办公用光伏直流供电系统

许丽萍

摘 要

一些办公场所常用的电脑、手机等电子设备，采用的是直流供电，这种供电方式使电子设备在用电时减少交直流转换次数，减少了电能的损耗。在直流供电系统中，会采用一种光伏电池。本文就针对办公用光伏直流供电系统进行研究。

【关键词】办公用电子设备 光伏发电 直流供电系统

直流供电在日常生活中的使用已经很广泛，一般情况下，即使使用交流供电，也是将其通过充电器等设备，转变为直流供电。在两相比较之下，可以发现直流供电比交流供电要有很多的优势，比如节省了设备钱，提高了电能的使用效率，减少了电能的消耗。太阳能作为一种可再生能源，可以将其转化为直流电，这就是光伏发电。

1 光伏发电的特点

光伏发电的问世推动了分布式发电的发展，它是通过光伏电池从太阳那里获取电能的。而太阳能这种能源是可再生、环保的。光伏发电设备是由方便维护，且无噪音污染的静止模块组成的，这些静止模块包括蓄电池、太阳能电池板等。这种设备规模没有限制，安装时间短，安装操作简单，输配电设备直接省掉，极大地节约了施工成本和总成本。

光伏电池作为一种直流电源，在将太阳能转换成电能时，其效果和当时的光照强度呈正相关，光照强度是随时变化的，因此这种电源也是不稳定的。光伏并网和独立运行时，运用最大功率跟踪（MPPT）对DC/DC转换、DC/AC逆变过程进行控制，自动寻取功率最大点，使光伏电池转化的太阳能最多。

近年来，光伏发电发展形势迅猛，并逐渐将其运用到建筑自身用电中，通过太阳能，并网供电。像办公楼直流负荷集中的地方，不用考虑直流家用电器，光伏直流对直流负荷可以直接供电。

2 办公用电子设备后级供电电路分析

像笔记本电脑、台式电脑等电子设备的直流负荷不同，所以相对的供电电压也有所不同。

2.1 笔记本电脑的供电电压

笔记本有很多不同精密的模块组成，这些模块功能不同，因此为其提供的供电电压也有所不同，如CPU所需的供电电压是1.2-2V，内存需要的是1.8V。这些模块的正常运作和所需供电电压的准确度由电源芯片来保证，所需的供电电压通过电源适配器而得到，如果电池电量存储不足，则需要通过充电电路进行电池充电。

如图1所示，我们可以清楚的看到笔记本电脑供电电路模块组成，以及所需要的供电电压量和电压来源。图中的各模块功能是：系统供电电路作为待机电源，提供电压的对象是主板控制、逻辑芯片；芯片组供电电路提供电能的对象是南北桥芯片；内存和显卡供电电路主要用来控制芯片；CPU供电电路提供电能的模块主要是其对应的供电模块。

2.2 台式电脑后级供电电路

台式电脑主机供电是通过开关电源，如图2所示，可以清楚地看到其后级输出电压值。可以配备单输入、多輸出的DC/DC变换电路来为开关电源提供满足这些电压值的直流电，从而使电脑可以进行直流供电。

2.3 手机后级供电电路

手机、数码相机等电子设备所需要的电能都是通过锂电池实现的，锂电池充电电路是由电源管理芯片和外围构件组成，电源管理芯片输入的电压值可以控制在一定范围内，所以数码相机、MP3等电子设备的DC/DC充电设备可以统一设计。如图3所示。

3 办公用光伏直流网及其控制策略

3.1 PV模块控制策略

PV模块作为系统电能主要提供模块，有两种表现形式，一种是稳压，另一种则是MPPT模式，通过DC/DC电路进行两者之间的自动转换。当负荷功率比PV模块提供的功率小时，PV模块则是处于稳压模式，并且可以对蓄电池的电量进行补充；反之，当负荷功率比PV模块提供的功率大时，PV模块则会处于MPPT模式下，这时，就不能对蓄电池以及系统进行充电了。

3.2 蓄电池模块控制策略

蓄电池在正常工作时，蓄电池控制电路DC/DC Boost-BUCK，能对电脑用电状态进行判断，能在电池电量低于限制值时，关掉Boost电路，及时充电；在电量满时，则关闭BUCK充电电路，进行有效的放电；电池电量处于这两种状态之间时，可以参考直流母线电压值参数来进行控制供电电路状态，当参数值达到控制要求时，BUCK电路进行充电，否则Boost电路发挥功能，这对蓄电池起到了保护作用。

3.3 交直流变换器控制策略

交直流变换器的作用就是在直流系统供电情况不能满足设备使用的电流值时，将交流电逆向转化为直流电，以保证直流系统供电充足，该交直流转换器是将直流母线与交流电网的AC/DC转换器进行连接。

3.4 逆变器控制策略

直流-交流逆变环节的设置满足了交流负荷不依赖交流大电网，就可以得到充足的电能的要求。

3.5 直流母线控制策略压

光伏直流系统中不同模块的工作状态不同，但是都有一个共同的目的就是使直流母线电压保持在稳定状态。

在光照充足的情况下，PC模块处于稳压模式，电能经过母线后由系统负荷和蓄电池得到，从而使母线电压处于稳定状态。AC/DC模块是处于非工作状态的。

PV模块的提供功率不能满足负荷所需功率时，它处于MPPT状态，也就是母线电压不够稳定，此时就需要蓄电池控制电路就要发挥作用了，Boost充电电路进行充电，蓄电池和PV模块进行协作，共同维持电压稳定。AC/DC模块是处于非工作状态的。

当蓄电池储存的电量也不足时，就得需要AC/DC进入工作状态了，连同PV模块，三者一起为维持母线电压的稳定而进行协作。

4 结语

直流供电系统用于办公用电子设备，相比传统的交流供电方式，大大提高了电能的使用效率，本文通过对光伏电路特点的介绍，以及对办公用电子设备后级供电电路的研究和对光伏直流网的控制策略进行分析，得到电子设备系统负荷可以从直流系统那直接获得电能的结论。相关的研究人员要加大对光伏直流供电系统的研究力度，以便发现直流供电系统更大的使用价值。

参考文献

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