專利名稱：登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光伏太陽能照明系統(tǒng)，特別涉及一種用于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(tǒng)。.
背景技術(shù)：
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(wù)，也實現(xiàn)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(wù)效率。光伏照明系統(tǒng)是典型的“光伏+儲能”系統(tǒng)，天氣良好的白天光伏發(fā)電，所發(fā)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(wǎng)交流電，則采用整流器進行交直流變換。在登船橋上應(yīng)用太陽能光伏照明系統(tǒng)，其技術(shù)方案與樓宇室內(nèi)照明系統(tǒng)存在一定的相通性，同時，也因為應(yīng)用基礎(chǔ)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(gòu)造方面登船橋在空間結(jié)構(gòu)上可以獨立于候船樓和渡船，在系統(tǒng)的搭建上不會對港口自身功能的實現(xiàn)產(chǎn)生影響，即光伏系統(tǒng)為登船橋的從屬系統(tǒng)，在生產(chǎn)上可為一體化實現(xiàn)；(3)光伏系統(tǒng)搭建方面登船橋可簡化為一個四面箱體結(jié)構(gòu)，其上表面及側(cè)面沒有過多的附屬設(shè)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(fā)電系統(tǒng)的其它附屬設(shè)備所占空間均較小，對登船橋的結(jié)構(gòu)強度和空間布置不會產(chǎn)生很大的影響；
實用新型內(nèi)容本實用新型目的旨在從節(jié)能減排方面考慮，應(yīng)用太陽能光伏技術(shù)為登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)。本實用新型采用的技術(shù)方案是一種登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(tǒng)、電源切換器(轉(zhuǎn)換裝置)和直流節(jié)能燈；其中，太陽能光伏電池組件由導(dǎo)線經(jīng)逆流防止電路分兩路供電，一路經(jīng)升壓斬波器、電源切換器向直流節(jié)能燈提供電源，一路經(jīng)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(shè)置控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)又經(jīng)數(shù)據(jù)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(wǎng)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的多晶硅太陽能電池組件，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(shè)有多塊太陽能電池板，它們采用三層安裝方式固定在登船橋箱體結(jié)構(gòu)上，其中頂層固定不動，中間層和底層設(shè)計成可移動式結(jié)構(gòu)， 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，采用轉(zhuǎn)輪拉索式的伸縮機構(gòu)；該伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，由帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)輪和帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪組成， 它們通過牽引索線串聯(lián)，其中帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)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(dǎo)輪有兩個，它們均有凹槽， 并且通過銷軸分別活動裝在側(cè)壁上，帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪有一個，位于兩個導(dǎo)輪之間，該轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)太陽能發(fā)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(fā)電功率的利用率。其特征在于MCU(微處理控制器)具有PMW(脈沖寬頻調(diào)制)0 100%可變占空比程序。根據(jù)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(jié)溫0 50 "C。本實用新型中，直流節(jié)能燈選用標號為3YQ的低壓直流節(jié)能照明燈具。其節(jié)能照明燈額定電壓48V、額定功率36W、燈頭規(guī)格E27、形狀螺旋形(2U、3U、4U型可選)、玻璃質(zhì)燈罩型式為球形。燈具采用智能IC芯片，其功率誤差< 5%，能在-40 70°C惡劣環(huán)境下正常工作，工作電壓范圍寬(-25 30%額定電壓范圍內(nèi))，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(xiàn)光伏電和市電之間的切換功能，通過控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)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(tǒng)優(yōu)點1.廠家生產(chǎn)的時候直接集成光伏照明系統(tǒng)在登船橋箱體上。2.控制系統(tǒng)維護管理起來相對簡單，太陽能電池板直接安裝于登船橋設(shè)計安裝面上，整個系統(tǒng)僅配置一個大容量蓄電池，從而避小容量的重復(fù)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污染。3.采用直流燈具不需要采用逆變裝置，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采用三層安裝方式，并結(jié)合一種由轉(zhuǎn)軸和導(dǎo)線組成的電池板伸縮機構(gòu)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(tǒng)的基本原理圖[0024]圖2是登船橋太陽能光伏照明系統(tǒng)示意簡圖圖3是應(yīng)用直流節(jié)能燈的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)圖4是伸縮式太陽能電池板布置方式簡圖圖5是圖4采用轉(zhuǎn)輪拉索式的伸縮機構(gòu)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(jié)構(gòu)；4.帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪；5.導(dǎo)輪；6.牽引索線；7.帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪。
具體實施方式
下面結(jié)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(tǒng)，其設(shè)計原理如圖1所示太陽能光伏系統(tǒng)將光輻射能轉(zhuǎn)換為電能，根據(jù)所采用燈具的電制需求，通過控制系統(tǒng)將直流電轉(zhuǎn)換為用于登船橋用電負載的直流電源。所述太陽能光伏系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，其結(jié)構(gòu)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(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，其結(jié)構(gòu)主要由控制電路、電源切換開關(guān)(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(tǒng)配有大容量蓄電池和電源切換開關(guān)，其可實現(xiàn)如下功用當光輻射能(太陽光)充足，光伏電能超出照明系統(tǒng)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(xù)陰雨天，光伏電能不能有效滿足照明系統(tǒng)功率需求時，則將供電電源切換至220伏市網(wǎng)。一、分布式登船橋太陽能光伏照明系統(tǒng)該分布式登船橋太陽能光伏照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示其包括附加在登船橋的光伏照明系統(tǒng)及其獨立控制系統(tǒng)，登船橋的主體結(jié)構(gòu)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(tǒng)進行供電，當太陽能光伏系統(tǒng)電能供給不足、電壓不穩(wěn)時由控制系統(tǒng)進行切換，轉(zhuǎn)由市電進行電力供應(yīng)。在本實施例中分布式登船橋光伏照明系統(tǒng)的燈具及工作模式整合上，主要基于低壓直流燈登船橋照明系統(tǒng)。所述光伏照明系統(tǒng)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(jié)構(gòu)如圖4所示設(shè)有多塊太陽能電池板，它們采用三層安裝方式固定在登船橋箱體結(jié)構(gòu)3上，其中頂層固定不動，中間層和底層設(shè)計成可移動式結(jié)構(gòu)。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，可以采用轉(zhuǎn)輪拉索式的伸縮機構(gòu)實現(xiàn)。該伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，由帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪4、導(dǎo)輪 5和帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪7組成，它們通過牽引索線6串聯(lián)。其中帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)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(dǎo)輪5有兩個，它們均有凹槽，并且通過銷軸分別活動裝在側(cè)壁上。帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪4有一個，位于兩個導(dǎo)輪5之間，該轉(zhuǎn)輪通過銷軸活動裝在隔層中。二、照明燈具系統(tǒng)該直流照明燈具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(tǒng)、電源切換器(轉(zhuǎn)換裝置)和直流節(jié)能燈。其中，太陽能光伏電池組件由導(dǎo)線經(jīng)逆流防止電路分兩路供電，一路經(jīng)升壓斬波器、轉(zhuǎn)換裝置向直流節(jié)能燈提供電源，一路經(jīng)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(shè)置控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)又經(jīng)數(shù)據(jù)線分別與太陽能光伏電池組件的輸出端、轉(zhuǎn)換裝置輸入端相連。 轉(zhuǎn)換裝置通過整流器與220V交流電網(wǎng)相連。所述的太陽能光伏電池組件，其主要作用在于將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，即單塊組件在標準環(huán)境下的額定輸出功率751所述的升壓斬波器，其主要作用在于將太陽能光伏電池組件輸出的電壓提升并穩(wěn)定在直流48V。所述的整流器，其主要作用在于將市網(wǎng)220V交流電整流為48V交流電。所述的充放電控制器，其作用在于將太陽能光伏電池組件轉(zhuǎn)化出的電能向蓄電池進行儲存。所述的轉(zhuǎn)換裝置為電源切換器，其作為開關(guān)，在照明系統(tǒng)和不同供電源之間進行通斷。所述的直流節(jié)能燈，其主要作用在于應(yīng)用電能，轉(zhuǎn)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(xiàn)有技術(shù)，主要由限流二極管和保險絲組成。本實施例提供的低壓直流燈登船橋照明系統(tǒng)，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(wěn)定在直流48V， 并供給額定工作電壓為48V的直流照明系統(tǒng)使用。優(yōu)先采用光伏系統(tǒng)所提供的電力，若其電力不足，在控制系統(tǒng)的作用下，通過轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，其中低壓直流燈登船橋照明系統(tǒng)由標號為3YQ的低壓直流節(jié)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(tǒng)設(shè)計計算方法，以便更好地實現(xiàn)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采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(shè)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(yōu)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(shù)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(lián)蓄電池數(shù)=48V +12V = 4 ；
6[0063]并聯(lián)蓄電池數(shù)=677.075Ah + 200Ah = 3. 39 4 個；所述蓄電池數(shù)=4串X4并=16個。3.太陽能電池組件容量及面積計算優(yōu)選額定輸出功率75W的多晶硅太陽能電池組件，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(huán)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(shè)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(lián)數(shù)=270.83Ah+(90% X 15. 05AhX90% ) = 22. 2 23 個；太陽能電池并聯(lián)數(shù)=48V+17V 3個；所述電池板數(shù)=23串X3并=69個；安裝面積=1. 172X0. 541X69 = 43. 75m2 45m2，約等值于三個登船橋頂部的面積之和，故需采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(tǒng)開啟時，通過控制器控制帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪7，將可收縮的兩層太陽能電池板展開；當照明系統(tǒng)關(guān)閉或登船橋移位時，通過控制器控制帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪4，將可收縮的兩層太陽能電池板收進。本實用新型的保護范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)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范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本實用新型的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)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(tǒng)、電源切換器和直流節(jié)能燈；其中，太陽能光伏電池組件由導(dǎo)線經(jīng)逆流防止電路分兩路供電，一路經(jīng)升壓斬波器、電源切換器向直流節(jié)能燈提供電源，一路經(jīng)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(shè)置控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)又經(jīng)數(shù)據(jù)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(wǎng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，所述的太陽能光伏電池組件選用額定輸出功率75W的多晶硅太陽能電池組件，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(quán)利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，所述的太陽能光伏電池組件(1)設(shè)有多塊太陽能電池板，它們采用三層安裝方式固定在登船橋箱體結(jié)構(gòu) (3)上，其中頂層固定不動，中間層和底層設(shè)計成可移動式結(jié)構(gòu)，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(quán)利要求3所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，所述的太陽能電池板的布置方式為伸縮式，采用轉(zhuǎn)輪拉索式的伸縮機構(gòu)；該伸縮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，由帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)輪(5)和帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪(7)組成，它們通過牽引索線(6)串聯(lián)，其中帶有單向旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)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(dǎo)輪(5)有兩個，它們均有凹槽，并且通過銷軸分別活動裝在側(cè)壁上，帶有正反轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)輪(4)有一個，位于兩個導(dǎo)輪( 之間，該轉(zhuǎn)輪通過銷軸活動裝在隔層中。
5.如權(quán)利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，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(quán)利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，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(quán)利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，所述的整流器選用亞力AEC牌R2450-48V/50A型整流器。
8.如權(quán)利要求1所述的登船橋太陽能光伏直流照明系統(tǒng)，其特征是，所述的直流節(jié)能燈選用標號為3YQ的低壓直流節(jié)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(tǒng)。該系統(tǒng)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(tǒng)、電源切換器和直流節(jié)能燈；其中，太陽能光伏電池組件由導(dǎo)線經(jīng)逆流防止電路分兩路供電，一路經(jīng)升壓斬波器、電源切換器向直流節(jié)能燈提供電源，一路經(jīng)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(shè)置控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)又經(jīng)數(shù)據(jù)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(wǎng)相連。本該照明系統(tǒng)在光伏電能超出照明系統(tǒng)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(tǒng)功率需求時，則將供電電源切換至220伏市網(wǎng)，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(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者嚴新平, 孫玉偉, 袁成清, 魏喬 申請人:武漢理工大學(xué)