登船橋太陽能光伏直流照明系統的製作方法

2023-05-17 13:12:41 1

專利名稱：登船橋太陽能光伏直流照明系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光伏太陽能照明系統，特別涉及一種用於登船橋上直流照明燈具的登船橋太陽能光伏直流照明系統。.
背景技術：
登船橋是提供給港口用以連接渡船和候船樓的一種封閉式通道，不僅為旅客提供了全天候、方便、快捷、舒適、安全的上、下渡船服務，也實現了旅客流動和碼頭車輛流動的立體交叉，可有效改善港口的管理秩序和提高服務效率。光伏照明系統是典型的「光伏+儲能」系統，天氣良好的白天光伏發電，所發電力向蓄電池充電，晚間蓄電池向用電負荷放電。針對直流照明燈具，如需利用市網交流電，則採用整流器進行交直流變換。在登船橋上應用太陽能光伏照明系統，其技術方案與樓宇室內照明系統存在一定的相通性，同時，也因為應用基礎不同而存在局部的差異性。(1)登船橋使用方面登船橋是提供給港口用以連接渡船和候船樓的一種封閉式通道；(2)登船橋構造方面登船橋在空間結構上可以獨立於候船樓和渡船，在系統的搭建上不會對港口自身功能的實現產生影響，即光伏系統為登船橋的從屬系統，在生產上可為一體化實現；(3)光伏系統搭建方面登船橋可簡化為一個四面箱體結構，其上表面及側面沒有過多的附屬設備，從而可為安裝太陽能電池板提供大量可有效利用的面積。而且光伏發電系統的其它附屬設備所佔空間均較小，對登船橋的結構強度和空間布置不會產生很大的影響；

實用新型內容本實用新型目的旨在從節能減排方面考慮，應用太陽能光伏技術為登船橋太陽能光伏直流照明系統。本實用新型採用的技術方案是一種登船橋太陽能光伏直流照明系統，該系統包括太陽能光伏電池組件、升壓斬波器、蓄電池、整流器、控制系統、電源切換器(轉換裝置)和直流節能燈；其中，太陽能光伏電池組件由導線經逆流防止電路分兩路供電，一路經升壓斬波器、電源切換器向直流節能燈提供電源，一路經充放電控制器向蓄電池供電；在升壓斬波器和充放電控制器之間設置控制系統，該控制系統又經數據線分別與太陽能光伏電池組件的輸出端、電源切換器輸入端相連；電源切換器通過整流器與220V交流電網相連。本實用新型所述的太陽能光伏電池組件選用額定輸出功率75W的多晶矽太陽能電池組件，其開路電壓22V、短路電流4. 7A、最大功率點輸出電壓17. 5V、最大功率點電流 4. 3A、外形尺寸 1172 X 541 X 35mm。本實用新型所述的太陽能光伏電池組件設有多塊太陽能電池板，它們採用三層安裝方式固定在登船橋箱體結構上，其中頂層固定不動，中間層和底層設計成可移動式結構， 每塊太陽能電池板的四邊角安裝支撐柱加強支架。本實用新型所述的太陽能電池板的布置方式為伸縮式，採用轉輪拉索式的伸縮機構；該伸縮機構的結構，由帶有正反轉馬達的轉輪、導輪和帶有單向旋轉馬達的轉輪組成， 它們通過牽引索線串聯，其中帶有單向旋轉馬達的轉輪有兩個，它們通過銷軸分別活動裝在底層太陽能電池板的左端、中間層太陽能電池板的右端上，導輪有兩個，它們均有凹槽， 並且通過銷軸分別活動裝在側壁上，帶有正反轉馬達的轉輪有一個，位於兩個導輪之間，該轉輪通過銷軸活動裝在隔層中。本實用新型中，蓄電池選用大容量蓄電池，其工作電壓12V、容量200Ah，參考重量 121kg，外形尺寸 522 X 240 X 219mm。本實用新型中，充放電控制器為WS-C4860 60A型維爾仕太陽能控制器。其能夠智能調節太陽能發電板的工作電壓，使太陽能板始終工作在最大功率點，提高對太陽能板發電功率的利用率。其特徵在於MCU(微處理控制器)具有PMW(脈衝寬頻調製)0 100%可變佔空比程序。根據電池類型及充電的實際情況，能從PV面板提供快速、最佳的充電電壓及電流。具備過載保護、短路保護、反向放電保護、極性反接保護、雷電保護、欠壓保護、過充保護。本實用新型中，整流器選用亞力AEC牌R2450-48V/50A型整流器。其整流器高頻電子管型整流元件的大功率整流器，交流輸入電壓220V，直流輸出電壓48V，直流輸出電流 50A，正向峰值電壓275V反向重負峰值電壓275V，反向重負峰值電流22mA，工作結溫0 50 "C。本實用新型中，直流節能燈選用標號為3YQ的低壓直流節能照明燈具。其節能照明燈額定電壓48V、額定功率36W、燈頭規格E27、形狀螺旋形(2U、3U、4U型可選)、玻璃質燈罩型式為球形。燈具採用智能IC晶片，其功率誤差< 5%，能在-40 70°C惡劣環境下正常工作，工作電壓範圍寬(-25 30%額定電壓範圍內)，可靠性高，平均壽命在12000小時以上。本實用新型中，電源切換器主要實現光伏電和市電之間的切換功能，通過控制系統轉換照明負載的供電電源。本登船橋太陽能光伏直流照明系統優點1.廠家生產的時候直接集成光伏照明系統在登船橋箱體上。2.控制系統維護管理起來相對簡單，太陽能電池板直接安裝於登船橋設計安裝面上，整個系統僅配置一個大容量蓄電池，從而避小容量的重複性投資，也可在一定程度上減輕蓄電池損壞或報廢所造成的二次汙染。3.採用直流燈具不需要採用逆變裝置，太陽能光伏電池和蓄電池所提供的直流電可直接供給48V低壓直流照明燈使用。4.登船橋上的太陽能電池板實際鋪展面積可通過採用三層安裝方式，並結合一種由轉軸和導線組成的電池板伸縮機構對其移動部件加以控制。

圖1是登船橋太陽能光伏照明系統的基本原理圖[0024]圖2是登船橋太陽能光伏照明系統示意簡圖圖3是應用直流節能燈的登船橋太陽能光伏直流照明系統圖4是伸縮式太陽能電池板布置方式簡圖圖5是圖4採用轉輪拉索式的伸縮機構的局部放大圖圖中1.太陽能光伏電池組件；2.支撐柱；3.登船橋箱體結構；4.帶有正反轉馬達的轉輪；5.導輪；6.牽引索線；7.帶有單向旋轉馬達的轉輪。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型做進一步說明本實用新型提供的登船橋太陽能光伏照明系統，其設計原理如圖1所示太陽能光伏系統將光輻射能轉換為電能，根據所採用燈具的電制需求，通過控制系統將直流電轉換為用於登船橋用電負載的直流電源。所述太陽能光伏系統為現有技術，其結構主要由太陽能電池組件、升壓斬波器、充放電控制器等組成。所述控制系統為現有技術，其結構主要由控制電路、電源切換開關(電源切換器) 組成。本實用新型所涉及的登船橋太陽能光伏照明系統配有大容量蓄電池和電源切換開關，其可實現如下功用當光輻射能(太陽光)充足，光伏電能超出照明系統功率需求時， 則將電能存貯入蓄電池；當光輻射能不足或遇連續陰雨天，光伏電能不能有效滿足照明系統功率需求時，則將供電電源切換至220伏市網。一、分布式登船橋太陽能光伏照明系統該分布式登船橋太陽能光伏照明系統的結構如圖2所示其包括附加在登船橋的光伏照明系統及其獨立控制系統，登船橋的主體結構沒有改變。其功能的主要實施過程為 登船橋的照明燈具主要由太陽能光伏系統進行供電，當太陽能光伏系統電能供給不足、電壓不穩時由控制系統進行切換，轉由市電進行電力供應。在本實施例中分布式登船橋光伏照明系統的燈具及工作模式整合上，主要基於低壓直流燈登船橋照明系統。所述光伏照明系統由電源和燈具組成。所述電源由太陽能光伏電池組件1提供。太陽能光伏電池組件1的結構如圖4所示設有多塊太陽能電池板，它們採用三層安裝方式固定在登船橋箱體結構3上，其中頂層固定不動，中間層和底層設計成可移動式結構。每塊太陽能電池板的四邊角安裝支撐柱2，用以加強支架的強度。圖中箭頭表示行走方向。上述太陽能電池板的布置方式為伸縮式太陽能電池陣列布置方式，可以採用轉輪拉索式的伸縮機構實現。該伸縮機構的結構如圖5所示，由帶有正反轉馬達的轉輪4、導輪 5和帶有單向旋轉馬達的轉輪7組成，它們通過牽引索線6串聯。其中帶有單向旋轉馬達的轉輪7有兩個，它們通過銷軸分別活動裝在底層太陽能電池板的左端、中間層太陽能電池板的右端上。導輪5有兩個，它們均有凹槽，並且通過銷軸分別活動裝在側壁上。帶有正反轉馬達的轉輪4有一個，位於兩個導輪5之間，該轉輪通過銷軸活動裝在隔層中。二、照明燈具系統該直流照明燈具系統的結構如圖3所示其包括太陽能光伏電池組件、升壓斬波器、蓄電池、整流器、控制系統、電源切換器(轉換裝置)和直流節能燈。其中，太陽能光伏電池組件由導線經逆流防止電路分兩路供電，一路經升壓斬波器、轉換裝置向直流節能燈提供電源，一路經充放電控制器向蓄電池供電。在升壓斬波器和充放電控制器之間設置控制系統，該控制系統又經數據線分別與太陽能光伏電池組件的輸出端、轉換裝置輸入端相連。 轉換裝置通過整流器與220V交流電網相連。所述的太陽能光伏電池組件，其主要作用在於將太陽能轉換為電能，即單塊組件在標準環境下的額定輸出功率751所述的升壓斬波器，其主要作用在於將太陽能光伏電池組件輸出的電壓提升並穩定在直流48V。所述的整流器，其主要作用在於將市網220V交流電整流為48V交流電。所述的充放電控制器，其作用在於將太陽能光伏電池組件轉化出的電能向蓄電池進行儲存。所述的轉換裝置為電源切換器，其作為開關，在照明系統和不同供電源之間進行通斷。所述的直流節能燈，其主要作用在於應用電能，轉換為光能予以照明。上述部件均可以由市場上購買。所述的逆流防止電路為現有技術，主要由限流二極體和保險絲組成。本實施例提供的低壓直流燈登船橋照明系統，其工作原理是充放電控制器對太陽能電池陣列的輸出進行最大功率點跟蹤控制，通過升壓斬波器將光伏電穩定在直流48V， 並供給額定工作電壓為48V的直流照明系統使用。優先採用光伏系統所提供的電力，若其電力不足，在控制系統的作用下，通過轉換裝置切換至由交流220V市電進行供電。其中，需要利用整流器將交流220V 50Hz的市電轉換為直流48V。上述的實施例中所述的低壓直流燈登船橋照明系統為現有技術，其中低壓直流燈登船橋照明系統由標號為3YQ的低壓直流節能照明燈具組成。本實用新型提供了下述的負載分析和光伏系統設計計算方法，以便更好地實現上述實施例。1.照明燈具的負荷計算以目前一般登船橋的配置為計算參考採用燈具的額定功率為36W，每橋34盞，每天工作10小時每橋每天功率消耗=36X34 = 12MW，按1300W/天計算。每天工作10小時計，設定輸入電壓取48V，也即逆變器的輸入端電壓和整流器的輸出電壓為48V:耗電量=1300WX10h= 13000ffh2.蓄電池容量計算優選的大容量蓄電池，其工作電壓12V、容量200Ah 負載需求=13000Wh+ 48V = 270. 83Ah/ 天；初期評估最大自給天數為2天，蓄電池最大容許放電深度為80% 所需蓄電池容量=0天X270.83270.83Ah/天)+80%= 677.075Ah ；串聯蓄電池數=48V +12V = 4 ；
6[0063]並聯蓄電池數=677.075Ah + 200Ah = 3. 39 4 個；所述蓄電池數=4串X4並=16個。3.太陽能電池組件容量及面積計算優選額定輸出功率75W的多晶矽太陽能電池組件，其開路電壓22V、短路電流 4. 7A、最大功率點輸出電壓17. 5V、最大功率點電流4. 3A、外形尺寸1172 X 541 X 35mm。估算地域太陽能輻射強度平均值為3. 5kff · h，折算為標準輻射強度環境1000W、25°C，則其等效為3.5h (峰值)單個電池板每天輸出=3. 5hX4. 3A = 15. 05Ah ；設定蓄電池庫倫效率為90%，太陽能光伏電池輸出衰減為10% 太陽能電池串聯數=270.83Ah+(90% X 15. 05AhX90% ) = 22. 2 23 個；太陽能電池並聯數=48V+17V 3個；所述電池板數=23串X3並=69個；安裝面積=1. 172X0. 541X69 = 43. 75m2 45m2，約等值於三個登船橋頂部的面積之和，故需採用擴展安裝面積的方式。4.工作模式本實用新型提供的三層太陽能電池陣列安裝方式，當照明系統開啟時，通過控制器控制帶有單向旋轉馬達的轉輪7，將可收縮的兩層太陽能電池板展開；當照明系統關閉或登船橋移位時，通過控制器控制帶有正反轉馬達的轉輪4，將可收縮的兩層太陽能電池板收進。本實用新型的保護範圍並不限於上述的實施例，顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變形而不脫離本實用新型的範圍和精神。倘若這些改動和變形屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍內，則本實用新型的意圖也包含這些改動和變形在內。
權利要求1.一種登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，該系統包括太陽能光伏電池組件、 升壓斬波器、蓄電池、整流器、控制系統、電源切換器和直流節能燈；其中，太陽能光伏電池組件由導線經逆流防止電路分兩路供電，一路經升壓斬波器、電源切換器向直流節能燈提供電源，一路經充放電控制器向蓄電池供電；在升壓斬波器和充放電控制器之間設置控制系統，該控制系統又經數據線分別與太陽能光伏電池組件的輸出端、電源切換器輸入端相連；電源切換器通過整流器與220V交流電網相連。
2.如權利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，所述的太陽能光伏電池組件選用額定輸出功率75W的多晶矽太陽能電池組件，其開路電壓22V、短路電流 4. 7A、最大功率點輸出電壓17. 5V、最大功率點電流4. 3A、外形尺寸1172 X Ml X 35mm。
3.如權利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，所述的太陽能光伏電池組件(1)設有多塊太陽能電池板，它們採用三層安裝方式固定在登船橋箱體結構 (3)上，其中頂層固定不動，中間層和底層設計成可移動式結構，每塊太陽能電池板的四邊角安裝支撐柱(2)加強支架。
4.如權利要求3所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，所述的太陽能電池板的布置方式為伸縮式，採用轉輪拉索式的伸縮機構；該伸縮機構的結構，由帶有正反轉馬達的轉輪、導輪(5)和帶有單向旋轉馬達的轉輪(7)組成，它們通過牽引索線(6)串聯，其中帶有單向旋轉馬達的轉輪(7)有兩個，它們通過銷軸分別活動裝在底層太陽能電池板的左端、中間層太陽能電池板的右端上，導輪(5)有兩個，它們均有凹槽，並且通過銷軸分別活動裝在側壁上，帶有正反轉馬達的轉輪(4)有一個，位於兩個導輪( 之間，該轉輪通過銷軸活動裝在隔層中。
5.如權利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，所述的蓄電池選用大容量蓄電池，其工作電壓12V、容量200Ah，參考重量121kg，外形尺寸 522X240X219mm。
6.如權利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，所述的充放電控制器為WS-C4860 60A型維爾仕太陽能控制器。
7.如權利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，所述的整流器選用亞力AEC牌R2450-48V/50A型整流器。
8.如權利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統，其特徵是，所述的直流節能燈選用標號為3YQ的低壓直流節能照明燈具。
專利摘要一種登船橋太陽能光伏直流照明系統。該系統包括太陽能光伏電池組件、升壓斬波器、蓄電池、整流器、控制系統、電源切換器和直流節能燈；其中，太陽能光伏電池組件由導線經逆流防止電路分兩路供電，一路經升壓斬波器、電源切換器向直流節能燈提供電源，一路經充放電控制器向蓄電池供電；在升壓斬波器和充放電控制器之間設置控制系統，該控制系統又經數據線分別與太陽能光伏電池組件的輸出端、電源切換器輸入端相連；電源切換器通過整流器與220V交流電網相連。本該照明系統在光伏電能超出照明系統功率需求時，則將電能存貯入蓄電池；當光伏電能不能有效滿足照明系統功率需求時，則將供電電源切換至220伏市網，有效地解決了利用太陽能給登船橋照明問題。
文檔編號F21V17/10GK202182408SQ20112018927
公開日2012年4月4日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者嚴新平, 孫玉偉, 袁成清, 魏喬 申請人:武漢理工大學