車載簡易光伏發電系統

車載簡易光伏發電系統

阮 佳 武漢交通職業學院 430065 

【文章摘要】 

太陽能作為一種可再生能源，是解決能源危機的一個重要途徑。目前光伏系統的整體解決方案都已成熟， 將來會更多的進入老百姓的日常生活。本文介紹的是一個獨立車載光伏發電系統，系統由光電池，充電控制器，蓄電池和逆變器組成，輸出為220V 的市電。適用于野外科考和露營，或遠離電網的情況下給中小功率用電器供電。

【關鍵詞】

車載；光伏系統；逆變器；UC3906 ； SG3525 

太陽能是一種可再生的能源，具有安全、清潔、資源充足等特點。中國目前是光伏電池的主要生產國，掌握著硅光電電池的主要生產技術。加上國土面積遼闊，適宜發展光伏發電代替傳統能源。光伏系統可分為并網光伏系統和獨立光伏系統。并網光伏系統是指太陽能光伏發電連接到國家電網的發電的方式，成為電網的電能補充。獨立光伏系統是指太陽能光伏系統不與電網連接的發電方式。本系統就是一個獨立的光伏系統，由四個部分組成，光伏電池組，充電控制器，蓄電池和逆變器。

1 光伏電池組

目前，市面上占有主導地位的光伏電池是多晶硅太陽能電池，工業規模生產的多晶硅能量轉換效率可以達到17%，性價比較高。電池組的電壓輸出于電池片的體積和日照強度有關。本系統采用柔性太陽能電池板。于普通用鋁合金封裝的太陽能電池板相比柔性電池板重量輕，便于攜帶，可以輕微彎曲，更適合外出使用。設計輸出18V 的額定電壓和3A 的最大電流。

電池組展開面積約2M2，發電時，可以把光電池組放在汽車的頂部，接收太陽光。

2 充電控制器

充電控制器電路是一個采用UC3906 芯片控制的充電電路。UC3906 是一個為免維護鉛酸蓄電池充電的專用控制芯片，它具有實現鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測功能。更重要的是它能使充電器各種轉換電壓隨蓄電池電壓溫度系數的變化而變化，從而使蓄電池在很寬的溫度范圍內都能達到最佳充電狀態。在由UC3906 組成的雙電平浮充充電電路中，過充終止電流IOCT 和最大充電電流IMAX 的由芯片2,3 腳之間的電阻RS 決定。浮充電壓VF 和過充電壓Voc 由電阻Ra， Rb 和RC 決定，其中Ra 位于電池正極和13 腳之間的，Rb 位于13 腳和地之間，RC 位于10 腳13 腳之間。

3 蓄電池

蓄電池采用普通免維護鉛酸蓄電池， 額定輸出為12V/36Ah。12V 的蓄電池應用較為廣泛，鑒于本系統是一個車載光伏系統，12V 可以由獨立的蓄電池提供，也可以由汽車蓄電池提供。兩個電池可以交替使用，增加系統的靈活性。

4 逆變器

逆變器部分分為三大部分，分別是“功率板”，“SPWM 驅動板”，“DC-DC 驅動板”。

4.1 功率板

功率主板包括DC-DC 升壓和H 橋逆變兩個部分。本逆變器的主要電能來源是12V 的鉛酸蓄電池，電池電壓允許輸出范圍為11-14V, 滿功率時，前級工作電流可以達到50A 以上。主變壓器采用EE42 的磁芯。前級并聯增大電流，后極串聯增加帶負載能力。高壓整流快速二極管，用的是TO220 封裝的RHRP8120。后面跟的高壓濾波電容的參數，在可能的情況下，盡可能用的容量大一些，對改善高壓部分的負載特性和減少干擾都有好處。

4.2 DC-DC 驅動板

DC-DC 升壓驅動部分電路以集成電路SG3525 為核心。SG3525 是一種性能優良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM 控制芯片，它簡單可靠，使用方便靈活，輸出驅動為推拉輸出形式，增加了驅動能力；內部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM 鎖存器，有過流保護功能，頻率可調，同時能限制最大占空比。 由SG3525 輸出兩路互補對稱的驅動信號：=73kHz 兩路信號分別加兩個推挽電路上，驅動后級的4 個NCE01H14T，由于前面輸出的互補對稱的脈沖波，將每路脈沖分別驅動兩個NCE01H14T，經變壓器升壓通過二極管疊加的電壓可達到峰峰值為334V 的高頻電壓。為保持DC/DC 變換器輸出電壓的穩定，升壓后的輸出電壓與設定電壓進行比較，該誤差經PI 調節器后控制SG3525 輸出驅動信號的占空比。而當檢查到DC/DC 變換器輸出電流過大時， SG3525 將減小門極脈沖的寬度，降低輸出電壓，進而降低輸出電流。當輸出電壓過高時，會停止DC/DC 變換器的工作。

4.3 SPWM 驅動板

SPWM 的核心部分采用了TDS2285 單片機芯片。該芯片是一款DIP-14 封裝的CMOS 工藝的純正正弦波逆變控制芯片。末級輸出用的時候使用4 個250 光藕達到隔離的目的，將輸出的SPWM 信號與功率板的SPWM 接口相連接。

5 產品調試及使用

使用時，柔性太陽能電池板可以置于汽車的車頂，或者置于帳篷頂部等傾斜面，方向正對太陽。太陽能電池板通過充電控制器與12V 蓄電池連接，蓄電池的正負極在與逆變器的直流輸入端連接。逆變器的交流輸出端連接電源接線板，可以將市電用電設備直接插到接線板上取點。在實際中，太陽能電池空載最高可輸出20.132V 電壓和3A 的電流，略高于設計時的理論值。在用太陽能電池通過充電器給標稱容量為12V/36Ah 蓄電池充電時， 最高充電電流為1.05A; 充滿時，浮充電流為30mA 左右，充滿時間約為10h，充滿時間與太陽光照強度有關。將太陽能電池板和蓄電池斷開，僅利用蓄電池給逆變器供電，等逆變器工作穩定后，最大功率可達500W。如果用電器為200W，可持續工作2 個小時。具體帶負載時間與用電器功率有關。

【參考文獻】

[1] 太陽能光伏發電系統設計與應用實例. 周志敏 紀愛華 電子工業出版社 北京 2010 年7 月

[2] 李兵，基于UC 3 9 0 6 的免維護鉛酸蓄電池智能充電器的設計. 機械工程師，2005。

【作者簡介】

阮佳，1984 年11 月生，女，漢，湖北武漢，本科、武漢交通職業學院、助教、實驗員、應用電子技術。054