基于光伏組件的自助充電裝置設(shè)計

徐志鑫 袁富生 王恒勇 吳占領(lǐng) 贠立疆 侯寶華

摘 ? 要：基于光伏電源與市電互補(bǔ)的自助充電裝置，由太陽能電池板、控制器、蓄電池、逆變器、電壓檢測切換模塊、支付模塊和負(fù)載組成。光伏發(fā)儲電部分和自助充電部分為本裝置的核心，本裝置主要采用多晶硅光伏板為整套裝置提供電能，電壓檢測切換模塊主要對蓄電池的電壓進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電壓低于閾值電壓時，切斷電池電壓，轉(zhuǎn)為市電供電，實現(xiàn)電池的欠壓保護(hù);支付模塊基于移動網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)微信平臺，遵循著移動網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實現(xiàn)電能的自助使用。文章對此進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：光伏;自助;充電

我國第三方支付交易規(guī)模比例呈現(xiàn)逐年上升的趨勢[1]，近年來，光伏能源作為清潔環(huán)保型能源的代表之一不斷受到國家的提倡與重視。本裝置構(gòu)想設(shè)計一套基于太陽能板發(fā)電與市電相互補(bǔ)的自助充電裝置，由太陽能光伏板、蓄電池、控制器、支付模塊、逆變器、電壓監(jiān)測切換模塊構(gòu)成。當(dāng)用戶端需要充電時可經(jīng)移動支付的方式由支付模塊完成電能的輸送[1-3]。

1 ? ?裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于光伏組件的自助充電裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，太陽能光伏板為本裝置的能源中心，源源不斷地把太陽能轉(zhuǎn)換為電能并通過控制器將躍變的直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電能，為蓄電池和裝置的其他設(shè)備提供直流電。裝置中的蓄電池采用并聯(lián)接法，逆變器將12 V直流電壓變?yōu)?20 V交流電壓，實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。電壓檢測切換模塊主要對蓄電池中的電壓進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)光伏組件與市電之間的互補(bǔ)，當(dāng)蓄電池的電壓低于設(shè)置的閾值電壓時，電壓檢測切換模塊自動斷開蓄電池與負(fù)載端的通路，使負(fù)載端轉(zhuǎn)為市電供電;支付模塊基于移動網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)微信平臺，嚴(yán)格遵循網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，后臺自主設(shè)定充電時間和充電金額[4-5]。

2 ? ?裝置的系統(tǒng)設(shè)計

本裝置電氣系統(tǒng)中控制器的工作電壓為12 V，負(fù)載用電量的平均值為60 Ah，連續(xù)陰雨天的時間為2天，峰值日照小時數(shù)以5 000 MJ/m3（全國2/3以上地區(qū)的年輻射量）計，估算得4 h。

2.1 ?太陽能光伏板及蓄電池容量的選型

2.2 ?控制器及支付模塊的選型

光伏控制器與太陽能光伏板及蓄電池配套使用保證蓄電池的穩(wěn)定工作，其保護(hù)作用應(yīng)滿足：過放保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過充保護(hù)、反接保護(hù)、短路保護(hù)。再綜合負(fù)載情況及系統(tǒng)電壓、電流可選用某公司生產(chǎn)的型號為MPPT40A的光伏控制器一塊，其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

本裝置中的支付模塊選用某公司生產(chǎn)的掃碼控制計時器，掃碼支付后開始供電倒計時為負(fù)載端提供電流，倒計時結(jié)束后自動斷開電流以實現(xiàn)電能的自助使用。其通過手機(jī)掃碼就可以成功注冊，無需登錄電腦。便捷的手機(jī)端后臺可實現(xiàn)：設(shè)備狀態(tài)查看、設(shè)備收益查看、收費(fèi)套餐設(shè)置、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、設(shè)備位置查詢等功能。根據(jù)設(shè)備供電電壓的不同，掃碼控制計時器的選擇也是多樣的。

2.3 ?逆變器及電壓監(jiān)測切換模塊的選型

本裝置中的負(fù)載端供電面向電動車、筆記本電腦、手機(jī)等用電設(shè)備，因此需要將系統(tǒng)中12 V的直流電轉(zhuǎn)換為220 V交流電以滿足負(fù)載端的需求，這一環(huán)節(jié)可由逆變器完成。參照各公司出品的逆變器的適用范圍，選用某公司生產(chǎn)的型號為1 200 W的逆變器，其主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

為了避免光伏發(fā)電部分受陰雨天影響出現(xiàn)供電不足的情況，本裝置選用電壓監(jiān)測切換模塊實現(xiàn)光伏組件與市電的互補(bǔ)，即電壓監(jiān)測切換模塊檢測到蓄電池電壓不足時負(fù)載端可轉(zhuǎn)為市電供電。由上述可選用某公司生產(chǎn)的型號為YYV-1的電壓檢測繼電器開關(guān)板，其電壓檢測范圍為0～50 V，可手動調(diào)節(jié)為12 V[6-7]。

3 ? ?裝置的調(diào)試與運(yùn)行

由上述可知，根據(jù)基于光伏組件的自助充電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計與裝置中各組成部分的選型，購買相關(guān)產(chǎn)品在實驗室中進(jìn)行組裝及試運(yùn)行[8-9]。掃碼控制計時器通過手機(jī)端后臺設(shè)置的自助充電套餐為0.1元/min。組裝完成后為檢測裝置的運(yùn)行可靠性，通過測量其相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行調(diào)試，使裝置安全、可靠地運(yùn)行。裝置的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)如表4—5所示。

4 ? ?結(jié)語

文章闡述了基于光伏組件的自助充電裝置相關(guān)設(shè)計并進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，已實現(xiàn)設(shè)計要求。表5中出現(xiàn)支付失敗的原因系掃碼支付者的手機(jī)因為掃碼角度受到二維碼表面反射光的影響而未識別到二維碼，故調(diào)整掃碼角度即可完成支付。

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