一種高效太陽能混合動力車充電站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高效太陽能混合動力車充電站，其包括鋼結(jié)構(gòu)車棚支架，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架的上部設(shè)有太陽能組件，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架上還固定設(shè)置若干個充電樁，充電樁內(nèi)設(shè)有蓄電池，太陽能組件的輸出端接于DC/DC功率優(yōu)化器的輸入端，DC/DC功率優(yōu)化器的輸入輸出端與光伏控制器的輸入輸出端電性連接，光伏控制器的輸出端接于蓄電池的輸入端；所述太陽能組件包括太陽能電池板支架，太陽能電池板支架上固定有若干個太陽能電池板，太陽能電池板上設(shè)有多路串聯(lián)并行的電池組件；DC/DC功率優(yōu)化器包括互相電性連接的MCU微控制器和若干個DC/DC功率優(yōu)化模塊；每個太陽能電池板的輸入輸出端與一DC/DC功率優(yōu)化模塊的輸入輸出端電性連接，MCU微控制器對各DC/DC功率優(yōu)化模塊進行控制。
【專利說明】一種高效太陽能混合動力車充電站

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能充電設(shè)備制造領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種能夠給電動汽車或電動車充電的太陽能混合動力車充電站。

【背景技術(shù)】
[0002]有限的石油資源加上與日俱增的消用量，石油價格的暴漲是必然現(xiàn)象。同時在大量的石油消耗的過程中，環(huán)境污染問題也隨之而出現(xiàn)，有害元素的排放極大的污染了環(huán)境之余，也在很大程度上對人們的健康問題造成危害，破壞了生活居住環(huán)境，嚴重影響了人們的身心健康。因此，立足于經(jīng)濟與社會持續(xù)和諧發(fā)展的重要國情需求，無論從個人還是集體方面考慮，我們不難發(fā)現(xiàn)石油的短缺和環(huán)境保護需求一直在制約著我國的工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，而其中汽車的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就尤為明顯。隨著國民素質(zhì)的整體提高，環(huán)保、低碳等這些名詞已經(jīng)逐漸融入到新時代的生活理念當中。有數(shù)據(jù)表明，中國石油的開采量在20年之后就會消耗殆盡，煤炭的開采業(yè)堅持不到200年。然而我們的人口數(shù)量卻是在不斷的攀升，傳統(tǒng)能源的利用將不能滿足現(xiàn)實的需求，那么新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的意義就變得非常重要。在全球關(guān)注的環(huán)境問題下產(chǎn)生節(jié)能減排的號召下，作為生產(chǎn)和制作新能源產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)有必要為國家及社會做應(yīng)盡的貢獻，使傳統(tǒng)能源的汽車所造成的空氣污染和能源缺乏等問題都將依靠新能源的利用來解決。
[0003]新能源汽車這一概念的提出，不僅僅受到國家的各項政策的鼓勵支持，同時也給人們的生活帶來一種新的方式。新能源汽車的出現(xiàn)有效地緩解了石油短缺和環(huán)境污染等問題，其中，電動汽車是新能源概念中的主要研究方向之一。
[0004]現(xiàn)有的電動汽車可分成三種主要驅(qū)動方式:純電動車、混合動力電動車、燃料電池車。然而想要更快更好的推動電動汽車的市場使用率，那么電動汽車的基礎(chǔ)配套設(shè)施的建設(shè)就是刻不容緩的。目前，已有一些實際的或者文獻中描述電動汽車充電站，但是普遍具有如下問題:
1、現(xiàn)有的電動汽車充電站供電基本上是接市電或使用少量的太陽能發(fā)電，成本高、還受電網(wǎng)斷電影響；
2、現(xiàn)有的電動汽車充電站供電不穩(wěn)定、當白天用電高峰期對電網(wǎng)造成很大的壓力；
3、現(xiàn)有的電動汽車充電站設(shè)施不夠靈活、在偏遠缺電地區(qū)無法使用；
4、現(xiàn)有的電動汽車充電站過度依賴傳統(tǒng)能源的弊端；
5、傳統(tǒng)電動汽車充電站造價成本高、成本回收效益慢；
6、傳統(tǒng)電動汽車充電站均使用常規(guī)太陽能組件、轉(zhuǎn)換效率低。
[0005]為此，一篇申請?zhí)枮?01110367100.4的發(fā)明專利，公開了一種新型電動汽車充電站，頂棚由支撐柱支撐，充電樁在每個支撐柱下設(shè)置有充電樁，四個風能發(fā)電機安裝于頂棚一端，太陽能發(fā)電裝置群組合安裝在頂棚頂部；由風力發(fā)電機和太陽能發(fā)電裝置群產(chǎn)生的電能存儲于充電樁中的蓄電池，蓄電池提供電動汽車充電的電力；該發(fā)明采用太陽能和風能綜合利用的發(fā)電方式。
[0006]另外一篇申請?zhí)枮?01320036920.X的實用新型專利，公開了一種太陽能電動汽車充電站，其車棚結(jié)構(gòu)支架由若干根立柱底部與混凝土底座基礎(chǔ)通過錨栓雙螺帽形式連接在一起，若干根立柱上部支架設(shè)有屋頂梁，屋頂梁上設(shè)有若干根様條構(gòu)成的太陽能電池板支架，若干根立柱柱體中間位置設(shè)有若干個充電樁，太陽能電池板支架設(shè)有若干塊太陽能電池板，若干塊電池板根據(jù)電氣電量要求串并聯(lián)后將直流電纜接入光伏逆變器輸入端。該實用新型提供的太陽能電動汽車充電站可以在城市或偏遠地區(qū)靈活使用，從而保證電動汽車及時獲取清潔的太陽能電力。
[0007]另外一篇申請?zhí)枮?01320274196.4的實用新型專利，公開了一種頂棚式太陽能充電站，其包括太陽能發(fā)電裝置、放置所述太陽能發(fā)電裝置的棚頂架和通過電力輸送系統(tǒng)電連接于所述太陽能發(fā)電裝置的蓄電裝置，所述蓄電裝置通過所述電力輸送系統(tǒng)電連接有充電裝置。該專利提供的頂棚式太陽能充電站，其將發(fā)電、蓄電和充電集于一體，充電時需要的能量完全來自與太陽能發(fā)電裝置利用的純天然太陽能，真正實現(xiàn)了二氧化碳的零排放，為保護環(huán)境做出了貢獻。
[0008]但上述專利均具有造價高、成本回收效益慢的缺陷；同時，上述專利的方案均使用常規(guī)太陽能組件，其轉(zhuǎn)換效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，針對上述的問題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)新穎、安全可靠且成本低廉的混合動力車充電站，該充電站可依賴自身太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并為電動汽車充電，采用獨創(chuàng)的太陽能組件，大大提高轉(zhuǎn)換效率，從而更進一步節(jié)約成本和能源，從而解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種高效太陽能混合動力車充電站，包括鋼結(jié)構(gòu)車棚支架，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架的上部設(shè)有太陽能組件，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架上還固定設(shè)置若干個充電樁，充電樁內(nèi)設(shè)有蓄電池，太陽能組件的輸出端接于DC/DC功率優(yōu)化器的輸入端，DC/DC功率優(yōu)化器的輸入輸出端與光伏控制器的輸入輸出端電性連接,光伏控制器的輸出端接于蓄電池的輸入端。其中，所述太陽能組件包括太陽能電池板支架，太陽能電池板支架上固定有若干個太陽能電池板，太陽能電池板上設(shè)有多路串聯(lián)并行的電池組件(每一路內(nèi)的電池串聯(lián)連接構(gòu)成電池組件，不同路的電池組件并聯(lián)連接);DC/DC功率優(yōu)化器包括MCU微控制器和若干個DC/DC功率優(yōu)化模塊，各DC/DC功率優(yōu)化模塊均MCU微控制器電性連接；每個太陽能電池板的輸入輸出端與一 DC/DC功率優(yōu)化模塊的輸入輸出端電性連接，該DC/DC功率優(yōu)化器包括用以調(diào)節(jié)電壓的DC/DC變換器、用以驅(qū)動DC/DC變換器的PWM驅(qū)動單元、用以控制PWM驅(qū)動單元的MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率點跟蹤)控制器、用以采集DC/DC變換器的輸入輸出電流電壓的采集單元，MCU微控制器對各DC/DC功率優(yōu)化模塊的MPPT控制器進行控制，其連接關(guān)系如下:DC/DC變換器的輸入端接于太陽能組件的輸出端，DC/DC變換器的輸出端接于采集單元的輸入端，采集單元的輸出端接于MCU微控制器的輸入端，MCU微控制器的輸出端接于MPPT控制器的輸入端，MPPT控制器的輸出端接于PWM驅(qū)動單元的輸入端，PWM驅(qū)動單元的輸出端接于DC/DC變換器的輸入端。采集單元采集經(jīng)過DC/DC變換器變換后的太陽能組件的電流電壓，反饋給MCU微控制器，MCU微控制器對其進行分析處理，并通過MPPT控制器和PWM驅(qū)動單元對DC/DC變換器進行控制，將太陽能組件輸出的最大電流電壓傳送給光伏控制器。
[0011]為了很好的控制系統(tǒng)運行，該光伏控制器設(shè)有智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)的運行，例如對太陽能電池板發(fā)出的直流電能進行調(diào)節(jié)和控制，并對蓄電池進行充電、放電管理，還可以智能控制系統(tǒng)供電和市電供電自動切換，并帶有自動報警系統(tǒng)、自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測太陽能系統(tǒng)發(fā)電數(shù)據(jù)等功能；其具體包括如下過程:
步驟1:智能控制系統(tǒng)啟動太陽能組件對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電；
步驟2:太陽能組件對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電過程中，DC/DC功率優(yōu)化器對與其連接的太陽能電池板的MPPT最大功率點進行跟蹤，使太陽能方陣中每一塊太陽能電池板始終工作在最大功率輸出點；具體的，DC/DC功率優(yōu)化器采集太陽能電池板的最大輸出電壓/電流，并通過MPPT控制器和PWM驅(qū)動單元對其進行控制，使太陽能組件中每一塊太陽能電池板始終工作在最大功率輸出點，以使各太陽能電池板保持相同的輸出電流；在實際運行中各太陽能電池板的輸出電流無法完全一致，盡量保持相同即可；
步驟3:DC/DC功率優(yōu)化器將太陽能電池板輸出的最大電流電壓傳送給光伏控制器，光伏控制器對其接收到的最大電流電壓進行調(diào)節(jié)和控制，并對蓄電池進行充電；
步驟4:智能控制系統(tǒng)實時檢測充電樁處是否有車輛駛?cè)脒M行充電，如果有車輛駛?cè)耄瑒t暫停向充電樁內(nèi)的蓄電池充電，控制太陽能組件對該車輛進行充電；如果沒有車輛駛?cè)?，則繼續(xù)對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電。
[0012]另外，該高效太陽能混合動力車充電站還包括檢測光照強度的光照傳感器，光照傳感器設(shè)于太陽能電池板支架上，并與太陽能電池板的安裝角度一致；此時，上述步驟4還包括如下過程:如果有車輛駛?cè)?，智能控制系統(tǒng)通過光照傳感器獲得的光照強度以及預(yù)設(shè)的閾值，判斷太陽能組件能否工作，如果無法工作，則控制蓄電池直接向駛?cè)氲能囕v進行充電。
[0013]所述步驟2中，DC/DC功率優(yōu)化器監(jiān)控每塊太陽能電池板的電能，如果某一太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，補償因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失；具體的，DC/DC功率優(yōu)化器采集每塊太陽能電池板的電能，對該電能進行監(jiān)控并優(yōu)化，使陣列中任意一塊太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，其他太陽能電池板仍然能輸出最大功率，不會出現(xiàn)電流倒流、太陽能電池板發(fā)電量降低或者損壞其他正常太陽能電池板的現(xiàn)象，因而能夠補償因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失，使其他太陽能電池板在光伏發(fā)電系統(tǒng)中保持優(yōu)良的發(fā)電性能。
[0014]另外，系統(tǒng)太陽能組件和蓄電池的輸出電壓可以為48V、72V或220V，如果有車輛駛?cè)耄悄芸刂葡到y(tǒng)首先對該車輛的輸入電壓進行檢測，并選擇適合該車輛的電壓進行充電。
[0015]本發(fā)明的太陽能組件采用上述帶MPPT功能的DC/DC功率優(yōu)化器，每個電池板配置DC/DC功率優(yōu)化器，DC/DC功率優(yōu)化器實現(xiàn)雙重跟蹤，一方面，跟蹤單一太陽能電池板的MPP(Maximum Power Point,最大功率點)最大功率點；另一方面,調(diào)節(jié)太陽能電池板的輸出電壓/電流，以最大限度提高系統(tǒng)能量傳送。因此，太陽能電池板的電池組件具有相同的輸出電流，極大減少熱斑問題。另外，DC/DC功率優(yōu)化器監(jiān)控并優(yōu)化每塊太陽能電池板的電能，即使其陣列中任意一塊太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，其他太陽能電池板仍然能輸出最大功率，因而能夠補償因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失，并可以方便快捷的安裝在光伏發(fā)電系統(tǒng)中。DC/DC功率優(yōu)化器采用一種非反相Buck-Boost電路。本發(fā)明采用帶DC/DC功率優(yōu)化器的太陽能電池板，比沒有優(yōu)化器的太陽能電池板的輸出功率高約10%左右，而存在大比例失配現(xiàn)象時，其輸出功率增益更加明顯，達30%以上。另外在完成整個可靠性試驗后，MPPT優(yōu)化器仍能保持優(yōu)良的性能。
[0016]蓄電池是電力電源系統(tǒng)中直流供電系統(tǒng)的重要組成部分，在給蓄電池充電時，目前普遍采用了傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)，該集中式系統(tǒng)在光伏陣列受到局部陰影遮擋時，將導致整個系統(tǒng)效率急劇下降。針對這種不足，以及為了延長蓄電池的使用壽命以及合理配置整個系統(tǒng)的電源以提高系統(tǒng)效率，作為一個進一步的方案，本發(fā)明的高效太陽能混合動力車充電站，基于光伏優(yōu)化器設(shè)計一個優(yōu)化的蓄電池充電系統(tǒng)。具體的，該高效太陽能混合動力車充電站還包括檢測蓄電池電壓的集中控制器，該集中控制器連接至DC/DC功率優(yōu)化器的MCU微控制器，與各個太陽能電池板上的DC/DC功率優(yōu)化器建立通訊連接。所述步驟2還包括如下過程:該集中控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的不同充電階段，以及實時的蓄電池的電壓，對DC/DC功率優(yōu)化器的功率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)每個太陽能電池板進行獨立MPPT最大功率點跟蹤；同時，該集中控制器對蓄電池的電壓進行實時監(jiān)測，并根據(jù)預(yù)設(shè)的蓄電池電壓閾值向DC/DC功率優(yōu)化器發(fā)送調(diào)節(jié)功率(升降功率)命令，實現(xiàn)蓄電池充電管理。其中，最大功率點跟蹤是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài)，使太陽能電池板可以輸出更多電能。
[0017]與傳統(tǒng)蓄電池充電方法相比，由于本發(fā)明采用了分布式的連接方式，使每個太陽能電池通過DC/DC功率優(yōu)化器進行獨立的MPPT最大功率點跟蹤，有效提高了系統(tǒng)的充電效率，特別適用于易受局部遮擋的場合，同時采用了蓄電池電壓的集中監(jiān)控管理控制策略，可實現(xiàn)蓄電池的分階段充電管理，能有效保護蓄電池，延長蓄電池壽命。
[0018]另外，本發(fā)明還進行了系統(tǒng)電池容量的設(shè)計及設(shè)備優(yōu)化匹配:所述步驟2還包括如下過程:集中控制器計算出太陽能組件以及蓄電池的容量，通過負載的需求，確定系統(tǒng)需要的設(shè)備數(shù)量。這樣，做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運行，充分滿足負載的用電需要，同時又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟，特別是確定使用最少的太陽能電池組件功率和蓄電池的容量。同時，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本之間的關(guān)系，在滿足需要保證質(zhì)量的前提下節(jié)省投資，達到最好的經(jīng)濟效益。
[0019]為了方便遠程控制，該DC/DC功率優(yōu)化器還包括無線通信單元，所述無線通信單元與MCU微控制器建立雙向通信連接。
[0020]另外，為了降低成本，本發(fā)明還對太陽能電池板進行了改進，該太陽能電池板包括依次疊放的表層、電池片和背板，表層由透明TPT (TPT為聚氟乙烯復(fù)合膜，包括外層的PVF(聚氟乙烯薄膜)、中間的聚酯薄膜和內(nèi)層的PVF三層，其中，外層PVF為保護層，具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層PVF需經(jīng)表面處理和EVA(EVA是一種塑料物料，由乙烯(E)及乙烯基醋酸鹽(VA)所組成)具有良好的粘接性能)實現(xiàn)，背板由雙層的透明TPT實現(xiàn)；三層材質(zhì)通過真空層壓機抽真空高溫壓縮，層壓工藝使EVA膠膜將透明TPT、電池片和背板黏合為一個整體，從而構(gòu)成一個實用的太陽能電池發(fā)電器件，即太陽能電池板。
[0021]現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能電池板的表層采用鋼化玻璃，背板采用不透明白色背板TPT，也就是說，在材料方面是將原來單層的不透明白色背板TPT改為雙層透明加厚的TPT，去掉了正面的鋼化玻璃由透明TPT代替，將接線盒改為更加靈活的接線方式，并且省去了鋁邊框的安裝，所以制作成本較傳統(tǒng)制作方式更加節(jié)約。因為其安裝方式可以采取粘貼式安裝和嵌入式安裝，所以在光伏系統(tǒng)的安裝過程中可以節(jié)約15-20%的不銹鋼支架成本，使本項目的實施在經(jīng)濟方面完全可行。
本發(fā)明的混合動力車充電站，采用上述硬件以及智能控制系統(tǒng)的軟件控制，具有如下優(yōu)點:
1、現(xiàn)有的太陽能汽車充電站造價高，本發(fā)明采用特制的太陽能電池板，大大降低了成本；同時整個系統(tǒng)的構(gòu)架簡單清晰而穩(wěn)定，易于安裝實現(xiàn)和推廣；
2、現(xiàn)有的太陽能汽車充電站采用普通的太陽能組件，本發(fā)明采用了DC/DC功率優(yōu)化器、集中控制器以及光伏控制器的智能控制系統(tǒng)控制，大大提高了轉(zhuǎn)換效率；
3、本發(fā)明控制器中設(shè)定了智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)供電與市電供電自動切換，帶有自動報警系統(tǒng)、自動監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實時監(jiān)測太陽能系統(tǒng)的發(fā)電情況；
4、使用壽命長、可靠性高，一般晶體硅太陽能電池組件的壽命可長達20-25年，一次性投資可使用的時間很長，重復(fù)投資小、在滿足自給用電外還可以將多余的電儲存在蓄電池中、滿足夜間使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的實施例1的混合動力車充電站的系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明的實施例1的DC/DC功率優(yōu)化器的原理框圖；
圖3為本發(fā)明的實施例2的混合動力車充電站的系統(tǒng)框圖；
圖4為本發(fā)明的實施例2的智能控制系統(tǒng)的流程圖；
圖5為本發(fā)明的實施例3的混合動力車充電站的系統(tǒng)框圖；
圖6為本發(fā)明的實施例3的DC/DC功率優(yōu)化器的原理框圖。

【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0024]實施例1
作為一個具體的實施例，本發(fā)明的一種高效太陽能混合動力車充電站，包括鋼結(jié)構(gòu)車棚支架，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架的上部設(shè)有太陽能組件，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架上還固定設(shè)置若干個充電樁，充電樁內(nèi)設(shè)有蓄電池，參見圖1，太陽能組件的輸出端接于DC/DC功率優(yōu)化器的輸入端,DC/DC功率優(yōu)化器的輸入輸出端與光伏控制器的輸入輸出端電性連接,光伏控制器的輸出端接于蓄電池的輸入端。其中，太陽能組件包括太陽能電池板支架，太陽能電池板支架上固定有若干個太陽能電池板，太陽能電池板上設(shè)有多路串聯(lián)并行的電池組件；DC/DC功率優(yōu)化器包括MCU微控制器和若干個DC/DC功率優(yōu)化模塊，各DC/DC功率優(yōu)化模塊均MCU微控制器電性連接。
[0025]其中，太陽能組件安裝在鋼結(jié)構(gòu)車棚支架的上方，安裝角度優(yōu)選為朝南與水平面夾角為20°至30°角，以便充分利用有效的太陽能光。
[0026]每個太陽能電池板的輸入輸出端與一 DC/DC功率優(yōu)化模塊的輸入輸出端電性連接，參見圖2，該DC/DC功率優(yōu)化器包括用以調(diào)節(jié)電壓的DC/DC變換器、用以驅(qū)動DC/DC變換器的PWM驅(qū)動單元、用以控制PWM驅(qū)動單元的MPPT控制器、用以采集DC/DC變換器的輸入輸出電流電壓的采集單元，MCU微控制器對各DC/DC功率優(yōu)化模塊的MPPT控制器進行控制，其連接關(guān)系如下:DC/DC變換器的輸入端接于太陽能組件的輸出端，DC/DC變換器的輸出端接于采集單元的輸入端，采集單元的輸出端接于MCU微控制器的輸入端，MCU微控制器的輸出端接于MPPT控制器的輸入端，MPPT控制器的輸出端接于PWM驅(qū)動單元的輸入端，PWM驅(qū)動單元的輸出端接于DC/DC變換器的輸入端。采集單元采集經(jīng)過DC/DC變換器變換后的太陽能組件的電流電壓，反饋給MCU微控制器，MCU微控制器對其進行分析處理，并通過MPPT控制器和PWM驅(qū)動單元對DC/DC變換器進行控制，將太陽能組件輸出的最大電流電壓傳送給光伏控制器。
[0027]其中，光伏控制器設(shè)有智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)的運行，具體包括如下過程:
步驟1:智能控制系統(tǒng)啟動太陽能組件對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電；
步驟2:太陽能組件對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電過程中，DC/DC功率優(yōu)化器對與其連接的太陽能電池板的MPPT最大功率點進行跟蹤，使太陽能方陣中每一塊太陽能電池板始終工作在最大功率輸出點；具體的，DC/DC功率優(yōu)化器采集太陽能電池板的最大輸出電壓/電流，并通過MPPT控制器和PWM驅(qū)動單元對其進行控制，使太陽能組件中每一塊太陽能電池板始終工作在最大功率輸出點，以使各太陽能電池板保持相同的輸出電流；在實際運行中各太陽能電池板的輸出電流無法完全一致，盡量保持相同即可；另外，DC/DC功率優(yōu)化器監(jiān)控每塊太陽能電池板的電能，如果某一太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，補償因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失；具體的，DC/DC功率優(yōu)化器采集每塊太陽能電池板的電能，對該電能進行監(jiān)控并優(yōu)化，使陣列中任意一塊太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，其他太陽能電池板仍然能輸出最大功率，不會出現(xiàn)電流倒流、太陽能電池板發(fā)電量降低或者損壞其他正常太陽能電池板的現(xiàn)象，因而能夠補償因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失，使其他太陽能電池板在光伏發(fā)電系統(tǒng)中保持優(yōu)良的發(fā)電性能；
步驟3:DC/DC功率優(yōu)化器將太陽能電池板輸出的最大電流電壓傳送給光伏控制器，光伏控制器對其接收到的最大電流電壓進行調(diào)節(jié)和控制，并對蓄電池進行充電；
步驟4:智能控制系統(tǒng)實時檢測充電樁處是否有車輛駛?cè)脒M行充電，如果有車輛駛?cè)?，則暫停向充電樁內(nèi)的蓄電池充電，控制太陽能組件對該車輛進行充電；如果沒有車輛駛?cè)耄瑒t繼續(xù)對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電。
[0028]實施例2
本實施例中，與實施例1不同的是，該高效太陽能混合動力車充電站還包括檢測光照強度的光照傳感器，光照傳感器設(shè)于太陽能電池板支架上，并與太陽能電池板的安裝角度一致，參見圖3,光照傳感器的輸出端接于光伏控制器的輸入端。
[0029]智能控制系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)的運行，參見圖4，除了實施例1中的各個過程，其中的步驟4還包括如下過程:如果有車輛駛?cè)?，智能控制系統(tǒng)通過光照傳感器獲得的光照強度以及預(yù)設(shè)的閾值，判斷太陽能組件能否工作，如果無法工作，則控制蓄電池直接向駛?cè)氲能囕v進行充電。
[0030]另外，智能控制系統(tǒng)還可任意擴展，例如增設(shè)自動報警系統(tǒng)、自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測太陽能系統(tǒng)發(fā)電數(shù)據(jù)等功能。
[0031]另外，系統(tǒng)太陽能組件和蓄電池的輸出電壓可以為48V、72V或220V，如果有車輛駛?cè)?，智能控制系統(tǒng)首先對該車輛的輸入電壓進行檢測，并選擇適合該車3輛的電壓進行充電。
[0032]實施例3
蓄電池是電力電源系統(tǒng)中直流供電系統(tǒng)的重要組成部分，在給蓄電池充電時，目前普遍采用了傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)，該集中式系統(tǒng)在光伏陣列受到局部陰影遮擋時，將導致整個系統(tǒng)效率急劇下降。
[0033]針對這種不足，以及為了延長蓄電池的使用壽命以及合理配置整個系統(tǒng)的電源以提高系統(tǒng)效率，參見圖5，本實施例中，該高效太陽能混合動力車充電站還包括檢測蓄電池電壓的集中控制器，該集中控制器的輸入端接于蓄電池的輸出端，集中控制器的輸入輸出端連接至DC/DC功率優(yōu)化器的MCU微控制器的輸入輸出端，與各個太陽能電池板上的DC/DC功率優(yōu)化器建立通訊連接。
[0034]那么，實施例1或者實施例2提供的智能控制系統(tǒng)的運行過程中，其步驟2還包括如下過程:該集中控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的不同充電階段，以及實時的蓄電池的電壓，對DC/DC功率優(yōu)化器的功率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)每個太陽能電池板進行獨立MPPT最大功率點跟蹤；同時，該集中控制器對蓄電池的電壓進行實時監(jiān)測，并根據(jù)預(yù)設(shè)的蓄電池電壓閾值向DC/DC功率優(yōu)化器發(fā)送調(diào)節(jié)功率(升降功率)命令，實現(xiàn)蓄電池充電管理。其中，最大功率點跟蹤是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài)，使太陽能電池板可以輸出更多電能。
[0035]與傳統(tǒng)蓄電池充電方法相比，由于本發(fā)明采用了分布式的連接方式，使每個太陽能電池通過DC/DC功率優(yōu)化器進行獨立的MPPT最大功率點跟蹤，有效提高了系統(tǒng)的充電效率，特別適用于易受局部遮擋的場合，同時采用了蓄電池電壓的集中監(jiān)控管理控制策略，可實現(xiàn)蓄電池的分階段充電管理，能有效保護蓄電池，延長蓄電池壽命。
[0036]另外，本發(fā)明還進行了系統(tǒng)電池容量的設(shè)計及設(shè)備優(yōu)化匹配:步驟2還包括如下過程:集中控制器計算出太陽能組件以及蓄電池的容量，通過負載的需求，確定系統(tǒng)需要的設(shè)備數(shù)量。這樣，做到既能保證光伏系統(tǒng)的長期可靠運行，充分滿足負載的用電需要，同時又能使系統(tǒng)的配置最合理、最經(jīng)濟，特別是確定使用最少的太陽能電池組件功率和蓄電池的容量。同時，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本之間的關(guān)系，在滿足需要保證質(zhì)量的前提下節(jié)省投資，達到最好的經(jīng)濟效益。
[0037]本實施例中，為了方便遠程控制，參見圖6，該DC/DC功率優(yōu)化器還包括無線通信單元，無線通信單元與MCU微控制器建立雙向通信連接。用戶可通過該無線通信單元遠程對MCU微控制器的參數(shù)或預(yù)設(shè)閾值進行調(diào)節(jié)。
[0038]本發(fā)明的太陽能組件采用上述帶MPPT功能的DC/DC功率優(yōu)化器，每個電池板配置DC/DC功率優(yōu)化器，DC/DC功率優(yōu)化器實現(xiàn)雙重跟蹤，一方面，跟蹤單一太陽能電池板的MPP(Maximum Power Point,最大功率點)最大功率點；另一方面,調(diào)節(jié)太陽能電池板的輸出電壓/電流，以最大限度提高系統(tǒng)能量傳送。因此，太陽能電池板的電池組件具有相同的輸出電流，極大減少熱斑問題。另外，DC/DC功率優(yōu)化器監(jiān)控并優(yōu)化每塊太陽能電池板的電能，即使其陣列中任意一塊太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，其他太陽能電池板仍然能輸出最大功率，因而能夠補償因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失，并可以方便快捷的安裝在光伏發(fā)電系統(tǒng)中。DC/DC功率優(yōu)化器采用一種非反相Buck-Boost電路。本發(fā)明采用帶DC/DC功率優(yōu)化器的太陽能電池板，比沒有優(yōu)化器的太陽能電池板的輸出功率高約10%左右，而存在大比例失配現(xiàn)象時，其輸出功率增益更加明顯，達30%以上。另外在完成整個可靠性試驗后，MPPT優(yōu)化器仍能保持優(yōu)良的性能。
[0039]另外，為了降低成本，本發(fā)明還對太陽能電池板進行了改進，該太陽能電池板包括依次疊放的表層、電池片和背板，表層由透明TPT (TPT為聚氟乙烯復(fù)合膜，包括外層的PVF(聚氟乙烯薄膜)、中間的聚酯薄膜和內(nèi)層的PVF三層，其中，外層PVF為保護層，具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層PVF需經(jīng)表面處理和EVA(EVA是一種塑料物料，由乙烯(E)及乙烯基醋酸鹽(VA)所組成)具有良好的粘接性能)實現(xiàn)，背板由雙層的透明TPT實現(xiàn)；三層材質(zhì)通過真空層壓機抽真空高溫壓縮，層壓工藝使EVA膠膜將透明TPT、電池片和背板黏合為一個整體，從而構(gòu)成一個實用的太陽能電池發(fā)電器件，即太陽能電池板。
[0040]現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能電池板的表層采用鋼化玻璃，背板采用不透明白色背板TPT，也就是說，在材料方面是將原來單層的不透明白色背板TPT改為雙層透明加厚的TPT，去掉了正面的鋼化玻璃由透明TPT代替，將接線盒改為更加靈活的接線方式，并且省去了鋁邊框的安裝，所以制作成本較傳統(tǒng)制作方式更加節(jié)約。因為其安裝方式可以采取粘貼式安裝和嵌入式安裝，所以在光伏系統(tǒng)的安裝過程中可以節(jié)約15-20%的不銹鋼支架成本，使本項目的實施在經(jīng)濟方面完全可行。
總之，本發(fā)明通過上述架構(gòu)和控制流程，實現(xiàn)了一個具有很好的實用性的太陽能充電站。在具體實現(xiàn)中，太陽能充電站的電能來源主要是來自太陽能電池板發(fā)電，本發(fā)明采用將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的方式，即利用光電效應(yīng)把光能直接轉(zhuǎn)換成電能，之后儲存在蓄電池中。要完成這個直接轉(zhuǎn)換的過程，最基本且必不可少的就是蓄電池這個部件。蓄電池一種極為環(huán)保的新型電源，它具有三大優(yōu)點:可再生性、零污染性及靈活使用性。太陽能電池的特點就是使用壽命長，只要有太陽輻射的作用，太陽能電池就可以一而再再而三的使用；而且太陽能電池的使用也不會產(chǎn)生污染環(huán)境的現(xiàn)象；太陽能電池不僅可以滿足大到百萬千瓦的電站供電需求，而且也能提供小到僅有一戶的太陽能發(fā)電使用需求，這是因為太陽能電池組可以隨需增加或者減少，這些都市其他能源不能相提并論的。太陽能蓄電池在太陽能組件中起到儲能調(diào)節(jié)電能的作用。當太陽能充足的時候，太陽能電池除了向負荷供電外，還給蓄電池充電。當天陰或者有云時，由蓄電池向負荷供電，以保證供電的連續(xù)性和可靠性。對上述蓄電池進行充放電管理的是光伏控制器，光伏控制器與DC/DC功率優(yōu)化器配合，太陽能電池方陣發(fā)出的直流電通過MPPT控制器來實時偵測太陽能電池板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統(tǒng)以最大功率輸出對蓄電池充電。光伏控制器協(xié)調(diào)太陽能電池板、DC/DC功率優(yōu)化器、蓄電池、以及負載的工作，是光伏系統(tǒng)的大腦。DC/DC功率優(yōu)化器可采用現(xiàn)有的芯片實現(xiàn)，也可根據(jù)本發(fā)明描述的模塊連接關(guān)系以及其運行原理來自行搭建電路實現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可參閱相關(guān)資料來搭建電路，本發(fā)明不再詳述。
[0041]為了實現(xiàn)將電能傳輸給電動汽車，則需要充電柱，充電柱是充電站把電力輸送到電動汽車的中介裝置。充電站通過太陽能電池板發(fā)電并通過地下的蓄電池儲存下來、最后使用者可以通過充電柱再把蓄電池中的電能傳送給電動汽車。在實際搭建中，充電柱的外形可以呈柱狀，表面有如計時秒表一般裝置。在測試中，一個充電柱可以給兩輛電動汽車提供同時充電，從完全無電的狀態(tài)開始充電，一般需要2-3小時即可充滿電。為了提高充電柱的使用率及體現(xiàn)充電站的實用性，本發(fā)明的充電柱設(shè)計更加多元化，能夠同時滿足不同車類的使用，比如電動自行車、電動摩托車。從設(shè)計功能上來說，充電柱的功能實質(zhì)上要表現(xiàn)的像電動汽車的智能終端機一樣。這個終端機可以自助售賣智能卡充電盒滿足智能充電行為。消費者可以在這款終端機上辦理購買智能充電卡業(yè)務(wù)，但是必須到太陽能充電柱的管理處登記資料，比如本人真實姓名、身份證號碼、車型等資料。之后管理處人員將會一個編碼和相應(yīng)的汽車車牌號碼輸入智能卡、最后進行激活就能使用。消費者在充電柱上刷卡、使用充電搶來為電動汽車充電即可。
[0042]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于: 包括鋼結(jié)構(gòu)車棚支架，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架的上部設(shè)有太陽能組件，鋼結(jié)構(gòu)車棚支架上還固定設(shè)置若干個充電樁，充電樁內(nèi)設(shè)有蓄電池，太陽能組件的輸出端接于0(:/0(:功率優(yōu)化器的輸入端，00/00功率優(yōu)化器的輸入輸出端與光伏控制器的輸入輸出端電性連接,光伏控制器的輸出端接于蓄電池的輸入端； 其中，所述太陽能組件包括太陽能電池板支架，太陽能電池板支架上固定有若干個太陽能電池板，太陽能電池板上設(shè)有多路串聯(lián)并行的電池組件； 00/00功率優(yōu)化器包括妨⑶微控制器和若干個0(:/0(:功率優(yōu)化模塊，各0(:/0(:功率優(yōu)化模塊均微控制器電性連接；每個太陽能電池板的輸入輸出端與一 0(:/0(:功率優(yōu)化模塊的輸入輸出端電性連接，該0(:/0(:功率優(yōu)化器包括用以調(diào)節(jié)電壓的0(:/0(:變換器、用以驅(qū)動00/00變換器的？麗驅(qū)動單元、用以控制？麗驅(qū)動單元的控制器、用以采集0(:/0(:變換器的輸入輸出電流電壓的采集單元，微控制器對各0(:/0(:功率優(yōu)化模塊的1？？1控制器進行控制；其連接關(guān)系如下:0(:/0(:變換器的輸入端接于太陽能組件的輸出端，0(:/0(:變換器的輸出端接于采集單元的輸入端，采集單元的輸出端接于微控制器的輸入端，微控制器的輸出端接于控制器的輸入端，控制器的輸出端接于？麗驅(qū)動單元的輸入端，？麗驅(qū)動單元的輸出端接于0(:/0(:變換器的輸入端； 所述光伏控制器設(shè)有智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)的運行，其具體包括如下過程: 步驟1:智能控制系統(tǒng)啟動太陽能組件對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電； 步驟2:太陽能組件對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電過程中，0(:/0(:功率優(yōu)化器對與其連接的太陽能電池板的最大功率點進行跟蹤，使太陽能方陣中每一塊太陽能電池板始終工作在最大功率輸出點； 步驟3:00/00功率優(yōu)化器將太陽能電池板輸出的最大電流電壓傳送給光伏控制器，光伏控制器對其接收到的最大電流電壓進行調(diào)節(jié)和控制，并對蓄電池進行充電； 步驟4:智能控制系統(tǒng)實時檢測充電樁處是否有車輛駛?cè)脒M行充電，如果有車輛駛?cè)?，則暫停向充電樁內(nèi)的蓄電池充電，控制太陽能組件對該車輛進行充電；如果沒有車輛駛?cè)?，則繼續(xù)對充電樁內(nèi)的蓄電池進行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于:該高效太陽能混合動力車充電站還包括檢測光照強度的光照傳感器，光照傳感器設(shè)于太陽能電池板支架上，并與太陽能電池板的安裝角度一致； 智能控制系統(tǒng)的步驟4還包括如下過程:如果有車輛駛?cè)?，智能控制系統(tǒng)通過光照傳感器獲得的光照強度以及預(yù)設(shè)的閾值，判斷太陽能組件能否工作，如果無法工作，則控制蓄電池直接向駛?cè)氲能囕v進行充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于:所述步驟2中，0(:/0(:功率優(yōu)化器監(jiān)控每塊太陽能電池板的電能，如果某一太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，補償因失配問題而產(chǎn)生的發(fā)電量損失；具體的，0(:/0(:功率優(yōu)化器采集每塊太陽能電池板的電能，對該電能進行監(jiān)控并優(yōu)化，使陣列中任意一塊太陽能電池板出現(xiàn)失配問題時，其他太陽能電池板仍然能輸出最大功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于:該高效太陽能混合動力車充電站還包括檢測蓄電池電壓的集中控制器，該集中控制器連接至0(:/0(:功率優(yōu)化器的微控制器； 所述步驟2還包括如下過程:集中控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的不同充電階段，以及實時的蓄電池的電壓，對0(:/0(:功率優(yōu)化器的功率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)每個太陽能電池板進行獨立即?丁最大功率點跟蹤。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于:所述步驟3還包括如下過程:集中控制器對蓄電池的電壓進行實時監(jiān)測，并根據(jù)預(yù)設(shè)的蓄電池電壓閾值向0(:/0(:功率優(yōu)化器發(fā)送調(diào)節(jié)功率命令，實現(xiàn)蓄電池充電管理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于:所述步驟3還包括如下過程:集中控制器計算出太陽能組件以及蓄電池的容量，通過負載的需求，確定系統(tǒng)需要的設(shè)備數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于:所述0(:/0(:功率優(yōu)化器還包括無線通信單元，所述無線通信單元與1⑶微控制器建立通信連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的高效太陽能混合動力車充電站，其特征在于:所述能電池板包括依次疊放的表層、電池片和背板，表層由透明實現(xiàn)，背板由雙層的透明實現(xiàn)；三層材質(zhì)通過真空層壓機抽真空高溫壓縮，使^八膠膜將透明I？丁、電池片和背板黏合為一個整體。
【文檔編號】H02J7/35GK104348245SQ201410529961
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】沈元仲, 沈亨春, 黃曉剛, 劉明軒 申請人:深圳市索陽新能源科技有限公司