專利名稱：太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能應(yīng)用控制系統(tǒng)，尤其涉及一種太陽能低成本應(yīng)用的間歇式工作系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)和生活對能源消耗的日益增多，能源危機正不可逆轉(zhuǎn)地向世人們走來，這使得人們對太陽能這種取之不竭的可再生能源應(yīng)用提高重視，并投入了巨大的科研投入。各種各樣的太陽能應(yīng)用系統(tǒng)便應(yīng)運而生。例如利用太陽能儲能實現(xiàn)的草坪噴霧裝置； 水族箱增氧泵、水泵；水產(chǎn)養(yǎng)殖用增氧泵；各類太陽能換氣排熱裝置等等。在太陽能等可再生能源越來越被重視的當前，其應(yīng)用水平尤其是在應(yīng)用控制上仍舊沿用傳統(tǒng)的方法，不但沒有發(fā)揮太陽能及一些相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用性能優(yōu)勢，還大幅降低了可再生能源尤其是太陽能的實際使用效能，使得成本大幅的提高，因而制約了太陽能的推廣速度。傳統(tǒng)的控制方法由于其設(shè)計均基于傳統(tǒng)形式的能源，其能源的使用特點是用則消耗，不用則不消耗，而太陽能及其它可再生能源的能源轉(zhuǎn)換在合適的條件下始終持續(xù)進行， 與是否使用并無關(guān)聯(lián)。而在傳統(tǒng)的控制方式下，就必須將這些新能源的能源系統(tǒng)改變?yōu)榕c傳統(tǒng)能源具有相同特征的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)下，儲能器件成為了系統(tǒng)的核心，而目前的技術(shù)條件下儲能器件的能效、成本和壽命都不是很理想，特別儲能器件的電磁污染嚴重，使用壽命較短，需要經(jīng)常維護、更換，且應(yīng)用系統(tǒng)的控制方式受能量儲存單元的影響較大，許多功能設(shè)計需要兼顧實時的能量供給能力，為太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的推廣實施帶來了不小的困難。在傳統(tǒng)的應(yīng)用控制方法中，儲能器件需要滿足的基本條件是儲能器件儲能能力需要滿足在任何時候能夠啟動應(yīng)用部件的要求，當儲能能力下降時，將影響應(yīng)用功能。具體來看將太陽能所轉(zhuǎn)換的電能存儲到儲能器件中，通過儲能器件輸出電能，提供給應(yīng)用系統(tǒng)使用。而應(yīng)用系統(tǒng)與能源無關(guān)，采用傳統(tǒng)的控制方式進行控制(如圖1所示)。在這樣的系統(tǒng)中，電能與儲能器件具有極大的相關(guān)性。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)的使用，儲能器件必須足夠的大，要有比較高的冗余度。而一些具備高循環(huán)壽命，小容量大電流的新型儲能器件由于價格昂貴，如果大量采用會大大提高系統(tǒng)的成本，因此，在傳統(tǒng)應(yīng)用控制方法中目前無法大規(guī)模采用。

實用新型內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型的目的是提出一種太陽能應(yīng)用間歇式工作系統(tǒng)，能夠大幅度提高系統(tǒng)的能效、改善應(yīng)用性能、大幅降低儲電部件配置，降低成本。 該技術(shù)方案使用范圍大，對于太陽能的應(yīng)用具有推動作用。本實用新型的上述第一個目的間歇式工作系統(tǒng)，通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)其包含能源系統(tǒng)以及與能源系統(tǒng)輸出相連的應(yīng)用系統(tǒng)，其中能源系統(tǒng)具有PV器件，儲能器件以及連接其間的充放電控制器，所述應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用部件通過開關(guān)線路與能源系統(tǒng)相連取能，其特征在于所述間歇式工作系統(tǒng)在儲能器件上設(shè)有一電能測量單元，實時測量儲能器件的電能余量，且電能測量單元輸出連接設(shè)有一單片機控制器，所述單片機控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。作為以上技術(shù)方案的補充所述儲能器件至少為鐵鋰電池，超級電容或電解電容中的一種；所述開關(guān)線路為含電子開關(guān)的連接線。本實用新型應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，較之于傳統(tǒng)技術(shù)其突出效果為它徹底改變了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制方式，將應(yīng)用控制的核心條件由人工判斷、定時控制等傳統(tǒng)方法改為由控制器根據(jù)儲能器件中的電能容量智能響應(yīng)。通過該間歇式控制方法可以應(yīng)用高性能的超級電容，大幅降低了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)對儲能部件的需求，延長了系統(tǒng)維護的周期，降低了應(yīng)用及服務(wù)成本，進一步提高了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。以下便結(jié)合實施例附圖，對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳述，以使本實用新型技術(shù)方案更易于理解、掌握。

圖1是傳統(tǒng)太陽能應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2是本實用新型提出的太陽能應(yīng)用新控制方法的原理架構(gòu)圖；圖3是圖2所示太陽能應(yīng)用系統(tǒng)儲能器件的能量曲線；圖4是本實用新型一種實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖5是本實用新型另一種實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
具體實施方式
本實用新型針對太陽能應(yīng)用系統(tǒng)傳統(tǒng)控制方式的不足，創(chuàng)新提出了一種新型的應(yīng)用控制方式。該控制方式基于間歇式工作系統(tǒng)而實現(xiàn)。從原理上來分析，突破傳統(tǒng)控制方法的制約，本實用新型將能源系統(tǒng)及應(yīng)用系統(tǒng)整合為由一個電能測量單元和單片機控制器所控制的整體系統(tǒng)。具體來看如圖2所示該間歇式工作系統(tǒng)在儲能器件上設(shè)有一電能測量單元，實時測量儲能器件的電能余量，且電能測量單元輸出連接設(shè)有一單片機控制器，該單片機控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。如圖2 所示，太陽能組件PV轉(zhuǎn)換的電能存儲到儲能器件中，控制器通過檢測儲能器件存儲的電能變化直接控制應(yīng)用部件的工作。當儲能器件存儲的電能達到單片機控制器預(yù)設(shè)的一標準定值或標準區(qū)間，控制器輸出使得充放電控制器放電、電子開關(guān)閉合的第二控制指令，控制應(yīng)用部件工作，隨著應(yīng)用部件的工作，儲能器件存儲的電能被消耗，當達到設(shè)定的標準定值以下或標準區(qū)間之外時，控制器根據(jù)運算結(jié)果輸出使得充放電控制器充電、電子開關(guān)斷開的第一控制指令，控制應(yīng)用部件停止工作，儲能器件繼續(xù)充電。反復(fù)重復(fù)這一過程，以達到應(yīng)用目標。如圖3所示，是該太陽能應(yīng)用系統(tǒng)儲能器件的能量曲線。本實用新型徹底改變了太陽能源系統(tǒng)或其它可再生能源的應(yīng)用控制方式，將應(yīng)用控制的核心條件由人工判斷、定時控制等傳統(tǒng)方法改為由儲能器件中的電能容量決定的新控制條件。并且正因為這樣的改變，應(yīng)用系統(tǒng)中儲能器件的配置需求計算方式徹底改變。通常一些相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的儲能器件配置通常需要達到太陽能每日發(fā)電量的三到五倍。由于考慮到性價比，通常使用鉛酸蓄電池，而其循環(huán)壽命，平均只有500次左右，大大提高了使用成本。同時由于鉛酸電池體積較大，應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化受到限制。而在本實用新型儲能器件的配置要求改變?yōu)閮δ芷骷δ苣芰χ辽贊M足應(yīng)用部件短時間持續(xù)工作需求。因而，采用本實用新型后儲能器件的配置要求將降為傳統(tǒng)方法的百分之一甚至更低。在這個配置條件下，系統(tǒng)可以采用價格貴但性能更好的新型電池，例如鐵鋰電池、超級電容或高容量電解電容等等，系統(tǒng)的成本和性能將得到顯著的提高，特別是通過使用高性能電池，能夠大幅延長電池的維護周期，從而降低使用費用。特別值得一提的是，儲能器件作為能量的暫存部件，通過短時間存儲太陽能轉(zhuǎn)換的電能，當達到一定的儲量時，便啟動應(yīng)用部件工作，在更短的時間內(nèi)將所存儲的能量釋放，完成應(yīng)用功能。在對工作時間、條件等沒有強制限定的應(yīng)用需求中，本實用新型的控制方法能夠大幅度降低采用太陽能及其它可再生能源供電的總體成本，大幅度提高能效，降低使用成本。實施例一應(yīng)用于太陽能增氧控制系統(tǒng)增氧裝置的功能是提高各種水環(huán)境中水的含氧量，通常采用水面攪拌或直接使用氣泵往水中注入空氣的方式來實現(xiàn)。無論是否采用太陽能，目前的產(chǎn)品增氧裝置都是獨立的，通過電力線路或太陽能電站給其提供電能。當水中的含氧量下降時，需要人工啟動其工作，而太陽能電站由于其存在蓄電池維護、體積較大、結(jié)構(gòu)不合理等問題都設(shè)于岸邊，對于廣闊的水域來說，需要布設(shè)大量的電力線纜，工作管理復(fù)雜，另一方面其性價比也無法得到控制。如圖4所示，使用本實用新型控制方法的增氧裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對水體的連續(xù)供氧。 在晴天，光照充足的情況下，氣泵工作頻率較高，而陰雨天及清晨、傍晚等光照較弱的情況下，氣泵的工作頻率較低，但只要太陽能組件能夠轉(zhuǎn)換得到電能，總是能夠通過一段時間的積累啟動氣泵工作，而不再需要人工控制。在本實例中，單片機控制器中預(yù)設(shè)的為標準區(qū)間，所測得的電能余量低于標準區(qū)間的下限時，儲能器件充電，作為應(yīng)用部件的電機驅(qū)動停止工作，且所測得的電能余量高于標準區(qū)間的上限時，儲能器件放電，電機驅(qū)動啟動并運行，直至電能余量消耗到低于標準區(qū)間下限。由于需要驅(qū)動大功率的部件——氣泵，采用了具有比功率較大的超級電容作為儲能部件，由于其具有高循環(huán)壽命，長期工作不需要更換。同時在結(jié)構(gòu)上，由于儲能器件配置大幅降低，體積大為減少，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能組件、控制系統(tǒng)、泵、儲能器件的一體化。通過本實用新型的特殊控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)完全無人職守的無人運行，大量布設(shè)應(yīng)用于大面積水域非常方便。實施例二應(yīng)用于土壤檢測裝置農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和林業(yè)等種植業(yè)，如果能夠?qū)ν寥拉h(huán)境進行監(jiān)測，對減輕作業(yè)量、提高產(chǎn)量具有重要影響。但是由于傳統(tǒng)的方案很難解決電源問題，或者成本較高，不適合低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而本實用新型方案應(yīng)用于土壤檢測具有成本低，長期工作可靠性高的特點。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，無法在農(nóng)田長期固定布設(shè)電力線路，而使用傳統(tǒng)的太陽能應(yīng)用供電技術(shù)，存在成本高，很難小型化布設(shè)、推廣等問題，而如果使用可更換的電池，又存在維護困難，無法長期工作等問題。如圖5所示，在本實例中采用了一個小功率太陽能組件，儲能器件使用一個大容量的電解電容(也可以是容量較小的超級電容)。單片機控制器中預(yù)設(shè)的為標準定值，所測得的電能余量低于標準定值時，儲能器件充電，應(yīng)用部件停止運作；且所測得的電能余量高于標準定值時，儲能器件放電，應(yīng)用部件運作，直至電能余量再次低于標準定值。由于土壤監(jiān)測的連續(xù)性要求不高，因此通過一個小功率的太陽能電池，經(jīng)過長時間(以小時計)充電， 等待充滿儲能部件后，控制器即開始為傳感器及采樣電路供電，采集并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，完成后通過通訊模塊發(fā)送到上位機，從而完成一次監(jiān)測數(shù)據(jù)的采樣過程。本實例可以低成本實現(xiàn)土壤監(jiān)測，能夠在種植業(yè)大范圍應(yīng)用，根據(jù)不同的使用環(huán)境特點配置不同的功率，滿足不同距離和模式的通訊所需要的電能，能夠應(yīng)用于各種種植業(yè)應(yīng)用。除上述兩個實施例外，本實用新型新型的應(yīng)用可能根治方法還可實施于其它多種應(yīng)用環(huán)境下，例如草坪噴霧裝置；水族箱增氧泵、水泵；水產(chǎn)養(yǎng)殖用增氧泵；農(nóng)業(yè)；各類太陽能換氣排熱裝置等等。
權(quán)利要求1.太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，包含能源系統(tǒng)以及與能源系統(tǒng)輸出相連的應(yīng)用系統(tǒng)，其中能源系統(tǒng)具有PV器件，儲能器件以及連接其間的充放電控制器，所述應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用部件通過開關(guān)線路與能源系統(tǒng)相連取能，其特征在于所述間歇式工作系統(tǒng)在儲能器件上設(shè)有一電能測量單元，實時測量儲能器件的電能余量，且電能測量單元輸出連接設(shè)有一單片機控制器，所述單片機控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，其特征在于所述儲能器件至少為鐵鋰電池，超級電容或電解電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)線路為含電子開關(guān)的連接線。
專利摘要一種太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的間歇式工作系統(tǒng)，其包含能源系統(tǒng)以及與能源系統(tǒng)輸出相連的應(yīng)用系統(tǒng)，其中能源系統(tǒng)具有PV器件，儲能器件以及連接其間的充放電控制器，所述應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用部件通過開關(guān)線路與能源系統(tǒng)相連取能，其特征在于所述間歇式工作系統(tǒng)在儲能器件上設(shè)有一電能測量單元，實時測量儲能器件的電能余量，且電能測量單元輸出連接設(shè)有一單片機控制器，所述單片機控制器的控制輸出端與充放電控制器的輸入端和開關(guān)線路相連，提供充放電控制器的切換指令和開關(guān)線路的通斷控制。大幅降低了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)對儲能部件的需求，延長了系統(tǒng)維護的周期，提高了太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號H02N6/00GK202197236SQ20112031771
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者瞿磊 申請人:蘇州蓋婭智能科技有限公司