一种家庭式太阳能LED照明系统及控制方法.pdf

本发明公开了一种家庭式太阳能LED照明系统及控制方法，包括与所述太阳能电池板连接的采用基于单片机管理控制的智能控制器，与所述蓄电池连接的所述太阳能电池板由多个光伏材料串并联组成，所述太阳能电池片上设置有一用于通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学直接或间接转换成电能吸收释放设备，所述智能控制器还包括与所述太阳能电池板和所述蓄电池连接的电压检测保护电路。采用本发明可提高太阳能的利用率，及防止因线路问题而造成意外事件发生，使LED照明系统得到了更好的保护。

1.  一种家庭式太阳能LED照明系统，包括太阳能电池板、蓄电池和逆变器，其特征在于，还包括；
与所述太阳能电池板连接的采用基于单片机管理控制的智能控制器，用于对外部输入的设置参数进行处理，及对蓄电池、直流电路和交流电路的管理、以及控制对各工作状态指示； 
与所述蓄电池连接的所述太阳能电池板，由多个光伏材料串并联组成，所述太阳能电池片上设置有一吸收释放设备，用于通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学直接或间接转换成电能；
所述吸收释放设备为相互依附的双层结构，所述吸收释放设备上层为碳纳米管，所述吸收释放设备为光子晶体，用于提高太阳光的光子的能及与光伏材料带隙的能及匹配率从而提高太阳光的利用率；
与所述智能控制器的P3口连接的键盘电路，用于实现电路的自检与工作模式参数设置；
所述智能控制器还包括与所述太阳能电池板和所述蓄电池连接的电压检测保护电路。

2.  根据权利要求1所述的家庭式太阳能LED照明系统，其特征在于，所述检测保护电路包括用于检测负载过流及短路并对负载起保护作用的第一级保护电路，及用于对负载起阻流保护作用的第二级保护电路。

3.  根据权利要求2所述的家庭式太阳能LED照明系统，其特征在于，所述第一保护电路包括运算放大器、比较器、MOS管和第一电阻，与所述智能控制器A/D转换连接的运算放大器通过所述第一电阻与MOS管连接一端，所述MOS管另一端与比较器连接，所述第一电阻与三极管Q1连接至所述智能控制器的18引脚。

4.  根据权利要求2所述的家庭式太阳能LED照明系统，其特征在于，所述第二级保护电路包括用于通过增加电阻降低工作电流的电子保险丝，所述电子保险丝一端所述太阳能电池板连接，所述电子保险丝另一端与比较器连接。

5.  根据权利要求1所述的家庭式太阳能LED照明系统，其特征在于，所述智能控制器模块还包括与所述蓄电池连接的微控制器模块，用于根据预设阀值对蓄电池进行充电管理，当太阳能电池板正常输出电压时蓄电池开路，关断负载。

6.  根据权利要求1所述的家庭式太阳能LED照明系统，其特征在于，所述预设阀值包括上限阀值为30V，工作阀值为22V至26.4V，下限阀值为22V。

7.  根据权利要求1所述的家庭式太阳能LED照明系统，其特征在于，所述智能控制器一端还连接有直流电路与直流负载连接。

8.  一种家庭式太阳能LED照明系统的控制方法，其特征在于，将太阳能电池板接入智能控制器，将蓄电池和逆变器接入智能控制器，逆变器将直流电转换为交流电接入交流负载；
第一保护电路的第一电阻、运算放大器和比较器组成过流、短路检测电路，并配合智能控制器的A/D转换作为信号识别来实现电路保护，当出现过流或短路时控制器断开太阳能电池板与蓄电池的连接并关闭负载开关；
如果智能控制器未及时断开太阳能电池板与蓄电池的连接或关闭负载开关则第二保护电路启动保护智能控制器不被烧毁；
在太阳能为蓄电池充电时，当蓄电池充电电压高于预设阀值时智能控制器通过微控制器模块关断蓄电池的充电，此后当充电电压处于预设阀值内时微控制器模块使蓄电池进入浮充状态，当充电电压低于预设阀值时微控制器模块使蓄电池进入均冲状态。

9.  根据权利要求8所述的家庭式太阳能LED照明系统的控制方法，其特征在于，所述预设阀值包括上限阀值为30V，工作阀值为22V至26.4V，下限阀值为22V。

10.  根据权利要求8所述的家庭式太阳能LED照明系统的控制方法，其特征在于，所述智能控制器一端还连接有直流电路接入直流负载。

一种家庭式太阳能LED照明系统及控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及的是一种家庭式太阳能LED照明系统及控制方法。
背景技术
随着常规能源的大量消耗，使得可再生能源越来越多的受到21世纪人类的关注。对能源资源消耗所引发的气候变化等一系列问题，不仅是对中国提出的挑战，也是对世界提出的挑战。能源短缺使太阳能光伏发电越来越受青睐。
在我国存在着一些地区，如林区和农区的以及无电的公路道班、学校、商店等小单位，由于居住条件的限制，输电设备很难到达，使得人们生活不够方便。现有的最基础的太阳能设备在发生异常情况时不能得到很好的保护，太阳光利用率也相对较低，而且多数仅为交流电器供电，为直流电器提供电能还需另外架设电路，不方便用户使用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种家庭式太阳能LED照明系统及控制方法，使用硬件和软件双重保护LED照明系统电路，并具有直接供直流电器使用的直流电路。
本发明的技术方案如下：
一种家庭式太阳能LED照明系统，包括太阳能电池板、蓄电池和逆变器，还包括；
与所述太阳能电池板连接的采用基于单片机管理控制的智能控制器，用于对外部输入的设置参数进行处理，及对蓄电池、直流电路和交流电路的管理、以及控制对各工作状态指示；
与所述蓄电池连接的所述太阳能电池板，由多个光伏材料串并联组成，所述太阳能电池片上设置有一吸收释放设备，用于通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学直接或间接转换成电能；
所述吸收释放设备为相互依附的双层结构，所述吸收释放设备上层为碳纳米管，所述吸收释放设备为光子晶体，用于提高太阳光的光子的能及与光伏材料带隙的能及匹配率从而提高太阳光的利用率；
与所述智能控制器的P3口连接的键盘电路，用于实现电路的自检与工作模式参数设置；
所述智能控制器还包括与所述太阳能电池板和所述蓄电池连接的电压检测保护电路。
所述的家庭式太阳能LED照明系统，其中，所述检测保护电路包括用于检测负载过流及短路并对负载起保护作用的第一级保护电路，及用于对负载起阻流保护作用的第二级保护电路。
所述的家庭式太阳能LED照明系统，其中，所述第一保护电路包括运算放大器、比较器、MOS管和第一电阻，与所述智能控制器A/D转换连接的运算放大器通过所述第一电阻与MOS管连接一端，所述MOS管另一端与比较器连接，所述第一电阻与三极管Q1连接至所述智能控制器的18引脚。
所述的家庭式太阳能LED照明系统，其中，所述第二级保护电路包括用于通过增加电阻降低工作电流的电子保险丝，所述电子保险丝一端所述太阳能电池板连接，所述电子保险丝另一端与比较器连接。
所述的家庭式太阳能LED照明系统，其中，所述智能控制器模块还包括与所述蓄电池连接的微控制器模块，用于根据预设阀值对蓄电池进行充电管理，当太阳能电池板正常输出电压时蓄电池开路，关断负载。
所述的家庭式太阳能LED照明系统，其中，所述预设阀值包括上限阀值为30V，工作阀值为22V至26.4V，下限阀值为22V。
所述的家庭式太阳能LED照明系统，其中，所述智能控制器一端还连接有直流电路与直流负载连接。
基于上述家庭式太阳能LED照明系统本发明还提供一种家庭式太阳能LED照明系统的控制方法，其步骤为：
将太阳能电池板接入智能控制器，将蓄电池和逆变器接入智能控制器，逆变器将直流电转换为交流电接入交流负载；
第一保护电路的第一电阻、运算放大器和比较器组成过流、短路检测电路，并配合智能控制器的A/D转换作为信号识别来实现电路保护，当出现过流或短路时控制器断开太阳能电池板与蓄电池的连接并关闭负载开关；
如果智能控制器未及时断开太阳能电池板与蓄电池的连接或关闭负载开关则第二保护电路启动保护智能控制器不被烧毁；
在太阳能为蓄电池充电时，当蓄电池充电电压高于预设阀值时智能控制器通过微控制器模块关断蓄电池的充电，此后当充电电压处于预设阀值内时微控制器模块使蓄电池进入浮充状态，当充电电压低于预设阀值时微控制器模块使蓄电池进入均冲状态。
所述的家庭式太阳能LED照明系统的控制方法，其中，所述预设阀值包括上限阀值为30V，工作阀值为22V至26.4V，下限阀值为22V。
所述的家庭式太阳能LED照明系统的控制方法，其中，所述智能控制器一端还连接有直流电路接入直流负载。
本发明所提供的一种家庭式太阳能LED照明系统及控制方法，在太阳能电池片上增设的吸收是防止装置可以更好的提高太阳能的利用率；采用的第一保护电路还第二保护电路实现了硬件和软件结合的方式对LED照明系统进行保护，防止因线路问题而造成意外事件发生，增设直流电路供电，方便使用直流照明电器，相对于传统的重启系统具有简化维护、提高系统安全性能的优点。
附图说明
图1是本发明中家庭式太阳能LED照明系统较佳实施例的模块图。
图2是本发明中家庭式太阳能LED照明系统较佳实施例的检测与保护电路原理图。
图3是本发明中家庭式太阳能LED照明系统较佳实施例的电压检测流程图。
图4是本发明中家庭式太阳能LED照明系统较佳实施例的总电路图。
图5是本发明中家庭式太阳能LED照明系统较佳实施例的按键程序流程图。
图6是本发明中家庭式太阳能LED照明系统较佳实施例的模块图。
图7是本发明中家庭式太阳能LED照明系统的控制方法的较佳实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种家庭式太阳能LED照明系统及控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1，一种家庭式太阳能LED照明系统，包括太阳能电池板110、蓄电池130和逆变器140，还包括；
与太阳能电池板110连接的采用基于单片机管理控制的智能控制器120，用于对外部输入的设置参数进行处理，及对蓄电池130、直流电路和交流电路的管理、以及控制对各工作状态指示。
与蓄电池130连接的太阳能电池板110，由多个光伏材料串并联组成，太阳能电池片上设置有一吸收释放设备111，用于通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学直接或间接转换成电能。
吸收释放设备111为相互依附的双层结构，吸收释放设备上层为碳纳米管，吸收释放设备为光子晶体，用于提高太阳光的光子的能及与光伏材料带隙的能及匹配率从而提高太阳光的利用率。其中外层面向太阳的是一排多壁的碳纳米管能有效吸收太阳光并将其转化为热，当这种热将其紧紧衣服的光子晶体加热时，光子晶体会发出光，这种光的最好密度机会与光伏电池的带隙相吻合，从而达到提高太阳能利用效率。
 与智能控制器120的P3口连接的键盘电路150，用于实现电路的自检与工作模式参数设置。
智能控制器120还包括与太阳能电池板和蓄电池连接的电压检测保护电路121。
进一步的，检测保护电路121包括用于检测负载过流及短路并对负载起保护作用的第一级保护电路，及用于对负载起阻流保护作用的第二级保护电路。
参阅图2，家庭式太阳能LED照明系统，其中，第一保护电路包括运算放大器LM358、比较器LM393、MOS管和第一电阻，与智能控制器120A/D转换连接的运算放大器LM358通过第一电阻与MOS管（图中GB1位置）连接一端，MOS管（GB1）另一端与比较器LM393连接，第一电阻R7与三极管Q1连接至智能控制器120的18引脚(图中P1.7)。
第二级保护电路包括用于通过增加电阻降低工作电流的电子保险丝F，电子保险丝一端太阳能电池板连接，电子保险丝另一端与比较器连接。
更进一步的，智能控制器模块还包括与蓄电池连接的微控制器模块122，用于根据预设阀值对蓄电池进行充电管理，当太阳能电池板正常输出电压时蓄电池开路，关断负载。
预设阀值包括上限阀值为30V，工作阀值为22V至26.4V，下限阀值为22V。
为方便直接使用直流负载还在智能控制器一端还连接有直流电路与直流负载连接。
本发明增设的吸收释放设备可以增加太阳能的利用率，使太阳能电池板工作效率更高，同时设置的保护电路可以有效防止LED照明系统中发生异常情况。
 下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，参阅图2：
本实施例以家用照明负载为100W为具体实施例对本发明进行详细讲述，本发明设计了两级保护电路。
其中第一保护电路包括运算放大器LM358、比较器LM393、MOS管和第一电阻，与智能控制器120的A/D转换连接的运算放大器LM358通过第一电阻与MOS管（图中GB1位置）连接一端，MOS管（GB1）另一端与比较器LM393连接，第一电阻R7与三极管Q1连接至智能控制器的18引脚(图中P1.7)。
图2中：P1.6为单片机18引脚；P1.7为单片机19引脚；P3.2为单片机6引脚。
具体的，第一保护电路采用了R7(0.01Ω康铜丝)以及运放电路LM358、比较器LM393等器件组成的过流、短路检测电路配合单片机（即智能控制器）19引脚的A/D转换（即P1.7）及外部中断响应来实现对LED照明系统进行保护。第一电阻R7与三极管Q1连接至智能控制器的18引脚（即P1.6），19引脚的A/D转换用作过流信号识别,当电流超过额定电流20%并维持30s以上时，确认为过流；短路电流可设定为20A，响应时间为毫秒数量级。
其中外部中断子程序可在智能控制器中编辑，可编辑为：
void servise_TNTO0 interrupt 0 using 1
{if（P3_2）   //高电平，认为是干扰信号触发中断
return
           delay 1（5000）； //10ms 延时
           if（P3_2=0）
             {load_switch_1=LSTOP;//负载开关1关
             LOOP1_DL=1; 置负载短路标志
               }
           }
外部中断子程序应为高优先级中断，编制子程序实现负载过流、短路保护时，要充分考虑负载启动瞬间会产生数倍于额定电流的冲击电流，冲击电流维持在3ms～5ms，应在软件上采取措施，避免短路与负载开启的误判。确定负载过流、短路后，切断负载输出。负载切断后，每隔一段时间，如20ms，应试接通负载开关，当发现过流、短路信号已消除，则恢复负载的输出，否则负载开关仍然保持断开。
第二级保护电路包括用于通过增加电阻降低工作电流的电子保险丝F，电子保险丝一端太阳能电池板连接，电子保险丝另一端与比较器连接。
具体的，第二级采用了电子保险丝保护，发生过流或短路时，流经电子保险丝F的电流骤然增加时，温度随之上升,其电阻大大增加，工作电流大幅降低，达到保护电路目的，响应时间为秒数量级。过流撤消或短路恢复后电子保险丝F恢复成低阻抗导体，无须任何人为更换或维修。
具体实施应用中，系统采用了以上两级保护措施后，在长达数小时时间负载短路实验后，控制器仍没出现电路烧毁现象。解决了用传统保险丝只能对电路进行一次性保护，一旦烧毁必须人为更换的问题，同短路后需手动复位或断电后重新开启的系统相比，也具有明显的优点、简化了维护、提高了系统的安全性能。
 为控制器模块在具体应用实施时可参与图3，为电压检测流程图；
微控制器模块，用于根据预设阀值对蓄电池进行充电管理，当太阳能电池板正常输出电压时蓄电池开路，关断负载。在蓄电池开路保护中:万一蓄电池开路,若在太阳能电池正常充电时,微控制器将关断负载,以保证负载不被损伤,若在夜间或太阳能电池不充电时,控制器由于自身得不到电力,不会有任何动作。如果判断电压值是否大于30V，若大于则关闭充电开关对蓄电池进行充电保护。如果检测电压低于30V高于26.4V将调用浮充程序与均充程序对蓄电池进行充电，如果检测电压低于26.4V高于22V调用预充程序。处于夜间时，如果检测电压小于22V则关闭负载开关，高于22V则打开负载开关。
 本发明在具体实施时，其电路工作原理请参阅图4：
太阳能电池板通过二级管D1和蓄电池连接，蓄电池又与三极管Q1并联，蓄电池通过二极管D2、D3、D4、D5和三极管Q2、Q3与逆变器连接，并将逆变器转换的交流电输入负载中。
太阳照射在太阳能电池板上，太阳能电池开始工作，使二极管D1跟三极管Q1工作，蓄电池开始蓄电，待蓄电池蓄电完毕后，根据程序的设定，Q1反作用，蓄电池停止蓄电。到晚上天色昏暗时，设定的程序启动，使蓄电池开始放电，二极管D2、D3、 D4、D5导通，三极管Q2、Q3工作，使负载发光，直到第二天早上，预先设定的程序又作用，使照明灯具熄灭；当有太阳照射太阳能电池板的时候，蓄电池又开始蓄电，这样，无限的循环，就可以使家用灯具实现白天自动蓄电，夜晚自动照明，白天自动熄灭，大大减少了人力物力，而且这样的设计，能节约更多的电能。