CN101127498A

CN101127498A - 并网型住宅全自动太阳能供电供热装置

Info

Publication number: CN101127498A
Application number: CNA2007100187516A
Authority: CN
Inventors: 冯国隆; 冯徽; 袁丽娟; 王勇; 冯立雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2008-02-20

Abstract

本发明涉及一种并网型住宅太阳能供电供热装置。本装置主要由集热管、太阳能硅晶电池阵列、逆变器、温差间接强迫式热水器、控制器及电路构成。太阳能硅晶电池阵列上安装有冷却循环水管；逆变器为正弦波发生器、限幅器、电子电力变换装置和LC滤波电路构成的复合式PR多功能逆变器；采用热管式集热真空管集热器。本发明提高了光电转换效能，保证了太阳能光电转换装置在并网时的安全性，且该自动控制系统，能通过电网自动调整补偿供电，保证全部负载连续正常运行。本发明制造成本低，适合普及型太阳能住宅的并网供电、供热。

Description

并网型住宅全自动太阳能供电供热装置

技术领域

本发明涉及住宅太阳能的供电、供热装置。

背景技术

太阳能作为清洁而廉价的能源越来越受到人们的青睐和重视。世界上现有的太阳能供电系统有：光电池直接转换供电系统、独立连续太阳能供电系统、并网系统、并网与独立双功能混合系统。目前绝大多数住宅用太阳能供热、供电装置，多是独立型太阳能供电装置，其缺点是：当白天光照强烈时，能产生充足的太阳电能，但此时间段住宅用户的耗电处于用电低谷期——该太阳能供电装置产生的充足电能未得到充分及时的应用，而公共电网却因工业生产、商业运营、政府学校办公等处于用电高峰期——该独立型太阳能供电装置产生的充裕电能却不能对公共电网做出贡献；.当晚间或阴雨天时，独立型太阳能供电装置难以满足住宅用户对电能的需要，而公共电网却无法向住宅用户补充太阳能供电装置之不足。传统并网系统的太阳能装置较好地克服了独立型太阳能供电装置的缺点，其主要由硅晶电池阵列、控制器及电路组成，即采用硅晶电池将太阳光辐射转变为电能，再通过一系列设施将产生的直流电能转变为一般设备能接受的交流电能，多余的交流电能供给公共电网，不足的电能从公共电网获取。但是该并网系统采用的硅晶电池，在光电转换的过程中，由于太阳热辐射造成的半导体穴位电子无序游离，导致光电转换效率低，成为了影响该技术推广应用的主要原因之一。

另外，目前市场上各国生产的太阳能光电转换设备中的重要元件——逆变器，在技术应用上无法达到硅晶电池设计的技术指标，因而弱化了该技术的普及和应用；且逆变器在光电系统应用中，由于测控方法带来的谐波失真，也造成了自身能量抵消而降低了系统效能。

发明内容

本发明的目的是提供一种转换效率高且成本低、.安装方便、适合普及应用的并网型住宅全自动太阳能供电供热装置。

本发明主要由热管式集热真空管、太阳能硅晶电池阵列、集热器、复合式PR多功能逆变器、采样跟踪器、接线箱、功率调节器、温差间接强迫式太阳能热水器、自动切换配电箱、逆流电力电表和电路构成。

本发明在传统之并网系统太阳能装置的基础上做出的主要改进是：

1.在通常的太阳能硅晶电池阵列上，增设了与太阳能热水器之上水管道相通的冷却循环水管。即通过旁设管路中的冷水，对太阳能硅晶电池进行物理降温，这样，既减少了半导体穴位电子无序游离，提高了硅晶电池的光电转换效率，同时管路中的冷水通过热交换而预热，从而提高了太阳能热水器的热效率.。

2.在太阳能硅晶电池上，采用反并联二极管和串联定向二极管对电能进行控制；总出线也串联定向二极管。可有效地防止反向电流对硅电池的破坏。

此外，在本装置上或其近旁增加了避雷器。以提高系统的安全性和使用寿命。

3.逆变器主要由正弦波发生器、限幅器、电子电力变换装置和含LC滤波的逆变器，构成多功能逆变器。其主要功能是，对直流电源信号进行叠加振荡，将直流电流、电压转变为交流信号的功能，且对频率、相位、电压、电流、有功功率、无功功率、电压波动率和高次谐波进行监控和调整。

4.利用电子技术的闭环控制原理，通过系统主回路直流电压的闭环控制。有利于在实现太阳能发电系统与供电网络之间的电能互换的同时，使得太阳能直流电压在光电转换时和对负载做功时，保持最佳恒定状态。

5.采用温差间接强迫式太阳能热水器。该热水器在接受计算机自动化测控时，系统运行更加高效、节能。

本发明在太阳能硅晶电池阵列处增设冷水循环管路后，提高了光电转换效能；由于自动控制系统中设置了自动检测并自动输出控制谐波信号的谐波消除电路，从而避免了在光电转换时产生的直流电动势对供电网络产生的脉冲冲击，提高了太阳能光电转换装置在并网时的安全性；且该自动控制系统，能通过电网自动调整补偿供电，保证全部负载连续正常运行。本发明制造成本低，适合并网供电、供热的普及应用。

附图说明

图1.是本发明整体结构示意图；

图2.是本发明的电路原理图；

图3-1、图3-2是水冷式硅晶太阳能电池装置的示意图；

图4.是热管式集热真空管集热器的结构示意图；

图5.是本发明自动控制系统之控制原理示意图。

图中，1.热管式集热真空管集热器，2.太阳能硅晶电池阵列，3.复合式PR多功能逆变器，4.采样跟踪器，5.接线箱，6.负载功率调节器，7.负载，8.温差间接强迫式太阳能热水器，9.自动切换配电箱，10.逆流电力电表，11.用户电力电表，12.公共电网，13.冷却循环水管，14.串联旁路并联二极管，15.硅晶太阳能电池，16.电子变频信号输入，17.控制电路，18.电网输入，19.正弦波发生器，20.避雷器，21.限幅器，22.电子电力变换装置，23.LC滤波逆变器，27.自动控制系统，28.TPT层，29.玻璃盖板，30.背板，31.连集管，32.导热块，33.隔热材料，34.保温盒，35.支架，36.热管式集热真空管，37.套管。

具体实施方式

下面结合附图叙述一个本发明的实施例：

本发明整体结构如图1、图2所示：太阳能硅晶电池阵列2将太阳光辐射中波长小于1.1μm的光波能量转换为直流电动势，并由接线箱5汇集后输送到采样跟踪器4，采样跟踪器4实时跟踪测量太阳能光电转换的输出情况，并将结果输出到自动控制系统27；自动控制系统27动态调整复合式PR多功能逆变器3的工作参数，控制太阳能硅晶电池阵列2产生的直流电动势转换为稳定的符合公共电网12要求的正弦波交流电；负载功率调节器6和自动切换配电箱9在自动控制系统27的测控下，根据负载7的情况，在太阳能供电系统和公共电网12之间平衡调整，保证负载7稳定运行。逆流电力电表10和用户电力电表11，分别用来显示用户输出到公共电网12的电能和从公共电网输入的电能。

太阳辐射之波长大于1.1μm的光波能量和太阳能硅晶电池阵列2未能有效转换为电能的能量，在反射损失后转换为热能。此部分能量部分被分布在太阳能硅晶电池阵列2后的冷却循环水管13中的冷却水吸收。被预热的冷却水，经过热管式集热真空管集热器1时，被加热后输送至温差间接强迫式太阳能热水器8，温差间接强迫式太阳能热水器8在计算机自动控制系统27的测控下调整水温，并将符合用户要求的热水输送给用户。

图2、图5显示了本发明的电路原理：在太阳能硅晶电池阵列2内，硅晶太阳能电池15串联旁路并联二极管14，总的出线也串联定向二极管，以防止反向电流对硅晶电池的破坏。

太阳能硅晶电池阵列2产生的直流电，经过采样跟踪器4到达正弦波发生器19，正弦波发生器19、限幅器21、电子电力变换装置22和LC滤波逆变器23，构成了复合式PR多功能逆变器3。此部分的主要功能是对直流电源信号进行叠加振荡，改善自动追踪自动调整系统功能后，系统不但具备了直流电流、电压转变为交流信号的功能，而且可以对频率、相位、电压、电流、有功功率、无功功率、电压波动率和高次谐波皆具有良好的监控和调整功能。

本系统的复合式PR多功能逆变器3采用了主回路直流电压的闭环控制技术，通过电子电路，将DC/AC转换形成的正弦波中超过限定标准的瞬间峰值电动势的电能返回限幅器21，使其与正常进入系统的电流重新在加权平均整合中进行再次变换。

自动控制系统27采用计算机控制，对包括热水器在内的所有器件进行测控和运行跟踪，对公共电网12和负载7的波动进行自动调整。

在太阳能硅晶电池阵列2上，设置避雷器20。

控制电路17首先跟踪电网输入18中的电压变化，采集相位信息，然后跟踪系统DC/DC变换电路产生的电子变频信号输入16，并通过自动控制系统27控制逆变器23进行相位同步，确保系统输出与电网之相位相同。

图3-1所示，为本发明之水冷式硅晶太阳能电池装置：硅晶太阳能电池15安装在开口的金属盒内，金属盒的前方开口处用玻璃盖板29密封。金属盒与硅晶太阳能电池15间用TPT层28隔开，以防止硅晶太阳能电池15与金属盒直接接触发生短路。金属盒的背板30上焊有蛇形的镀锌紫铜冷却循环水管13，该水管与温差间接强迫式太阳能热水器8的上水管连通。在整个供电、供热装置正式运行时，热水器水源供应的循环冷水，带走了在硅晶太阳能电池15受到阳光照射时传导的热量，这样硅晶太阳能电池15和玻璃盖板29接受的热量就被不断流动的循环水带走，于是减少了半导体穴位电子无序游离，从而提高了硅晶太阳能电池15的光电转换效率。

图4显示了热管式集热真空管集热器的结构示意图：该集热器主要有热管式真空集热管36、导热块32、连集管31、隔热材料33、保温盒34、支架37、套管35。热管式真空集热管36在工作时，各个真空管将太阳辐射能转换为热能传导给吸热片中间的热管，然后再通过导热块32将热量传导给连集管31内的循环水。采用这种目前国际上公认的高效集热器热水器，特别是在太阳能硅电池阵列2进行热交换后，大大提高了该热水器的工作效能。

图5是本发明自动控制系统之控制原理图。本装置的自动控制系统27，控制采样跟踪器4连续采集硅晶太阳能电池15的输出情况，调节正弦波发生器19、复合式PR多功能逆变器3的工作参数，并在负载功率调节器6的配合下，控制自动切换配电箱9在太阳能供电系统和公共电网12之间切换，对负载7进行稳定供电。同时，自动控制系统27控制温差间接强迫式太阳能热水器8对热管式集热真空管阵列1的输出水温进行控制。

Claims

1.并网型住宅全自动太阳能供电供热装置，包括太阳能硅晶电池阵列(2)、太阳能热水器(8)、接线箱(5)、控制器、逆流电力电表(10)和电路，其特征在于：有逆变器(3)；所说的太阳能硅晶电池阵列，是在通常的太阳能硅晶电池阵列(2)后安装着与太阳能热水器(8)之上水管相通的冷却循环水管(13)。

2.根据权利要求1所述的并网型住宅全自动太阳能供电供热装置，其特征在于：所说的逆变器(3)为正弦波发生器(19)、限幅器(21)、电子电力变换装置(22)和LC滤波电路(23)构成的复合式PR多功能逆变器。

3.根据权利要求1所述的并网型住宅全自动太阳能供电供热装置，其特征在于：所说的电路，采用反并联二极管和串联定向二极管对电能进行控制，总出线也串联定向二极管。

4.根据权利要求1所述的并网型住宅全自动太阳能供电供热装置，其特征在于：所说的太阳能热水器(8)是温差间接强迫式太阳能热水器。