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路和水位檢測電路，所述的檢測保護電路與主控制器連接，該主控制器又與DC/AC逆變電路相接。本實用新型能有效降低系統(tǒng)成本，最大的效率利用太陽能資源，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號F04D27/00GK202417990SQ20122000681
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者俞海濱, 劉煜偉, 吳茂剛, 朱軍 申請人:浙江尖山光電股份有限公司