專利名稱：太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能應(yīng)用控制系統(tǒng)，尤其涉及一種太陽能低成本應(yīng)用的間歇式工作系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)和生活對(duì)能源消耗的日益增多，能源危機(jī)正不可逆轉(zhuǎn)地向世人們走來，這使得人們對(duì)太陽能這種取之不竭的可再生能源應(yīng)用提高重視，并投入了巨大的科研投入。各種各樣的太陽能應(yīng)用系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。例如利用太陽能儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)的草坪噴霧裝置； 水族箱增氧泵、水泵；水產(chǎn)養(yǎng)殖用增氧泵；各類太陽能換氣排熱裝置等等。在太陽能等可再生能源越來越被重視的當(dāng)前，其應(yīng)用水平尤其是在應(yīng)用控制上仍舊沿用傳統(tǒng)的方法，不但沒有發(fā)揮太陽能及一些相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用性能優(yōu)勢(shì)，還大幅降低了可再生能源尤其是太陽能的實(shí)際使用效能，使得成本大幅的提高，因而制約了太陽能的推廣速度。傳統(tǒng)的控制方法由于其設(shè)計(jì)均基于傳統(tǒng)形式的能源，其能源的使用特點(diǎn)是用則消耗，不用則不消耗，而太陽能及其它可再生能源的能源轉(zhuǎn)換在合適的條件下始終持續(xù)進(jìn)行， 與是否使用并無關(guān)聯(lián)。而在傳統(tǒng)的控制方式下，就必須將這些新能源的能源系統(tǒng)改變?yōu)榕c傳統(tǒng)能源具有相同特征的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)下，儲(chǔ)能器件成為了系統(tǒng)的核心，而目前的技術(shù)條件下儲(chǔ)能器件的能效、成本和壽命都不是很理想，特別儲(chǔ)能器件的電磁污染嚴(yán)重，使用壽命較短，需要經(jīng)常維護(hù)、更換，且應(yīng)用系統(tǒng)的控制方式受能量儲(chǔ)存單元的影響較大，許多功能設(shè)計(jì)需要兼顧實(shí)時(shí)的能量供給能力，為太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的推廣實(shí)施帶來了不小的困難。在傳統(tǒng)的應(yīng)用控制方法中，儲(chǔ)能器件需要滿足的基本條件是儲(chǔ)能器件儲(chǔ)能能力需要滿足在任何時(shí)候能夠啟動(dòng)應(yīng)用部件的要求，當(dāng)儲(chǔ)能能力下降時(shí)，將影響應(yīng)用功能。具體來看將太陽能所轉(zhuǎn)換的電能存儲(chǔ)到儲(chǔ)能器件中，通過儲(chǔ)能器件輸出電能，提供給應(yīng)用系統(tǒng)使用。而應(yīng)用系統(tǒng)與能源無關(guān)，采用傳統(tǒng)的控制方式進(jìn)行控制(如圖1所示)。在這樣的系統(tǒng)中，電能與儲(chǔ)能器件具有極大的相關(guān)性。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)的使用，儲(chǔ)能器件必須足夠的大，要有比較高的冗余度。而一些具備高循環(huán)壽命，小容量大電流的新型儲(chǔ)能器件由于價(jià)格昂貴，如果大量采用會(huì)大大提高系統(tǒng)的成本，因此，在傳統(tǒng)應(yīng)用控制方法中目前無法大規(guī)模采用。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提出一種太陽能應(yīng)用間歇式工作系統(tǒng)，能夠大幅度提高系統(tǒng)的能效、改善應(yīng)用性能、大幅降低儲(chǔ)電部件配置，降低成本。 該技術(shù)方案使用范圍大，對(duì)于太陽能的應(yīng)用具有推動(dòng)作用。本實(shí)用新型的上述第一個(gè)目的間歇式工作系統(tǒng)，通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)其包含能源系統(tǒng)以及與能源系統(tǒng)輸出相連的應(yīng)用系統(tǒng)，其中能源系統(tǒng)具有PV器件，儲(chǔ)能器件以及連接其間的充放電控制器，所述應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用部件通過開關(guān)線路與能源系統(tǒng)相連取能，其特征在于所述間歇式工作系統(tǒng)在儲(chǔ)能器件上設(shè)有一電能測(cè)量單元，實(shí)時(shí)測(cè)量儲(chǔ)能器件的電能余量，且電能測(cè)量單元輸出連接設(shè)有一單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。作為以上技術(shù)方案的補(bǔ)充所述儲(chǔ)能器件至少為鐵鋰電池，超級(jí)電容或電解電容中的一種；所述開關(guān)線路為含電子開關(guān)的連接線。本實(shí)用新型應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，較之于傳統(tǒng)技術(shù)其突出效果為它徹底改變了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制方式，將應(yīng)用控制的核心條件由人工判斷、定時(shí)控制等傳統(tǒng)方法改為由控制器根據(jù)儲(chǔ)能器件中的電能容量智能響應(yīng)。通過該間歇式控制方法可以應(yīng)用高性能的超級(jí)電容，大幅降低了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能部件的需求，延長了系統(tǒng)維護(hù)的周期，降低了應(yīng)用及服務(wù)成本，進(jìn)一步提高了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本實(shí)用新型技術(shù)方案更易于理解、掌握。

圖1是傳統(tǒng)太陽能應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型提出的太陽能應(yīng)用新控制方法的原理架構(gòu)圖；圖3是圖2所示太陽能應(yīng)用系統(tǒng)儲(chǔ)能器件的能量曲線；圖4是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型針對(duì)太陽能應(yīng)用系統(tǒng)傳統(tǒng)控制方式的不足，創(chuàng)新提出了一種新型的應(yīng)用控制方式。該控制方式基于間歇式工作系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)。從原理上來分析，突破傳統(tǒng)控制方法的制約，本實(shí)用新型將能源系統(tǒng)及應(yīng)用系統(tǒng)整合為由一個(gè)電能測(cè)量單元和單片機(jī)控制器所控制的整體系統(tǒng)。具體來看如圖2所示該間歇式工作系統(tǒng)在儲(chǔ)能器件上設(shè)有一電能測(cè)量單元，實(shí)時(shí)測(cè)量儲(chǔ)能器件的電能余量，且電能測(cè)量單元輸出連接設(shè)有一單片機(jī)控制器，該單片機(jī)控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。如圖2 所示，太陽能組件PV轉(zhuǎn)換的電能存儲(chǔ)到儲(chǔ)能器件中，控制器通過檢測(cè)儲(chǔ)能器件存儲(chǔ)的電能變化直接控制應(yīng)用部件的工作。當(dāng)儲(chǔ)能器件存儲(chǔ)的電能達(dá)到單片機(jī)控制器預(yù)設(shè)的一標(biāo)準(zhǔn)定值或標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，控制器輸出使得充放電控制器放電、電子開關(guān)閉合的第二控制指令，控制應(yīng)用部件工作，隨著應(yīng)用部件的工作，儲(chǔ)能器件存儲(chǔ)的電能被消耗，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)定值以下或標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間之外時(shí)，控制器根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出使得充放電控制器充電、電子開關(guān)斷開的第一控制指令，控制應(yīng)用部件停止工作，儲(chǔ)能器件繼續(xù)充電。反復(fù)重復(fù)這一過程，以達(dá)到應(yīng)用目標(biāo)。如圖3所示，是該太陽能應(yīng)用系統(tǒng)儲(chǔ)能器件的能量曲線。本實(shí)用新型徹底改變了太陽能源系統(tǒng)或其它可再生能源的應(yīng)用控制方式，將應(yīng)用控制的核心條件由人工判斷、定時(shí)控制等傳統(tǒng)方法改為由儲(chǔ)能器件中的電能容量決定的新控制條件。并且正因?yàn)檫@樣的改變，應(yīng)用系統(tǒng)中儲(chǔ)能器件的配置需求計(jì)算方式徹底改變。通常一些相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的儲(chǔ)能器件配置通常需要達(dá)到太陽能每日發(fā)電量的三到五倍。由于考慮到性價(jià)比，通常使用鉛酸蓄電池，而其循環(huán)壽命，平均只有500次左右，大大提高了使用成本。同時(shí)由于鉛酸電池體積較大，應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化受到限制。而在本實(shí)用新型儲(chǔ)能器件的配置要求改變?yōu)閮?chǔ)能器件儲(chǔ)能能力至少滿足應(yīng)用部件短時(shí)間持續(xù)工作需求。因而，采用本實(shí)用新型后儲(chǔ)能器件的配置要求將降為傳統(tǒng)方法的百分之一甚至更低。在這個(gè)配置條件下，系統(tǒng)可以采用價(jià)格貴但性能更好的新型電池，例如鐵鋰電池、超級(jí)電容或高容量電解電容等等，系統(tǒng)的成本和性能將得到顯著的提高，特別是通過使用高性能電池，能夠大幅延長電池的維護(hù)周期，從而降低使用費(fèi)用。特別值得一提的是，儲(chǔ)能器件作為能量的暫存部件，通過短時(shí)間存儲(chǔ)太陽能轉(zhuǎn)換的電能，當(dāng)達(dá)到一定的儲(chǔ)量時(shí)，便啟動(dòng)應(yīng)用部件工作，在更短的時(shí)間內(nèi)將所存儲(chǔ)的能量釋放，完成應(yīng)用功能。在對(duì)工作時(shí)間、條件等沒有強(qiáng)制限定的應(yīng)用需求中，本實(shí)用新型的控制方法能夠大幅度降低采用太陽能及其它可再生能源供電的總體成本，大幅度提高能效，降低使用成本。實(shí)施例一應(yīng)用于太陽能增氧控制系統(tǒng)增氧裝置的功能是提高各種水環(huán)境中水的含氧量，通常采用水面攪拌或直接使用氣泵往水中注入空氣的方式來實(shí)現(xiàn)。無論是否采用太陽能，目前的產(chǎn)品增氧裝置都是獨(dú)立的，通過電力線路或太陽能電站給其提供電能。當(dāng)水中的含氧量下降時(shí)，需要人工啟動(dòng)其工作，而太陽能電站由于其存在蓄電池維護(hù)、體積較大、結(jié)構(gòu)不合理等問題都設(shè)于岸邊，對(duì)于廣闊的水域來說，需要布設(shè)大量的電力線纜，工作管理復(fù)雜，另一方面其性價(jià)比也無法得到控制。如圖4所示，使用本實(shí)用新型控制方法的增氧裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水體的連續(xù)供氧。 在晴天，光照充足的情況下，氣泵工作頻率較高，而陰雨天及清晨、傍晚等光照較弱的情況下，氣泵的工作頻率較低，但只要太陽能組件能夠轉(zhuǎn)換得到電能，總是能夠通過一段時(shí)間的積累啟動(dòng)氣泵工作，而不再需要人工控制。在本實(shí)例中，單片機(jī)控制器中預(yù)設(shè)的為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，所測(cè)得的電能余量低于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的下限時(shí)，儲(chǔ)能器件充電，作為應(yīng)用部件的電機(jī)驅(qū)動(dòng)停止工作，且所測(cè)得的電能余量高于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的上限時(shí)，儲(chǔ)能器件放電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)并運(yùn)行，直至電能余量消耗到低于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間下限。由于需要驅(qū)動(dòng)大功率的部件——?dú)獗?，采用了具有比功率較大的超級(jí)電容作為儲(chǔ)能部件，由于其具有高循環(huán)壽命，長期工作不需要更換。同時(shí)在結(jié)構(gòu)上，由于儲(chǔ)能器件配置大幅降低，體積大為減少，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能組件、控制系統(tǒng)、泵、儲(chǔ)能器件的一體化。通過本實(shí)用新型的特殊控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)完全無人職守的無人運(yùn)行，大量布設(shè)應(yīng)用于大面積水域非常方便。實(shí)施例二應(yīng)用于土壤檢測(cè)裝置農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和林業(yè)等種植業(yè)，如果能夠?qū)ν寥拉h(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)減輕作業(yè)量、提高產(chǎn)量具有重要影響。但是由于傳統(tǒng)的方案很難解決電源問題，或者成本較高，不適合低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而本實(shí)用新型方案應(yīng)用于土壤檢測(cè)具有成本低，長期工作可靠性高的特點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，無法在農(nóng)田長期固定布設(shè)電力線路，而使用傳統(tǒng)的太陽能應(yīng)用供電技術(shù)，存在成本高，很難小型化布設(shè)、推廣等問題，而如果使用可更換的電池，又存在維護(hù)困難，無法長期工作等問題。如圖5所示，在本實(shí)例中采用了一個(gè)小功率太陽能組件，儲(chǔ)能器件使用一個(gè)大容量的電解電容(也可以是容量較小的超級(jí)電容)。單片機(jī)控制器中預(yù)設(shè)的為標(biāo)準(zhǔn)定值，所測(cè)得的電能余量低于標(biāo)準(zhǔn)定值時(shí)，儲(chǔ)能器件充電，應(yīng)用部件停止運(yùn)作；且所測(cè)得的電能余量高于標(biāo)準(zhǔn)定值時(shí)，儲(chǔ)能器件放電，應(yīng)用部件運(yùn)作，直至電能余量再次低于標(biāo)準(zhǔn)定值。由于土壤監(jiān)測(cè)的連續(xù)性要求不高，因此通過一個(gè)小功率的太陽能電池，經(jīng)過長時(shí)間(以小時(shí)計(jì))充電， 等待充滿儲(chǔ)能部件后，控制器即開始為傳感器及采樣電路供電，采集并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，完成后通過通訊模塊發(fā)送到上位機(jī)，從而完成一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采樣過程。本實(shí)例可以低成本實(shí)現(xiàn)土壤監(jiān)測(cè)，能夠在種植業(yè)大范圍應(yīng)用，根據(jù)不同的使用環(huán)境特點(diǎn)配置不同的功率，滿足不同距離和模式的通訊所需要的電能，能夠應(yīng)用于各種種植業(yè)應(yīng)用。除上述兩個(gè)實(shí)施例外，本實(shí)用新型新型的應(yīng)用可能根治方法還可實(shí)施于其它多種應(yīng)用環(huán)境下，例如草坪噴霧裝置；水族箱增氧泵、水泵；水產(chǎn)養(yǎng)殖用增氧泵；農(nóng)業(yè)；各類太陽能換氣排熱裝置等等。
權(quán)利要求1.太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，包含能源系統(tǒng)以及與能源系統(tǒng)輸出相連的應(yīng)用系統(tǒng)，其中能源系統(tǒng)具有PV器件，儲(chǔ)能器件以及連接其間的充放電控制器，所述應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用部件通過開關(guān)線路與能源系統(tǒng)相連取能，其特征在于所述間歇式工作系統(tǒng)在儲(chǔ)能器件上設(shè)有一電能測(cè)量單元，實(shí)時(shí)測(cè)量儲(chǔ)能器件的電能余量，且電能測(cè)量單元輸出連接設(shè)有一單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能器件至少為鐵鋰電池，超級(jí)電容或電解電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)線路為含電子開關(guān)的連接線。
專利摘要一種太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，其包含能源系統(tǒng)以及與能源系統(tǒng)輸出相連的應(yīng)用系統(tǒng)，其中能源系統(tǒng)具有PV器件，儲(chǔ)能器件以及連接其間的充放電控制器，所述應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用部件通過開關(guān)線路與能源系統(tǒng)相連取能，其特征在于所述間歇式工作系統(tǒng)在儲(chǔ)能器件上設(shè)有一電能測(cè)量單元，實(shí)時(shí)測(cè)量儲(chǔ)能器件的電能余量，且電能測(cè)量單元輸出連接設(shè)有一單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。大幅降低了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能部件的需求，延長了系統(tǒng)維護(hù)的周期，提高了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02N6/00GK202197236SQ20112031771
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者瞿磊 申請(qǐng)人:蘇州蓋婭智能科技有限公司