本發(fā)明涉及光伏應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能作為一種新能源，取之不盡，用之不竭，同時由于太陽能是一種潔凈的能源，在開發(fā)利用時，不會產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣、也沒有噪音，更不會影響生態(tài)平衡，絕對不會造成污染和公害，因此在提倡環(huán)保的今天，廣為被人們所青睞。

太陽能發(fā)電是一種常見的太陽能利用方式，現(xiàn)行的太陽能發(fā)電都采用大規(guī)模的發(fā)電站進行太陽能發(fā)電，大規(guī)模的太陽能發(fā)電站由于其規(guī)模大、成本高、占地面積大，只適用于公共用電發(fā)電，而不適用于普通家庭使用。而對于普通家庭來說，電費開支也成為其中不可省略的部分，對于部分家庭而言，更是成為了沉重的負擔(dān)。特別是某些地廣人稀的地方，由于公共資源還欠發(fā)達，很多地方都沒有公共電力設(shè)施進行供電，因此根本無法使用電視、洗衣機、冰箱、電飯煲等現(xiàn)代流行、方便的家用電器，極大地限制了人們生活質(zhì)量的提高。因此，尋找可以替代的可再生能源，減少常規(guī)能源的消耗，成為了人們一直渴望解決而尚未得到有效解決的難題。針對上述不足，急需一種家用電器的供電系統(tǒng)，使其成本低廉，并且便于攜帶、易搬運，以解決上述人們的生活難題。

另一方面離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，如太陽能庭院燈就采用每天一次充放電循環(huán)模式，即白天利用太陽能對儲能電池充電，晚上利用儲能電池放電實現(xiàn)照明。由于這種離網(wǎng)系統(tǒng)的所有電能消耗均完全取自于儲能電池，這種每天一次充放電循環(huán)模式下，每組儲能電池的平均使用壽命相對而言很短，如何有效的保護電池，防止過壓過流現(xiàn)象對電池的損傷成為了重點關(guān)注的問題。此外用電安全也是近年來越來越受到關(guān)注的問題，如何最大可能的避免由于用電意外導(dǎo)致的人生財產(chǎn)安全受損，也是現(xiàn)今光伏發(fā)電系統(tǒng)需要面對的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，該離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)使光伏發(fā)電技術(shù)能應(yīng)用于我國大多數(shù)家庭，停電后能提供備用電源，通過光能轉(zhuǎn)化的電能為家庭生活提供所需電能，緩解了能源壓力，降低了污染達到了節(jié)能環(huán)保的效果；另一方面本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用更精確，具有穩(wěn)定性高，安裝方便，操作簡單，特別適用于遠離電網(wǎng)的區(qū)域或限電地區(qū)或者分散居住的鄉(xiāng)村的日常供電；此外系統(tǒng)能實時遠程監(jiān)測光伏發(fā)電的相關(guān)參數(shù)，同時能夠根據(jù)需要自動控制調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，監(jiān)控準(zhǔn)確靈敏效率高、控制智能靈活耗能少，具有較高的實用價值和較廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括：

主控模塊、光伏組件模塊、光伏控制模塊、逆變器模塊、蓄電池模塊、充放電控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲模塊、顯示報警模塊、安全保護模塊、無線通信模塊、移動控制終端；

所述主控模塊用于處理數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)以及無線通信模塊接收的移動控制終端發(fā)出的控制信號，并根據(jù)分析處理后的結(jié)果或者移動控制終端發(fā)出的信號對光伏控制模塊、蓄電池模塊、充放電控制模塊、安全保護模塊、存儲模塊、顯示報警模塊發(fā)出相應(yīng)的指令信號；

所述光伏組件模塊包括安裝于屋頂?shù)亩鄠€光伏發(fā)電子單元，用于接收太陽光中的光輻射能量并轉(zhuǎn)化為電能，通過光伏控制模塊一路經(jīng)過充放電控制模塊送入蓄電池模塊存儲，另一路通過逆變器模塊轉(zhuǎn)換成交流電輸出供家用電器使用；

所述光伏控制模塊根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令信號一方面調(diào)節(jié)光伏組件模塊中每個光伏發(fā)電子單元的電流通斷，從而調(diào)節(jié)光伏組件的發(fā)電輸出功率；另一方面對輸出功率在送入蓄電池存儲和直接轉(zhuǎn)化為交流電使用兩路間進行合理分配；

所述逆變器模塊為正弦波逆變器用于將光伏組件或者蓄電池模塊輸入的直流電轉(zhuǎn)化為交流電輸出，以供家用電器使用；

所述蓄電池模塊包括蓄電池組和充電保護電路，所述充電保護電路與蓄電池組連接，用于保護電池且對電池實行智能充電，避免了過電流和過電壓現(xiàn)象，有效提高了電池的使用壽命；

所述充放電控制模塊根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令信號，一方面控制蓄電池模塊合理的在充電和放電間進行切換，另一方面控制輸出的電流在直接供給負載使用和通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電使用兩路間進行和例分配；

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括蓄電池數(shù)據(jù)采集模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、負荷數(shù)據(jù)采集模塊和光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集模塊；所述蓄電池數(shù)據(jù)采集模塊用于采集蓄電池組的電壓、溫度、電量以及充電狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊用于采集太陽光輻照度、環(huán)境溫度以及環(huán)境濕度數(shù)據(jù)；所述負荷數(shù)據(jù)采集模塊用于采集家庭用電負荷的消耗電能數(shù)據(jù)；所述光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集模塊用于采集光伏組件的輸出功率、輸出電壓以及輸出電流數(shù)據(jù)；

所述存儲模塊用來存儲數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)以及預(yù)先設(shè)置的控制程序，以供主控模塊調(diào)用；

所述顯示報警模塊用來實時顯示環(huán)境數(shù)據(jù)、蓄電池數(shù)據(jù)、負荷數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電數(shù)據(jù)信息，當(dāng)數(shù)據(jù)超過預(yù)定閾值時可以根據(jù)情況分為不同的危險等級，并發(fā)出相應(yīng)報警鈴聲；

所述安全保護模塊用于根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令或者負載數(shù)據(jù)發(fā)生異常超過閾值時，及時斷開發(fā)電系統(tǒng)的電流輸出，達到了保護家用電器不受損害以及防止人身安全事故的作用；

所述無線通信模塊用于向移動控制終端發(fā)送采集處理的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)或者接收移動控制終端的指令信息送入主控模塊以供調(diào)用；

所述移動控制終端用于實時接收無線通信模塊發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)人為設(shè)定環(huán)境參數(shù)回傳給無線通信模塊送入主控模塊進行處理。

優(yōu)選地，所述主控模塊為fpga微處理器、dsp微處理器、arm微處理器中的一種。

優(yōu)選地，所述光伏發(fā)電子單元為薄膜式太陽電池板或多晶硅太陽能電池板中的一種。

優(yōu)選地，所述移動控制終端包括移動智能設(shè)備和安裝在設(shè)備上的光伏發(fā)電系統(tǒng)app模塊；

所述移動智能設(shè)備為智能手環(huán)、智能手機、平板電腦中的一種。

優(yōu)選地，所述蓄電池數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓采樣電路、溫度傳感器、電池容量采樣電路、充電狀態(tài)監(jiān)測電路；所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器；所述負荷數(shù)據(jù)采集模塊包括功率采樣電路、電能消耗監(jiān)測電路；所述光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集模塊包括功率采樣電路、電壓采樣電路、電流采樣電路。

優(yōu)選地，所述存儲模塊包括隨機存儲器模塊、sd卡模塊、usb接口模塊，所述隨機存儲器模塊用于與主控模塊的配合使用以增加內(nèi)存和數(shù)據(jù)處理的速度，所述sd卡模塊用于長時間存儲采集的各種數(shù)據(jù)，所述usb接口模塊方便導(dǎo)出復(fù)制數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述顯示報警模塊包括led電子顯示屏、語音播報模塊、報警燈以及報警呼叫器。

優(yōu)選地，所述無線通信模塊為wifi通信模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

（1）本發(fā)明的家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用的光伏組件模塊使用多個光伏發(fā)電子單元，將光伏組件的電流進行匯流，通過光伏控制模塊控制匯流電流的流向，匯流電流一方面通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電為家用電器工作電流，另一方面光伏發(fā)電產(chǎn)生的多余電能通過充放電控制模塊裝置存儲在蓄電池中，在無光照的條件下，充放電控制模塊控制蓄電池放電，提供給家用電器使用；另一方面系統(tǒng)采用的光伏控制模塊，能夠根據(jù)主控模塊發(fā)出的指令信號調(diào)節(jié)光伏組件模塊中每個光伏發(fā)電子單元的電流通斷，從而調(diào)節(jié)光伏組件的發(fā)電輸出功率，能夠最大程度的提高光伏發(fā)電的效率，同時保護了系統(tǒng)電流的穩(wěn)定持續(xù)性。

（2）本發(fā)明的家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主控模塊采用了fpga微處理器、dsp微處理器、arm微處理器中的一種，其功耗較小、可靠性性較高、編程簡單、效率較高、價格較低、數(shù)據(jù)處理速度較快，能夠有效提高管控系統(tǒng)的靈敏度和可靠性，降低的能耗，節(jié)約了資源。

（3）本發(fā)明的家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用了充電保護電路與蓄電池組連接，當(dāng)蓄電池模塊電壓較低時，在設(shè)定的最大電流下充電，隨著蓄電池模塊電壓的不斷增加，充電電流隨之減小，最終將蓄電池模塊恒定在一個設(shè)定的電壓值上，進行浮充，避免超出蓄電池模塊的容量或出現(xiàn)虛滿，避免了過電流和過電壓現(xiàn)象，能夠最大程度的保護電池，節(jié)約了資源，減少了能耗、延長了電池的使用壽命。

（4）本發(fā)明的家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用的顯示報警模塊包括led電子顯示屏、語音播報模塊、報警燈以及報警呼叫器，能夠使工作人員直觀的掌握到光伏發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)信息和溫濕度信息，報警系統(tǒng)能夠及時有效的引起外部人員的注意，并能根據(jù)危險等級進行語音播報和鳴笛警報，大大提高了整個管控系統(tǒng)的效率。

（5）本發(fā)明的家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用的安全保護模塊能夠在負載發(fā)生異?；蛘呷藶樾枰獣r及時自動斷開電流輸出，最大程度的保護了人身財產(chǎn)安全。

（6）本發(fā)明的家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用的無線通信模塊采用了wifi模塊，能夠?qū)崟r的與移動控制終端進行通信，將光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)信息傳送給移動控制終端，同時還能夠接收移動控制終端的控制信號，大大提高了發(fā)明的系統(tǒng)的效率。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的一種家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1-2所示，本實施例的一種家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括

主控模塊1、光伏組件模塊2、光伏控制模塊3、逆變器模塊4、蓄電池模塊5、充放電控制模塊6、數(shù)據(jù)采集模塊7、存儲模塊8、顯示報警模塊9、安全保護模塊10、無線通信模塊11、移動控制終端12；

所述主控模塊1用于處理數(shù)據(jù)采集模塊7采集到的數(shù)據(jù)以及無線通信模塊11接收的移動控制終端12發(fā)出的控制信號，并根據(jù)分析處理后的結(jié)果或者移動控制終端12發(fā)出的信號對光伏控制模塊3、蓄電池模塊5、充放電控制模塊6、安全保護模塊10、存儲模塊8、顯示報警模塊9發(fā)出相應(yīng)的指令信號；

所述光伏組件模塊2包括安裝于屋頂?shù)亩鄠€光伏發(fā)電子單元，用于接收太陽光中的光輻射能量并轉(zhuǎn)化為電能，通過光伏控制模塊3一路經(jīng)過充放電控制模塊6送入蓄電池模塊5存儲，另一路通過逆變器模塊4轉(zhuǎn)換成交流電輸出供家用電器使用；

所述光伏控制模塊3根據(jù)主控模塊1發(fā)出的指令信號一方面調(diào)節(jié)光伏組件模塊2中每個光伏發(fā)電子單元的電流通斷，從而調(diào)節(jié)光伏組件的發(fā)電輸出功率；另一方面對輸出功率在送入蓄電池存儲和直接轉(zhuǎn)化為交流電使用兩路間進行合理分配；

所述逆變器模塊4為正弦波逆變器用于將光伏組件或者蓄電池模塊5輸入的直流電轉(zhuǎn)化為交流電輸出，以供家用電器使用；

所述蓄電池模塊5包括蓄電池組和充電保護電路6，所述充電保護電路6與蓄電池組連接，用于保護電池且對電池實行智能充電，避免了過電流和過電壓現(xiàn)象，有效提高了電池的使用壽命；

所述充放電控制模塊6根據(jù)主控模塊1發(fā)出的指令信號，一方面控制蓄電池模塊5合理的在充電和放電間進行切換，另一方面控制輸出的電流在直接供給負載使用和通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電使用兩路間進行和例分配；

所述數(shù)據(jù)采集模塊7包括蓄電池數(shù)據(jù)采集模塊71、環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊72、負荷數(shù)據(jù)采集模塊73和光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集模塊74；所述蓄電池數(shù)據(jù)采集模塊71用于采集蓄電池組的電壓、溫度、電量以及充電狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊72用于采集太陽光輻照度、環(huán)境溫度以及環(huán)境濕度數(shù)據(jù)；所述負荷數(shù)據(jù)采集模塊73用于采集家庭用電負荷的消耗電能數(shù)據(jù)；所述光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集模塊74用于采集光伏組件的輸出功率、輸出電壓以及輸出電流數(shù)據(jù)；

所述存儲模塊8用來存儲數(shù)據(jù)采集模塊7采集的數(shù)據(jù)以及預(yù)先設(shè)置的控制程序，以供主控模塊1調(diào)用；

所述顯示報警模塊9用來實時顯示環(huán)境數(shù)據(jù)、蓄電池數(shù)據(jù)、負荷數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電數(shù)據(jù)信息，當(dāng)數(shù)據(jù)超過預(yù)定閾值時可以根據(jù)情況分為不同的危險等級，并發(fā)出相應(yīng)報警鈴聲；

所述安全保護模塊10用于根據(jù)主控模塊1發(fā)出的指令或者負載數(shù)據(jù)發(fā)生異常超過閾值時，及時斷開發(fā)電系統(tǒng)的電流輸出，達到了保護家用電器不受損害以及防止人身安全事故的作用；

所述無線通信模塊11用于向移動控制終端12發(fā)送采集處理的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)或者接收移動控制終端12的指令信息送入主控模塊1以供調(diào)用。

所述移動控制終端12用于實時接收無線通信模塊11發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)人為設(shè)定環(huán)境參數(shù)回傳給無線通信模塊11送入主控模塊進行處理；

本實施例中主控模塊1為fpga微處理器。

本實施例中光伏發(fā)電子單元為薄膜式太陽電池板。

本實施例中移動控制終端12包括移動智能設(shè)備和安裝在設(shè)備上的光伏發(fā)電系統(tǒng)app模塊；

所述移動智能設(shè)備為智能手機。

本實施例中蓄電池數(shù)據(jù)采集模塊71包括電壓采樣電路、溫度傳感器、電池容量采樣電路、充電狀態(tài)監(jiān)測電路；所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊72包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器；所述負荷數(shù)據(jù)采集模塊73包括功率采樣電路、電能消耗監(jiān)測電路；所述光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集模塊74包括功率采樣電路、電壓采樣電路、電流采樣電路。

本實施例中存儲模塊包括隨機存儲器模塊、sd卡模塊、usb接口模塊，所述隨機存儲器模塊用于與主控模塊的配合使用以增加內(nèi)存和數(shù)據(jù)處理的速度，所述sd卡模塊用于長時間存儲采集的各種數(shù)據(jù)，所述usb接口模塊方便導(dǎo)出復(fù)制數(shù)據(jù)。

本實施例中顯示報警模塊9包括led電子顯示屏、語音播報模塊、報警燈以及報警呼叫器。

本實施例中無線通信模塊11為wifi通信模塊。

本發(fā)明的一種家用安全高效離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)使光伏發(fā)電技術(shù)能應(yīng)用于我國大多數(shù)家庭，停電后能提供備用電源，將光能轉(zhuǎn)化為家庭生活所需電能，一方面緩解了能源壓力，降低了污染達到了節(jié)能環(huán)保的效果；另一方面本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用更精確，具有穩(wěn)定性高，安裝方便，操作簡單，特別適用于遠離電網(wǎng)的區(qū)域或限電地區(qū)或者分散居住的鄉(xiāng)村的日常供電。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。