專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光伏水泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)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(chēng)太陽(yáng)能水泵，工作原理是通過(guò)對(duì)光伏電池陣列發(fā)出的電力通過(guò)控制器的變換，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)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(wú)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(yáng)能電池是本系統(tǒng)的重要組成部分，太陽(yáng)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(kāi)路時(shí)電流下降很快，所以太陽(yáng)電池陣列工作點(diǎn)也隨之飄忽不定。系統(tǒng)工作點(diǎn)不能很好穩(wěn)定在光伏陣列的最大輸出功率點(diǎn)，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(hù)用光伏水泵系統(tǒng)，其太陽(yáng)電池陣列電壓等級(jí)一般都比較低，為了適配電壓等級(jí)高的水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通常先對(duì)太陽(yáng)電池陣列電壓進(jìn)行DC/AC逆變變換，然后通過(guò)工頻變壓器升壓后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)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(jià)格也十分昂貴，不利于推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)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(yáng)能資源，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)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(jī)和水泵，其特征在于還包括檢測(cè)保護(hù)電路、DC/AC逆變電路，所述的光伏組件依次與檢測(cè)保護(hù)電路和DC/AC逆變電路相接，所述的DC/AC逆變電路連接電機(jī)，電機(jī)連接水泵,所述的檢測(cè)保護(hù)電路包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路和水位檢測(cè)電路,所述的檢測(cè)保護(hù)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(duì)現(xiàn)有光伏水泵成本較高，利用效率偏低，結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜的缺陷，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種基于德州公司開(kāi)發(fā)的16位總線的帶flash的低功耗MSP430F149主控芯片，通過(guò)電流檢測(cè)電路和電壓檢測(cè)電路采用MPPT算法控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)能電池組和電機(jī)的穩(wěn)定、快速控制。本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)MPPT算法最直接實(shí)現(xiàn)MPPT方法是通過(guò)檢測(cè)日照，根據(jù)日照變化來(lái)實(shí)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(dòng)觀察法，周期性地增加和減小太陽(yáng)能電池兩端的電壓，使系統(tǒng)最終工作在最大功率點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)方法通過(guò)對(duì)太陽(yáng)電池當(dāng)前輸出電壓電流檢測(cè)，算出當(dāng)前陣列輸出功率，再與存儲(chǔ)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(yáng)電池動(dòng)態(tài)地工作在最大功率點(diǎn)上。、[0011]光伏逆變器設(shè)計(jì)在中小功率光伏水泵系統(tǒng)中，如戶(hù)用光伏水泵系統(tǒng)，其太陽(yáng)電池陣列電壓等 級(jí)一般都比較低，為了適配電壓等級(jí)高的水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)，我們將先對(duì)太陽(yáng)電池陣列電壓進(jìn)行DC/DC高頻直流升壓變換，然后再進(jìn)行DC/AC逆變，通過(guò)兩級(jí)變換輸出高壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)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(jí)變換器可集于一個(gè)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(yáng)電池電壓等級(jí)較高的大功率場(chǎng)合下，省去DC/DC變換環(huán)節(jié)，直接進(jìn)行DC/AC變換，結(jié)合MPPT控制策略來(lái)控制電機(jī)運(yùn)行。本系統(tǒng)采用的是無(wú)蓄電池，寬電壓輸入范圍的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)。另外改進(jìn)了控制器的結(jié)構(gòu)，增加了電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)和水位檢測(cè)電路，很好的保護(hù)電機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)在于(1)DC/DC高頻直流升壓變換，然后再進(jìn)行DC/AC逆變，裝置簡(jiǎn)單，體積大大減??；(2)MPPT算法最大效率的利用太陽(yáng)能，更好的控制電機(jī)水泵與太陽(yáng)能電池組；(3)檢測(cè)保護(hù)電路完善，系統(tǒng)性能大大增強(qiáng)。

圖I為本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理框圖。圖2為電流、電壓檢測(cè)電路圖。圖3為水位檢測(cè)電路圖。圖4為水位檢測(cè)的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)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(jī)、水泵、檢測(cè)保護(hù)電路組成；光伏組件依次與檢測(cè)保護(hù)電路和DC/AC逆變電路相接，DC/AC逆變電路連接電機(jī)，電機(jī)連接水泵，檢測(cè)保護(hù)電路包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路和水位檢測(cè)電路，檢測(cè)保護(hù)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(guò)傳感器采樣后還需經(jīng)過(guò)直流電壓調(diào)理電路調(diào)理后才能送入單片機(jī)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(hào)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，可知霍爾傳感器副邊輸出的最大電流為50mA，根據(jù)R = U/I即可確定R4的大小，其余部分的電阻沒(méi)有太嚴(yán)格的要求；第二部分位兩個(gè)電壓跟隨器，與后面的采樣電路進(jìn)得電阻匹配；第三部分位兩個(gè)二極管組成的鉗位電路并加上濾波電容，以保證單片機(jī)A/D采樣端的輸入電壓保持在0-3. 3V以?xún)?nèi)，防止單片機(jī)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(duì)用戶(hù)的接口統(tǒng)一為電流信號(hào)。前端的電流采樣器采用LEM公司型號(hào)為L(zhǎng)A58-PD的霍爾效應(yīng)電流變換器。這種霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)有出色的精度，良好的線性度，低溫漂，最佳的反應(yīng)時(shí)間，寬頻帶，無(wú)插入損耗，抗干擾能力強(qiáng)。如圖3所示水位檢測(cè)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(shí)，水泵不僅無(wú)法抽水，而且會(huì)因空轉(zhuǎn)而損壞，因此需設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的打干保護(hù)電路。打干保護(hù)采用的檢測(cè)方法有水位傳感器識(shí)別和自動(dòng)識(shí)別兩種。為提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)同時(shí)采用自動(dòng)識(shí)別和水位傳感器識(shí)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(guò)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(jī)一高電平。當(dāng)水位下降到WH以下時(shí)，因?yàn)楣怦钜呀?jīng)導(dǎo)通，故CM與WL仍然通過(guò)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(jī)信號(hào)不變，當(dāng)水位繼續(xù)下降至WL以下時(shí)，CM與WL斷開(kāi)，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(jī)一個(gè)低電平表示這時(shí)水已打干，需要停機(jī)。如果停機(jī)后，水位上升到WH時(shí)，即恢復(fù)正常，所以，WL是停機(jī)的水位，WH是開(kāi)機(jī)水位，WH和WL之間有一個(gè)水位落差，構(gòu)成一個(gè)滯環(huán)，如果沒(méi)有這個(gè)滯環(huán)，當(dāng)水位上下波動(dòng)時(shí)，控制器輸出將頻繁開(kāi)關(guān)。最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本實(shí)用新型較有代表性的例子。顯然，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例 所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)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(jī)和水泵，其特征在于還包括檢測(cè)保護(hù)電路、DC/AC逆變電路，所述的光伏組件依次與檢測(cè)保護(hù)電路和DC/AC逆變電路相接，所述的DC/AC逆變電路連接電機(jī)，電機(jī)連接水泵,所述的檢測(cè)保護(hù)電路包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路和水位檢測(cè)電路，所述的檢測(cè)保護(hù)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(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種光伏水泵系統(tǒng)?，F(xiàn)有的光伏水泵通過(guò)工頻變壓器升壓后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)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(jià)格也十分昂貴，不利于推廣。本實(shí)用新型包括光伏組件、電機(jī)和水泵，其特征在于還包括檢測(cè)保護(hù)電路、DC/AC逆變電路，所述的光伏組件依次與檢測(cè)保護(hù)電路和DC/AC逆變電路相接，所述的DC/AC逆變電路連接電機(jī)，電機(jī)連接水泵，所述的檢測(cè)保護(hù)電路包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路和水位檢測(cè)電路，所述的檢測(cè)保護(hù)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(shí)用新型能有效降低系統(tǒng)成本，最大的效率利用太陽(yáng)能資源，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)F04D27/00GK202417990SQ20122000681
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江尖山光電股份有限公司