車載簡易光伏發(fā)電系統(tǒng)

車載簡易光伏發(fā)電系統(tǒng)

阮 佳 武漢交通職業(yè)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(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)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(wǎng)的情況下給中小功率用電器供電。

【關鍵詞】

車載；光伏系統(tǒng)；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(chǎn)國，掌握著硅光電電池的主要生產(chǎn)技術。加上國土面積遼闊，適宜發(fā)展光伏發(fā)電代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。光伏系統(tǒng)可分為并網(wǎng)光伏系統(tǒng)和獨立光伏系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指太陽能光伏發(fā)電連接到國家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的電能補充。獨立光伏系統(tǒng)是指太陽能光伏系統(tǒng)不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式。本系統(tǒng)就是一個獨立的光伏系統(tǒng)，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(yè)規(guī)模生產(chǎn)的多晶硅能量轉(zhuǎn)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(zhuǎn)換電壓隨蓄電池電壓溫度系數(shù)的變化而變化，從而使蓄電池在很寬的溫度范圍內(nèi)都能達到最佳充電狀態(tài)。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(tǒng)是一個車載光伏系統(tǒng)，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(tǒng)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(qū)動板”，“DC-DC 驅(qū)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(lián)增大電流，后極串聯(lián)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(shù)，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(qū)動板

DC-DC 升壓驅(qū)動部分電路以集成電路SG3525 為核心。SG3525 是一種性能優(yōu)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(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動能力；內(nèi)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(diào)，同時能限制最大占空比。 由SG3525 輸出兩路互補對稱的驅(qū)動信號：=73kHz 兩路信號分別加兩個推挽電路上，驅(qū)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(qū)動兩個NCE01H14T，經(jīng)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(wěn)定，升壓后的輸出電壓與設定電壓進行比較，該誤差經(jīng)PI 調(diào)節(jié)器后控制SG3525 輸出驅(qū)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(qū)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(chǎn)品調(diào)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(wěn)定后，最大功率可達500W。如果用電器為200W，可持續(xù)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(fā)電系統(tǒng)設計與應用實例. 周志敏 紀愛華 電子工業(yè)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(yè)學院、助教、實驗員、應用電子技術。054