太阳能与市电混合供电的“完美融合”

中心议题：
   * 太阳能与市电混合供电的“完美融合”

1 引言

经济发展必然带来一些“阵痛”，比如能源消耗，虽然人们的生活水平日益提高，但不可否认的是，全世界都在面临着能源紧张的问题，各种资源的紧缺导致能源价格上涨，也在侧面制约着国家经济的发展。于是可再生能源开始成为人们研究和开发的对象，比如风能、潮汐能、地热能等，其中，太阳能是发展最迅速的一种。因其应用领域广泛。

从我国情况来看，2/3以上国土面积的年日照时间在2200h以上，年辐射总量在502万kJ/m2以上，为太阳能的利用创造了丰富的资源和有利条件。因此，如何将清洁能源太阳能融入人们的日常生活，就显得尤为重要了。

2 系统控制设计

本系统结构框图如图1所示。

系统包括太阳能电池供电电路、市电供电电路、蓄电池及其充电电路、单片机及其外围电路等构成。太阳能电池的电流经电流检测电路检测大于30mA时（即阳光足够强），单片机控制充电控制接入电源为太阳能电池经过DC/DC变换后电源，该电源向蓄电池充电。当单片机检测到阳光较弱时，再检测蓄电池电压，若蓄电池电压足够高，有蓄电池向负载供电，系统停止向蓄电池充电；若若蓄电池电压较低，市电经AC/DC 变换后经充电控制电路向蓄电池充电，再由蓄电池向负载供电。单片机及其外围电路包括PICI6C71、按键电路、报警电路和液晶显示电路。报警用系统工作异常报警、蓄电池欠压报警等。为节省系统功耗采用液晶显示电路显示太阳能电池电流、蓄电池电压、系统工作状态等信息。

本系统用太阳能电池将太阳能转换成直流电后，经充电电路存储到蓄电池，再经过放电电路，按不同的供电要求供给不同的直流负载。为保证系统正常工作，设计了检测单元、保护单元、控制单元、显示单元及报警单元等。为保持太阳能电池输出功率最大，又考虑到蓄电池不同电量时的电流接受能力。提高蓄电池使用效率、延长蓄电池寿命，需要制定适应太阳能电池和蓄电池变化的充电策略，有效、科学地控制蓄电池的充、放电电流。本系统利用太阳能电池的输出特性和蓄电池的充放电特性，对充电电路采取两段不同策略的充电控制，即初充电和维持充电两段。初充电时，蓄电池电量少，端压处于下限值，但电流接受能力较大。此阶段蓄电池的电流接受能力大于太阳能电池的输出能力，可以采取快充；快充阶段结束后，太阳能电池的输出能力已超出蓄电池的接受能力，控制器将转人维持充电阶段。此时蓄电池采取浮充，即恒压充电，以保持电量。此时充电电路需提供合适的浮充电压。浮充电压既要足够大，以补偿蓄电池的自放电电流；又不能过大，以免导致蓄电池内部因过充而发生化学成份的分解。在适当的浮充状态下，能大大提高全封闭免维护铅酸蓄电池稳定工作的寿命：且电压即使只有5％的偏差，也会使蓄电池的寿命减半。

另外要合理考虑温度变化范围，因为铅酸蓄电池的电压特性具有明显的负温度系数，充电器应根据蓄电池的温度系数给予某种形式的补偿。对蓄电池采用电流检测来修正放电控制点，防止蓄电池深度放电。蓄电池的保护控制单元具有可调节的充电控制和过充、过放保护。蓄电池检测单元能对蓄电池的电压、电流和，温度自动监测，并由电量显示单元显示出来。如有异常，报警单元及时报警。在系统中还设计了太阳能电池的电压检测、反接保护、接线错误报警及系统的过载保护和负载短路保护等。通过电流检测电路、太阳能供电控制电路、充电控制电路、市电供控制电路、太阳能电池检测电路、充电控制电路等模块研究，对蓄电池电压、太阳能电流等数据的采集和相应条件的设定，通过结果判断来控制太阳能供电控制电路或市电供电控制电路的输入；将供电装置用作电动门窗、路灯、户外广告牌装置的动力。

由于本系统采用两路供电，保证在长期阴雨天气时由市电供电，晴天时由太阳能供电，起到环保、节能的效果，真正把环保节约型能源应用于民用，打破了自动门窗行业、路灯、户外广告牌装置利用市电作为唯一供电来源的状况，又有效解决了太阳能又可能因为长期阴雨天气而无法使用的情况，真正做到惠于民又利于国。

3 软件设计

系统软件流程如图2所示。本系统软件采用模块化设计，所有控制量集中处理，并在RAM 中建立各控制量的映射，以便各功能模块的编程及修改。为提高系统稳定性，在软件上采取了诸多措施，如软件冗余、软件陷阱、看门狗等。

该流程图工作过程如下：

（1）上电初始化，设置好单片机各特殊功能寄存器的初始值，各状态量的初始值。

（2）蓄电池电压u的检测；

（3）太阳能电池电流检测；

（4）当蓄电池电压大于等于26V时，说明蓄电池处于饱合状态，PIC16C71单片机向充电控制电路发出信号，市电、太阳能电池均不向蓄电池充电；

（5）当蓄电池电压小于26V时，且检测电路测定电流大于等于30mA时，PICI6C71单片机向充电控制电路发出指令，太阳能电池经经DC/DC 变换器输出后向蓄电池充电；

（6）当太阳能电池电流小于30mA时，PIC16C71单片机启动市电经AC/DC 变换器后经充电控制电路向蓄电池充电。

4 结语

本文将太阳能与市电有机结合，设计了一款市场前景广大的供电装置，完美融合了这两者。该装置具有充电功能，充电电流符合太阳能的电流性能，并能保证蓄电池的使用寿命，可以方便安装在电动门控产品、路灯、户外广告牌等各种场所。此外，本装置也可作为无线传感设备的电源，还能进行逆变成市电供家用电器使用。