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行監(jiān)測，當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;支付模塊基于移動網(wǎng)絡(luò)和手機微信平臺，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行監(jiān)測，實現(xiàn)光伏組件與市電之間的互補，當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載端的通路，使負載端轉(zhuǎn)為市電供電;支付模塊基于移動網(wǎng)絡(luò)和手機微信平臺，嚴格遵循網(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，其保護作用應(yīng)滿足：過放保護、過壓保護、過流保護、過充保護、反接保護、短路保護。再綜合負載情況及系統(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。其通過手機掃碼就可以成功注冊，無需登錄電腦。便捷的手機端后臺可實現(xiàn)：設(shè)備狀態(tài)查看、設(shè)備收益查看、收費套餐設(shè)置、設(shè)備遠程控制、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

本裝置中的負載端供電面向電動車、筆記本電腦、手機等用電設(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，即電壓監(jiān)測切換模塊檢測到蓄電池電壓不足時負載端可轉(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)品在實驗室中進行組裝及試運行[8-9]。掃碼控制計時器通過手機端后臺設(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行可靠性，通過測量其相關(guān)的運行參數(shù)并進行調(diào)試，使裝置安全、可靠地運行。裝置的相關(guān)運行參數(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)計并進行調(diào)試運行，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。

[參考文獻]

[1]BADERNA D，CABRINI A，SANDRE G E.A 1.2 V sense amplifier for embeddable nor Flash memories[C].Beijing：IEEE International Symposium on Circuits&Systems Solid-State Circuits Confe Rence，2005.

[2]黃荻，疏斌.我國移動支付的發(fā)展現(xiàn)狀及問題探究[J].江西通信科技，2018（2）：6-8.

[3]姜文，詹新生，張江偉.一種太陽能手機充電樁的設(shè)計[J].電子測試，2018（18）：25-26.

[4]德卡科技.充電樁支付創(chuàng)新應(yīng)用所面臨的問題及新機遇[J].金卡工程，2016（4）：53-54.

[5]白永生.光伏發(fā)電的發(fā)展與設(shè)計思路[J].現(xiàn)代建筑電氣，2017（11）：1-8，20.

[6]吳瀚.簡述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)核心—光伏逆變器[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（16）：176-177.

[7]張光雷.離網(wǎng)光伏發(fā)電與市電互補自動切換系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018（35）：62-63.

[8]趙一男.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計要點及發(fā)電預(yù)測[C].北京：“電子技術(shù)應(yīng)用”智能電網(wǎng)會議，2017.

[9]季健翔.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].智能城市，2018（21）：92-93.