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光伏并网电动车充电一体化系统

  • 智能产品竞赛作品——光伏并网电动车充电一体化系统

    作品名称:光伏并网电动车充电一体化系统
    参赛院校:潍坊科技学院
    指导教师:寇瑞瑄
    团队成员:刘若琳、张树昕、高睿智、李泽香、吕琪
    数媒竞赛网(mit.caai.cn)2022年参赛作品
    作品描述:

    1 作品内容简介 本项目拟制作一种基于光伏并网的电动车充电一体化系统,主要包括:光伏发电-并网-充电一体化模块、光伏并网模块、光伏板寻光模块等。该项目研发成功后可广泛应用于大学校园、共享电动车停放点、居民社区等地点,从而达到解决电动车用户在外充电难的问题。作为该项目的核心——(1)光伏发电-并网-充电一体化系统,辅以适量市电,即可实现24h稳定充电的功能;(2)光伏并网系统,可实现多余发电量并于国家电网,贴补其他城市用电。由于系统发电采用光伏发电技术,可大大降低市电的使用量,根据初步计算,在淄博地区一个14.5*3.5㎡的系统,当光伏利用率达到最大时,年发电量可达19792.5kWh。可减少一般发电厂火力发电5831.5kg标准煤使用量。同时该系统中应用光伏板自伸缩寻光系统,可通过据不同地区,不同时段改变光伏板采光角度,可大大提高光能利用率。该项目中人性化的充电桩设计方案通过充电桩智能显示装置、充电桩布置方案以及智能照明装置,可解决目前传统充电桩不成熟导致的诸多问题,可改善用户体验,使用户享受到更人性化的服务。此项目的推广,必将对电动交通的建设进步以及绿色环境发展产生积极的影响。 2 设计方案 基于光伏并网的电动车充电一体化系统,旨在利用光伏发电,结合光伏并网系统,实现光伏发电为电动车充电使用,多余发电量并网贴补其他城市用电的目的,辅以光伏板自伸缩寻光装置、充电桩智能显示装置、智能照明装置、实时监控装置等,形成一个高效、节能、人性化的智能充电系统。 2.1光伏供电及并网设计 在该项目的能源供给中,采用了光伏发电及光伏并网等新能源发电技术,实现了一能多用,从而达到优化能源结构的问题。 2.1.1光伏发电装置 以太阳光为主要能源,节能无污染,不需要人工操作,稳定可靠,经济环保。采用的单晶硅半导体作光伏发电片,光能转化率可高达13%到15%,实验室最高光能转化率可高达23%。    通过测量系统面积对光伏板进行选型及面积设计,以淄博地区光照强度及年光照辐射量初步计算单个系统年发电量,为接下来的控制选型及光伏并网模块中逆变器的选型提供理论指导。 2.1.2光伏并网装置 将太阳能发电并入市电网中的核心技术是采用光伏并网逆变器,由于太阳电池的价格偏高,为了最大限度地利用太阳电池,提高系统效率,必须设法提高逆变器的效率。采用太阳能光伏发电所产生的电流为低压直流电流,由于直流电压较低,如12V、24V,就必须设计升压电路。本文主要从最大功率跟踪和并网逆变控制技术两方面进行分析。由于本系统采用蓄电装置,可忽略并网系统输入端直流电不稳定的因素,从而更简单的实现并网操作。 2.2 光伏板自寻光模块 由于整个系统所利用的太阳能是一种低密度,间歇性,空间不断变化的清洁能源,为了更好的收集和利用太阳能,提高利用效率,系统采用了可伸缩自寻光模块,光伏板可以始终和太阳光垂直,在有限的面积里收集到更多的太阳能。光伏板自寻光模块以单片机为控制核心,利用了光敏电阻的感光特性。模块主要包括中央处理单元(单片机)、智能采光(主要是由光敏元件和电阻组成的传感器)、电源管理和上位机软件,系统能够根据一天内的不同时刻的太阳高度角和方位角来调整光伏板的位置,从而跟踪太阳在一天内的运行轨迹,使得太阳能板能够始终垂直接受太阳入射光,充分利用太阳辐射能量,提高系统可利用的输入端能量。 3 工作原理及性能分析 3.1光伏板安装 光伏板以一定的倾角固定在系统上,与光伏板相连接的逆变器及与逆变并网系统相连接的蓄电池共同安装在一个箱体内,此箱体由金属材料构成且固定系统雨棚下。箱体外壳设置有通风散热设施,这种通风散热设施是多孔结构,一方面避免箱体内温度过高,另一方面起到挡风避雨的作用,使蓄电池和逆变并网系统免遭损坏。 原理公式计算部分见附件 利用太阳高度角和方位角的数学模型可以在固定纬度,固定时间段内计算出太阳在此条件下的方位。从而可以通过控制使光伏系统对其进行有效跟踪,提高系统的发电效率。 3.2控制器电路主要完成以下功能: 1.利用半浮充充电技术,延长蓄电池的使用寿命,并对蓄电池的充电、放电条件加以限制,防止蓄电池过度充电及深度放电; 2.兼有负载控制功能,可以采用光控或时控,实现自动切换路灯工作状态; 因此,控制器具有以下几个特点:防反充电控制;防过充电控制;防过放电控制;光控自动切换负载工作。我们为实现上述功能采用了WL-P12-5X工业级电源管理模块 3.3光伏并网装置 本装置采用MPPT的算法即最大功率点跟踪控制,在特定的环境温度和光照强度下寻找最大功率输出点,然后通过调节太阳能板工作点提高光伏发电系统的整体工作效率。 中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种,推挽电路,将升压变压器的中性插头接于正电源,两只功率管交替工作,输出得到交流电力,由于功率晶体管共地边接,驱动及控制电路简单,另外由于变压器具有一定的漏感,可限制短路电流,因而提高了电路的可靠性,全桥逆变器功率晶体管调节输出脉冲宽度,输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路,即使对感性负载,输出电压波形也不会畸变。 3.4性能分析 随着社会经济发展的逐步加快,高效、快捷、稳定一直是社会对于新兴产业的要求,相比于传统市电供应的公共充电桩,基于光伏并网的电动车充电一体化系统有着更卓越的性能: (1)太阳能使用过程中清洁、无污染、安全可靠; (2)安装简便且运用灵活,可根据系统大小的不同要求采用不同面积的光伏板及控制器组件以满足实际工作需要; (3)单、多晶硅太阳能电池组件能抗冰雹冲击,并在高低温剧变的环境下使用,在使用期间内无须维护,系统性能稳定可靠。 (4)国家电网的统筹调配,可实现市电的输入与输出始终稳定; (5)智能显示模块可及时提醒用户充电情况,提高充电桩利用率; 4 创新点及应用 本文以淄博为例,设计及分析了基于光伏并网的电动车充电一体化系统。建设智能充电站,大力推广太阳能利用,可扶植和带动一批太阳能生产、组装、工程和服务企业,可大大增强市民的能源环保意识,其几个突出创新点如下所示: (1)该项目改变传统市电供应模式的公共充电站,在不额外增扩面积的基础上,利用光伏发电,达到了节能减排的目的; (2)该系统中的光伏并网模块,创造性地实现了对城市用电的贴补,减少了火力发电厂的压力,加快了城市用电向新能源利用方向的转变; (3)该系统中的光伏板寻光系统一改传统光伏产业光伏板固定安装的弊端,实现了光伏板对太阳能最大程度的利用; 基于光伏并网的电动车充电一体化系统属于光伏产业的一部分,受到国家多项政策扶持,积极响应了国家有关开展新旧动能转换的政策。在缓解城市交通压力、减少碳排放方面起到了一定的作用。作为不可缺少的城市用电供应方面,具有稳定的用户群,因而可以收获较好的经济效益、社会效益、环境效益。该套系统的原理在将来可应用于: (1)共享电动车(共享汽车)的固定停放点,节省共享行业对于电动车的充电问题,可节省大量的人力物力; (2)大学校园,没有固定充电地点的大学生需要一个方便、便宜的公共充电系统; (3)大型工业园区,解决部分员工对电动车充电的诉求。


  • 智能产品竞赛作品——光伏并网电动车充电一体化系统

    作品名称:光伏并网电动车充电一体化系统
    参赛院校:潍坊科技学院
    指导教师:寇瑞瑄
    团队成员:刘若琳、张树昕、高睿智、李泽香、吕琪
    数媒竞赛网2022年参赛作品
    作品描述:

    1 作品内容简介 本项目拟制作一种基于光伏并网的电动车充电一体化系统,主要包括:光伏发电-并网-充电一体化模块、光伏并网模块、光伏板寻光模块等。该项目研发成功后可广泛应用于大学校园、共享电动车停放点、居民社区等地点,从而达到解决电动车用户在外充电难的问题。作为该项目的核心——(1)光伏发电-并网-充电一体化系统,辅以适量市电,即可实现24h稳定充电的功能;(2)光伏并网系统,可实现多余发电量并于国家电网,贴补其他城市用电。由于系统发电采用光伏发电技术,可大大降低市电的使用量,根据初步计算,在淄博地区一个14.5*3.5㎡的系统,当光伏利用率达到最大时,年发电量可达19792.5kWh。可减少一般发电厂火力发电5831.5kg标准煤使用量。同时该系统中应用光伏板自伸缩寻光系统,可通过据不同地区,不同时段改变光伏板采光角度,可大大提高光能利用率。该项目中人性化的充电桩设计方案通过充电桩智能显示装置、充电桩布置方案以及智能照明装置,可解决目前传统充电桩不成熟导致的诸多问题,可改善用户体验,使用户享受到更人性化的服务。此项目的推广,必将对电动交通的建设进步以及绿色环境发展产生积极的影响。 2 设计方案 基于光伏并网的电动车充电一体化系统,旨在利用光伏发电,结合光伏并网系统,实现光伏发电为电动车充电使用,多余发电量并网贴补其他城市用电的目的,辅以光伏板自伸缩寻光装置、充电桩智能显示装置、智能照明装置、实时监控装置等,形成一个高效、节能、人性化的智能充电系统。 2.1光伏供电及并网设计 在该项目的能源供给中,采用了光伏发电及光伏并网等新能源发电技术,实现了一能多用,从而达到优化能源结构的问题。 2.1.1光伏发电装置 以太阳光为主要能源,节能无污染,不需要人工操作,稳定可靠,经济环保。采用的单晶硅半导体作光伏发电片,光能转化率可高达13%到15%,实验室最高光能转化率可高达23%。    通过测量系统面积对光伏板进行选型及面积设计,以淄博地区光照强度及年光照辐射量初步计算单个系统年发电量,为接下来的控制选型及光伏并网模块中逆变器的选型提供理论指导。 2.1.2光伏并网装置 将太阳能发电并入市电网中的核心技术是采用光伏并网逆变器,由于太阳电池的价格偏高,为了最大限度地利用太阳电池,提高系统效率,必须设法提高逆变器的效率。采用太阳能光伏发电所产生的电流为低压直流电流,由于直流电压较低,如12V、24V,就必须设计升压电路。本文主要从最大功率跟踪和并网逆变控制技术两方面进行分析。由于本系统采用蓄电装置,可忽略并网系统输入端直流电不稳定的因素,从而更简单的实现并网操作。 2.2 光伏板自寻光模块 由于整个系统所利用的太阳能是一种低密度,间歇性,空间不断变化的清洁能源,为了更好的收集和利用太阳能,提高利用效率,系统采用了可伸缩自寻光模块,光伏板可以始终和太阳光垂直,在有限的面积里收集到更多的太阳能。光伏板自寻光模块以单片机为控制核心,利用了光敏电阻的感光特性。模块主要包括中央处理单元(单片机)、智能采光(主要是由光敏元件和电阻组成的传感器)、电源管理和上位机软件,系统能够根据一天内的不同时刻的太阳高度角和方位角来调整光伏板的位置,从而跟踪太阳在一天内的运行轨迹,使得太阳能板能够始终垂直接受太阳入射光,充分利用太阳辐射能量,提高系统可利用的输入端能量。 3 工作原理及性能分析 3.1光伏板安装 光伏板以一定的倾角固定在系统上,与光伏板相连接的逆变器及与逆变并网系统相连接的蓄电池共同安装在一个箱体内,此箱体由金属材料构成且固定系统雨棚下。箱体外壳设置有通风散热设施,这种通风散热设施是多孔结构,一方面避免箱体内温度过高,另一方面起到挡风避雨的作用,使蓄电池和逆变并网系统免遭损坏。 原理公式计算部分见附件 利用太阳高度角和方位角的数学模型可以在固定纬度,固定时间段内计算出太阳在此条件下的方位。从而可以通过控制使光伏系统对其进行有效跟踪,提高系统的发电效率。 3.2控制器电路主要完成以下功能: 1.利用半浮充充电技术,延长蓄电池的使用寿命,并对蓄电池的充电、放电条件加以限制,防止蓄电池过度充电及深度放电; 2.兼有负载控制功能,可以采用光控或时控,实现自动切换路灯工作状态; 因此,控制器具有以下几个特点:防反充电控制;防过充电控制;防过放电控制;光控自动切换负载工作。我们为实现上述功能采用了WL-P12-5X工业级电源管理模块 3.3光伏并网装置 本装置采用MPPT的算法即最大功率点跟踪控制,在特定的环境温度和光照强度下寻找最大功率输出点,然后通过调节太阳能板工作点提高光伏发电系统的整体工作效率。 中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种,推挽电路,将升压变压器的中性插头接于正电源,两只功率管交替工作,输出得到交流电力,由于功率晶体管共地边接,驱动及控制电路简单,另外由于变压器具有一定的漏感,可限制短路电流,因而提高了电路的可靠性,全桥逆变器功率晶体管调节输出脉冲宽度,输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路,即使对感性负载,输出电压波形也不会畸变。 3.4性能分析 随着社会经济发展的逐步加快,高效、快捷、稳定一直是社会对于新兴产业的要求,相比于传统市电供应的公共充电桩,基于光伏并网的电动车充电一体化系统有着更卓越的性能: (1)太阳能使用过程中清洁、无污染、安全可靠; (2)安装简便且运用灵活,可根据系统大小的不同要求采用不同面积的光伏板及控制器组件以满足实际工作需要; (3)单、多晶硅太阳能电池组件能抗冰雹冲击,并在高低温剧变的环境下使用,在使用期间内无须维护,系统性能稳定可靠。 (4)国家电网的统筹调配,可实现市电的输入与输出始终稳定; (5)智能显示模块可及时提醒用户充电情况,提高充电桩利用率; 4 创新点及应用 本文以淄博为例,设计及分析了基于光伏并网的电动车充电一体化系统。建设智能充电站,大力推广太阳能利用,可扶植和带动一批太阳能生产、组装、工程和服务企业,可大大增强市民的能源环保意识,其几个突出创新点如下所示: (1)该项目改变传统市电供应模式的公共充电站,在不额外增扩面积的基础上,利用光伏发电,达到了节能减排的目的; (2)该系统中的光伏并网模块,创造性地实现了对城市用电的贴补,减少了火力发电厂的压力,加快了城市用电向新能源利用方向的转变; (3)该系统中的光伏板寻光系统一改传统光伏产业光伏板固定安装的弊端,实现了光伏板对太阳能最大程度的利用; 基于光伏并网的电动车充电一体化系统属于光伏产业的一部分,受到国家多项政策扶持,积极响应了国家有关开展新旧动能转换的政策。在缓解城市交通压力、减少碳排放方面起到了一定的作用。作为不可缺少的城市用电供应方面,具有稳定的用户群,因而可以收获较好的经济效益、社会效益、环境效益。该套系统的原理在将来可应用于: (1)共享电动车(共享汽车)的固定停放点,节省共享行业对于电动车的充电问题,可节省大量的人力物力; (2)大学校园,没有固定充电地点的大学生需要一个方便、便宜的公共充电系统; (3)大型工业园区,解决部分员工对电动车充电的诉求。



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