一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，通过所设计双层碟形结构扩大光伏阵列面积，提高了光伏发电量，满足大功率负载的要求；通过一路光伏阵列、1～2个蓄电池、一个光伏控制器构成一个独立的光伏发电模块的方式，当功率负载改变时，相应增加光伏发电模块，可以满足不同负载大小的要求；通过所设计的光伏控制电路，提高光伏的输出电流，提高了光伏的利用率；通过蓄电池放电口内置大功率肖特基整流二极管，蓄电池放电端并联环网连接到光伏控制电路，蓄电池并联连接方便，环网连接可靠，提高了方便性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，通过所设计双层碟形结构扩大光伏阵列面积，提高了光伏发电量，满足大功率负载的要求；通过一路光伏阵列、1～2个蓄电池、一个光伏控制器构成一个独立的光伏发电模块的方式，当功率负载改变时，相应增加光伏发电模块，可以满足不同负载大小的要求；通过所设计的光伏控制电路，提高光伏的输出电流，提高了光伏的利用率；通过蓄电池放电口内置大功率肖特基整流二极管，蓄电池放电端并联环网连接到光伏控制电路，蓄电池并联连接方便，环网连接可靠，提高了方便性和可靠性。【专利说明】一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统
本技术属于浮标供电系统领域，尤其涉及一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统。
技术介绍
目前，在我国湖泊和海洋中使用的浮标，主要用于探测检测等用途，在浮标上装备了传感器、测量测试、通信等电子设备。在设备少的情况下，功率消耗小，其供电多采用安装于浮标表面或桅杆顶部的数块光伏组件与铅酸蓄电池相结合而构成离网光伏发电系统给设备供电，保障电子设备正常工作。随着海洋的开发和利用，用于海洋和湖泊资源监测、维权目标识别等要求的浮标将放置于海洋环境，浮标上装备越来越多的传感器、测量测试、通信等设备，特别是用于海洋、湖泊的十米大型浮标，由于装备大量测量、通信等电子设备，负载功率远远大于以往的各种浮标供电系统功率，因此供电系统能够给大功率负载长期供电成为浮标上其它电子设备正常工作的先决条件。 根据海洋湖泊的实际使用环境，现有的浮标电子设备供电方案主要有以下以下2种。第一种完全由一次电池或二次蓄电池供电的方案。在电子设备功率小的情况下使用，功率多为几瓦至十几瓦，如果使用一次电池则需要定期更换，如果使用二次电池则需要维护人员更换二次电池或现场使用充电机给二次电池充电。第二种供电方案为光伏发电蓄电池储电相结合的离网光伏发电系统方案。由于浮标表面积小，即使是十米浮标目前最多放置或安装十块至十二块100W光伏组件，光伏组件平置于浮标表面或使用支架置于桅杆顶端；储能电池多使用普通铅酸蓄电池，浮标负载功率仅有几瓦至几十瓦，光伏组件通过防反二极管与蓄电池直连充电。 对于上述第一种方案，定期维护或更换电池，带来耗材成本和维护时间增加，降低设备工作效率，增加了运行和维护成本。对于第二种方案如果增加负载功率时，则必须人工定期乘船赴浮标点给蓄电池充电或更换蓄电池。在负载功率增加时，由于浮标表面积限制，无法扩大放置光伏组件的面积，因此无法提供足够的光伏功率；而且不同浮标负载变化时无法灵活实现功率供给；如果通过定期更换蓄电池或定期现场给蓄电池充电，同样有第一种方案所带来的问题。 当浮标带有卫星通信设备、视频检测设备、摄像设备、声指纹检测和识别设备、中央控制设备、气象设备电子负载时，每项电子设备瞬时功率从几瓦至700W不等，设备的总平均功率按250W的计,其功率大小已远超我国现有各种浮标负载功率值，目前无任何供电实现方案和实现的案例。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，旨在解决现有浮标电子设备供电方案中，由于安装场地和光伏组件效率等因素的制约，当安装在浮标上的电子设备增多功率增大时，供电系统无法保障电子设备的正常工作的问题。 本技术是这样实现的，一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，包括光伏发电组、储能蓄电池组以及电源管理组；其中，所述光伏发电组包括46块90W单晶硅光伏组件，所述光伏组件采用双层碟状结构，顶层光伏阵列由10块光伏组件分2组并联产生2路光伏阵列，底层光伏阵列由每4块光伏组件并联为I路共产生9路光伏阵列，每路光伏阵列配备I至2个500Ah的蓄电池，构成一个独立供电模块； 所述电源管理组包括用于改善光伏输出电流的光伏控制电路、用于将总输出电源电压变换出各个受控负载需求的电压并给受控负载供电的DC-DC模块、以及用于控制DC-DC模块通电以达到控制受控负载分时供电的DC-DC控制电路； 所述光伏发电组中各路光伏阵列均与光伏控制电路连接，所述光伏控制电路分别与DC-DC控制电路、储能蓄电池组连接，所述DC-DC控制电路与DC-DC模块连接。 优选地，所述光伏控制电路包括光伏阵列的正负极接入端PV_Pos和PV_Neg，蓄电池充电正负极接入端P0WER_Pos和P0WER_Neg，用于稳定光伏阵列电压给PWM电路供电的稳压电源电路，改善光伏阵列输出电流的脉冲宽度调制PWM电路和降压BUCK变换电路主回路，受光伏电压控制的开关电路；其中， 所述光伏阵列正负极分别与PV_Pos和PV_Neg连接，所述储能蓄电池的充电正负极分别与P0WER_Pos和P0WER_Neg连接； 所述PV_Pos和PV_Neg与稳压电源电路连接，所述稳压电源电路、脉冲宽度调制PWM电路以及降压BUCK变换电路主回路依次连接，所述降压BUCK变换电路主回路与P0WER_Pos 和 P0WER_Neg 连接。 优选地，所述稳压电源电路包括输出电压12V的三端稳压集成电路U1，滤波电容C18、C21、C22 ； 所述脉冲宽度调制PWM电路包括时基集成电路U2、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C19、电容C20、场效应管Q16、场效应管Q17、二极管D42和D43 ； 所述降压BUCK变换电路主回路包括电感LI和二极管D44 ； 所述开关电路包括三极管Q15、电阻R17、稳压二极管D39、稳压二极管D40、压敏电阻R15、电容C17、二极管D41 ;其中， 所述三极管Q15的射极与PV_Pos连接、电容C16的正极连接，电容C16的负极连接在PV_Neg的输出电路a连接点上；所述三极管Q15的基极与电阻R17的I端连接，三极管Q15的集电极与二极管D41的正极连接；所述电阻R17的2端分别与稳压二极管D39的负极、电容C17的正极连接；所述稳压二极管D39的正极与稳压二极管D40的负极连接，所述稳压二极管D40的正极连接在PV_Neg的输出电路b连接点上；所述电容C17的负极连接在PV_Neg的输出电路c连接点上； 所述二极管D41的负极分别与滤波电容C18的正端、三端稳压集成电路Ul的第一端连接，所述三端稳压集成电路Ul的第三端分别与滤波电容C21的正极、C22的I端连接，所述滤波电容C18的负极、三端稳压集成电路Ul的第二端、滤波电容C21的负端、C22的2端汇合后连接在PV_Neg的输出电路d连接点上； 所述三端稳压集成电路Ul的第三端还分别与时基集成电路U2的VCC端、电阻R18的I端连接；所述时基集成电路U2的DISC端与二极管D42的正端、D43的负端、电阻R18的2端连接；所述二极管D43的正端与电阻R19的I端连接；所述二极管D42的负端与电阻R20的I端连接；电阻R19的2端与电阻R20的2端连接汇合，该汇合点的一输出线路与电容C19的I端连接，另一输出端分别与时基集成电路U2的THR和TRIG端连接；所述电容C19的2端连接在PV_Neg的输出电路e连接点上； 所述时基集成电路U2的CVOLT端与电容C20的I端连接，所述电容C20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于浮标上大功率负载的离网光伏供电系统，其特征在于，包括光伏发电组、储能蓄电池组以及电源管理组；其中，所述光伏发电组包括46块90W单晶硅光伏组件，所述光伏组件采用双层碟状结构，顶层光伏阵列由10块光伏组件分2组并联产生2路光伏阵列，底层光伏阵列由每4块光伏组件并联为1路共产生9路光伏阵列，每路光伏阵列配备1至2个500Ah的蓄电池，构成一个独立供电模块；所述电源管理组包括用于改善光伏输出电流的光伏控制电路、用于将总输出电源电压变换出各个受控负载需求的电压并给受控负载供电的DC‑DC模块、以及用于控制DC‑DC模块通电以达到控制受控负载分时供电的DC‑DC控制电路；所述光伏发电组中各路光伏阵列均与光伏控制电路连接，所述光伏控制电路分别与DC‑DC控制电路、储能蓄电池组连接，所述DC‑DC控制电路与DC‑DC模块连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李天福，江学范，沈宗根，魏泉苗，刘春玉，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32