太阳能产品设计——蘑菇亭

太阳能产品设计——蘑菇亭

第一章产品功能介绍

有着魔法一般能力的蘑菇亭，能为游客无尽的补充电能。

蘑菇亭适用建于野外公共场所，是游客们遮阳、避雨的好地方。蘑菇亭也是一座小型的太阳能发电站，但是它把太阳能转换成了可直接利用的电能，故将之列入为太阳能充电器。

蘑菇亭提供USB接口直流电和两相交流电，有40个USB接口和20个普通插座。USB接口直流电直接用于手机充电，5V直流型，其输出量达500mA·h，对一般的手机充电2小时即可完成。普通插座是220V~50Hz通用性电力，能够完全满足游客对电能的需要。

1.1，游客只需投币一枚，即可享用电能一次。

1.2，蘑菇亭外观

1.3 蘑菇亭近景

第二章产品设计

2.1 蘑菇亭组成

蘑菇亭有：钢筋支架、钢筋片、水泥柱、水泥凳、光伏系统、投币系统。

水泥柱内部放置太阳能发电系统控制电路。

水泥凳内部放置投币系统、电力输出线路。

蘑菇顶层放置太阳能电池组，设有720小块多晶硅片。

2.2 蘑菇及水泥凳设计

蘑菇部分材料需用1000kg钢筋做支架，支撑板；2m3水泥砂浆浇筑成蘑菇底部。水泥石凳由大理石和水泥砂浆浇筑。

设计要求：

●蘑菇底部水泥柱底部直径为1米，内设可放置光伏电系统（太阳能电池组除外）的足够空腔。

●蘑菇水泥柱中部开设通风口

●蘑菇伞状直径为4米，可容纳足够的太阳能电池片。

●蘑菇高度为4米

●蘑菇伞状倾角27°~30°

●水泥石凳长2.5米，高度40cm ，露地面高度30cm。

●水泥石凳内设空腔，用于电力输出线路

●水泥石凳每个插孔旁边设有投币口

2.3 太阳能电池组件

蘑菇亭对硅片要求不高，一般的长方形即可，组件根据伞状凸面成型。为了达到对电流的要求，可以用串联法适当提高电流。

第三章控制系统

3.1 蓄电池

内设两个蓄电池，铅酸免维护蓄电池、微型铅酸蓄电池4V。铅酸免维护蓄电池用于220V电路，微型铅酸蓄电池4V用于USB直流电路。

相关参数：

品牌：EAST易事特类型：其他电池盖和排气拴结构：阀控式密闭蓄电池

荷电状态：免维护蓄电

池

型号：NP65-12 化学类型：铅酸蓄电池

额定容量：65Ah 电压：220（V）外型尺寸：350*167*183（mm）产品认证：泰尔适用范围：UPS蓄电池

3.1.2

微型铅酸蓄电池

相关参数：

电池盖和排气拴结构：阀控式密闭蓄电池化学类型：铅酸蓄电池荷电状态：免维护蓄电池电压：4（V）型号：FP4200 额定容量：20.0AH 外型尺寸：149*43*154（mm）产品认证：CE

适用范围：UPS蓄电池

3.2 控制器

控制器要求

系统电压：48V 充电电流：12A & 0.1A 有过载、短路保护

3.2.1 最大功率点跟踪型控制器1

太阳能发电的原理主要是半导体的光电效应。当太阳能电池的负载电阻为零时，所测的电流为电池的短路电流。Isc值与太阳能电池的面积大小有关，面积

越大，Isc值越大。同一块太阳能电池，其Isc与入射光的辐照度成正比：当环境温度升高时，Isc值略有上升。当负载电阻无穷大时，所测得的电压为电池的开路电压。太阳能电池的开路电压与光谱辐照度有关，与电池面积的大小无关。当入射光谱辐照度变化时，太阳能电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比，当环境温度升高时，太阳能电池的开路电压值将下降。

太阳能电池在不同温度、辐射强度下的电流．电压特性显示了通过太阳能电池(组件)传送的电流Isc与电压％在特定的太阳辐照度下的关系。如果太阳能电池(组件)电路短路，即U=0，此时的电流为短路电流Isc：如果电路开路，即I=0，此时的电压为开路电压Uoc。太阳能电池(组件)的输出功率等于流经该电池(组件)的电流与电压的乘积，即P=IU。

当太阳能电池(组件)的电压上升时，例如通过增加负载的电阻值或电池(组件)的电压从0 (短路条件下)开始增加时，电池(组件)的输出功率亦从0始增加；当电压达到一定值时，功率可达到最大，这时当阻值继续增加时，功率将跃过最大点，并逐渐减少至0，即电压达到开路电压Uoc。电池(组件)输出功率达到最大的点，称为最大功率点；该点所对应的电压，称为最大功率点电压Um，又称为最大工作电压；该点所对应的电流，称为最大功率点电流Im又称为最大工作电流：该点的功率，则称为最大功率Pm。太阳能电池在不同温度、辐射强度下的P-V特性是一组具有各自一个最大功率点的曲线。太阳能电池的输出是随着电压的变化而不规则变化的，只要控制太阳能电池两端的电压跟踪Um，就能实现最大功率的输出。

3.2.2 最大功率点跟踪装置的设计方案

太阳能电池组经Boost(直流．直流升压变换器)电路对蓄电池组充电。系统由A／D芯片采样蓄电池的电压和电流，再通过最大功率点跟踪控制器寻找出太阳能电池最大功率点，给出控制信号，经PWM(脉宽调制式)驱动电路调节Boost 变换器的占空比D，从而改变Boost变换器的Um(即太阳能电池的输出电压)，使其与太阳能电池组最大功率点所对应的电压相匹配，从而使太阳能电池组始终输出最大功率，充分利用太阳能。系统中最大功率点跟踪控制器由单片机系统实现。

系统中最大功率跟踪过程实际是一个太阳能电池功率自寻优的过程。对于以蓄电池作为负载的情况，考虑到充电过程中蓄电池两端的电压变化与温度和辐射

强度引起的Io变化过程相比是一个渐变过程，所以只需测量蓄电池组电流Io

的变化，使其始终保持在当前时刻下的最大值，即可确定太阳能电池组工作在最大功率点。系统中蓄电池组的Io经采样后，进行A／D转换，在最大功率点跟踪控制器中将当前时刻的采样电流Io(助与上一时刻的采样电流Io(k一1)相比较，确定功率变化的方向，再结合上～时刻占空比D的变化，直接确定当前时刻D

应增大还是减小。

最大功率点跟踪装置系统图

3.2.3 Boost直流一直流升压电路

Boost升压电路在最大功率点跟踪装置中起到调节太阳能输出电压，达到电力稳定的作用。图2为Boost变换器的基本电路。其工作原理为：开关管驱动电路开通时间ton期间：二极管D反偏截止，电感L储能，电容C给负载RL提供能量；开关管驱动电路截止时间如toff期间：二极管D导通，电感L经二极管D给电容充电，并向负载RL提供能量。其输出电压为：式1

式中占空比D=to．／rs(开关周期)。

当D=0时，Vo=％，但D不能为l，因此在o≤DDmin的情况下，太阳能电池才能对蓄电池组的充电电流产生影响。该值可按下列方法求出。设输入端电压为太阳能电池的开路电压Uoc，则由上式可得：式2

当D在Dmin到100％的区间内变化时，Boost电路输入输出端的电压应满足(1)式，在Uo不变的情况下，改变D将改变与Boost变换器输入端相连的太阳能电池两端的电压。由此可得：式3

因此，Boost电路的输入端电压Uin可在0～Uoc之间变化。只要太阳能电池具有合适的开路电压，通过改变Boost占空比D，就能找到与太阳能电池最大功率点对应的Uin值，此时太阳能电池输出功率最大。

本系统中Boost电路的组成及元件参数为：电感(820 mH／1．5A)，二极管