基于光伏组件的自助充电装置设计

徐志鑫 袁富生 王恒勇 吴占领 贠立疆 侯宝华

摘   要：基于光伏电源与市电互补的自助充电装置，由太阳能电池板、控制器、蓄电池、逆变器、电压检测切换模块、支付模块和负载组成。光伏发储电部分和自助充电部分为本装置的核心，本装置主要采用多晶硅光伏板为整套装置提供电能，电压检测切换模块主要对蓄电池的电压进行监测，当电压低于阈值电压时，切断电池电压，转为市电供电，实现电池的欠压保护;支付模块基于移动网络和手机微信平台，遵循着移动网络通信协议，实现电能的自助使用。文章对此进行了分析。

关键词：光伏;自助;充电

我国第三方支付交易规模比例呈现逐年上升的趋势[1]，近年来，光伏能源作为清洁环保型能源的代表之一不断受到国家的提倡与重视。本装置构想设计一套基于太阳能板发电与市电相互补的自助充电装置，由太阳能光伏板、蓄电池、控制器、支付模块、逆变器、电压监测切换模块构成。当用户端需要充电时可经移动支付的方式由支付模块完成电能的输送[1-3]。

1    装置结构设计

基于光伏组件的自助充电装置结构如图1所示，太阳能光伏板为本装置的能源中心，源源不断地把太阳能转换为电能并通过控制器将跃变的直流电转换成稳定的电能，为蓄电池和装置的其他设备提供直流电。装置中的蓄电池采用并联接法，逆变器将12 V直流电压变为220 V交流电压，实现电能的转换。电压检测切换模块主要对蓄电池中的电压进行监测，实现光伏组件与市电之间的互补，当蓄电池的电压低于设置的阈值电压时，电压检测切换模块自动断开蓄电池与负载端的通路，使负载端转为市电供电;支付模块基于移动网络和手机微信平台，严格遵循网络通信协议，后台自主设定充电时间和充电金额[4-5]。

2    装置的系统设计

本装置电气系统中控制器的工作电压为12 V，负载用电量的平均值为60 Ah，连续阴雨天的时间为2天，峰值日照小时数以5 000 MJ/m3（全国2/3以上地区的年辐射量）计，估算得4 h。

2.1  太阳能光伏板及蓄电池容量的选型

2.2  控制器及支付模块的选型

光伏控制器与太阳能光伏板及蓄电池配套使用保证蓄电池的稳定工作，其保护作用应满足：过放保护、过压保护、过流保护、过充保护、反接保护、短路保护。再综合负载情况及系统电压、电流可选用某公司生产的型号为MPPT40A的光伏控制器一块，其主要技术参数如表2所示。

本装置中的支付模块选用某公司生产的扫码控制计时器，扫码支付后开始供电倒计时为负载端提供电流，倒计时结束后自动断开电流以实现电能的自助使用。其通过手机扫码就可以成功注册，无需登录电脑。便捷的手机端后台可实现：设备状态查看、设备收益查看、收费套餐设置、设备远程控制、设备位置查询等功能。根据设备供电电压的不同，扫码控制计时器的选择也是多样的。

2.3  逆变器及电压监测切换模块的选型

本装置中的负载端供电面向电动车、笔记本电脑、手机等用电设备，因此需要将系统中12 V的直流电转换为220 V交流电以满足负载端的需求，这一环节可由逆变器完成。参照各公司出品的逆变器的适用范围，选用某公司生产的型号为1 200 W的逆变器，其主要技术参数如表3所示。

为了避免光伏发电部分受阴雨天影响出现供电不足的情况，本装置选用电压监测切换模块实现光伏组件与市电的互补，即电压监测切换模块检测到蓄电池电压不足时负载端可转为市电供电。由上述可选用某公司生产的型号为YYV-1的电压检测继电器开关板，其电压检测范围为0～50 V，可手动调节为12 V[6-7]。

3    装置的调试与运行

由上述可知，根据基于光伏组件的自助充电装置结构设计与装置中各组成部分的选型，购买相关产品在实验室中进行组装及试运行[8-9]。扫码控制计时器通过手机端后台设置的自助充电套餐为0.1元/min。组装完成后为检测装置的运行可靠性，通过测量其相关的运行参数并进行调试，使装置安全、可靠地运行。装置的相关运行参数如表4—5所示。

4    结语

文章阐述了基于光伏组件的自助充电装置相关设计并进行调试运行，已实现设计要求。表5中出现支付失败的原因系扫码支付者的手机因为扫码角度受到二维码表面反射光的影响而未识别到二维码，故调整扫码角度即可完成支付。

[参考文献]

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