CN102044989A

CN102044989A - 一种基于太阳能系统的混合能源供电系统和方法

Info

Publication number: CN102044989A
Application number: CN2009101804413A
Authority: CN
Inventors: 吴海军; 蔡腾宇; 李南海; 梁恩志; 王兴杰
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: CN102044989B

Abstract

本发明实施例提供了一种基于太阳能的混合能源供电系统和方法，该方法包括：当太阳能子系统正常工作时，调度太阳能子系统向负载提供电能，并向储能单元充电；当太阳能子系统不能正常工作时，调度储能单元向负载提供电能；当储能系统的容量低于预定值时，启动互补能源子系统为负载提供电能；当互补能源子系统为负载提供电能时，互补能源子系统基本不向储能单元提供电能；当所述太阳能子系统恢复正常工作时，停止所述互补能源子系统为所述负载提供电能。本发明基于太阳能系统的混合能源供电系统，互补能源子系统仅仅在阴雨天时启动以维持负载供电，启动过程不向储能单元大电流充电，最大化利用太阳能发出电，降低燃油消耗，提高了解决方案的能效值。

Description

一种基于太阳能系统的混合能源供电系统和方法

技术领域

本发明涉及新能源供电技术，尤其涉及一种基于太阳能系统的混合能源供电系统和方法。

背景技术

在太阳能发电技术中对供电系统的可靠性和稳定性提出了更高的要求，而由于环境气候的不可预测性，现有技术的纯太阳能系统解决方案的供电系统在可靠性和稳定性等方面都面临很大的考验。

例如，在通信基站应用的纯太阳能系统或风光互补能源解决方案中，基站负载仅仅靠环境气象条件来支撑系统供电，而环境气候条件具有不可预期性，为了保证基站持续不间断供电，往往采取加大配置的方式来提高供电系统的可靠性，例如，增加蓄电池容量以延长备电时间、增加太阳能电池板或风机数量来增加发电量，这样造成解决方案初期投资成本过高。另外由于供电系统解决方案配置时采用最差月光照时间配置太阳能电池板数量，这样造成基站负载月均覆盖率一般在110～130％之间，整个太阳能和风能发出电没有充分利用起来，有较多的能源损失。

采用光油混合供电系统的解决方案，太阳能白天向基站负载供电和蓄电池充电，夜间蓄电池放电以维持基站供电不间断运行。当蓄电池放电至一定的低容量值时，控制系统启动柴油发电机，此时柴油发电机向负载供电和蓄电池充电；当蓄电池充电达到一定的高容量值时，柴油发电机停止工作。柴油发电机启动的标准条件为蓄电池放电至低容量值时，这个时间一般发生在晚上(由于白天太阳能向蓄电池充电，一般不会在白天出现)，所以柴油发电机一般在晚上启动，时常出现柴油发电机早上或上午停止(柴油发电机停止标准为蓄电池高容量值，且每次启动必须将蓄电池充满才能停止)，这样造成当天出现较好的光照时，整个一天的太阳能或风能的发电均不能向蓄电池充电储存起来，致使基站供电没有充分利用太阳能或风能，而是使用柴油发电，未做到最大节能省油效果。在实际配置过程中为了降低光油混合供电系统的初期投资成本，往往柴油机提供较大的能量比例，而太阳能每天实际产生的能量不能满足负载24小时供电，则会出现蓄电池容量变化曲线为锯齿线下降，蓄电池长期处于欠充状态，影响其使用寿命。另外在光油混合供电系统解决方案中，由于需要配置大功率柴油发电机才能保证柴油发电机启动运行输出稳定，且柴油发电机运行发电过程中高的带载率才能提高燃油利用率，因此在光油混合供电系统中需要配置大容量蓄电池和大功率柴油发电机来满足基站供电要求，以减少柴油发电机频繁启动和提高燃油利用率，然而在成本上大大增加了初期投资成本；由于柴油发电机工作特性决定大功率柴油发电机才具有高度可靠性，另外柴油发电机型号较大，实际选型值一般又为最佳理论计算值之上的型号，因此供电解决方案中一般选用较大的柴油发电机，造成解决方案初期投资成本过高。

其他采用基于太阳能供电的应用系统也存在上述和通信基站应用同样的问题。

发明内容

为提高太阳能利用效率并减少成本，本发明的实施例提供了基于太阳能系统的混合能源供电系统，包括：

太阳能子系统，用于将太阳能转换为电能，为负载和储能单元提供电能；储能单元，用于储存电能，为负载提供备用电能；互补能源子系统，用于当储能单元容量不足时为负载提供电能；混合能源控制子系统，用于当太阳能子系统正常工作时，调度太阳能子系统为负载和储能单元提供电能；当太阳能子系统不能正常工作时，调度储能单元为负载提供电能；当确定储能单元的容量低于预定值时，调度互补能源子系统为所述负载提供电能；当互补能源子系统为所述负载提供电能时，仅仅满足负载供电工作，即负载跟随性工作；当所述太阳能子系统恢复正常工作时，停止所述互补能源子系统为所述负载提供电能。

本发明的又一个实施例提供了一种基于太阳能系统的混合能源供电方法，包括：

当太阳能子系统正常工作时，调度太阳能子系统向负载提供电能，并向储能单元充电；当太阳能子系统不能正常工作时，调度储能单元向负载提供电能；当储能系统的容量低于预定值时，启动互补能源子系统为负载提供电能；当互补能源子系统为负载提供电能时，互补能源子系统基本不向储能单元提供电能；当所述太阳能子系统恢复正常工作时，停止所述互补能源子系统为所述负载提供电能。

通过本发明提供的基于太阳能系统的混合能源供电系统和方法，正常情况下由太阳能子系统和储能单元向负载供电，充分利用太阳能，提高了太阳能利用效率，并减少成本；异常情况下由互补能源子系统向负载供电，而互补能源子系统并不向储能单元充电，减少了初期投资成本，并保证了供电稳定性和可靠性。

附图说明

图1示出本发明的基于太阳能系统的混合能源供电系统的一个实施例的示意图；

图2示出本发明的混合能源供电系统的一个实施例中混合能源控制子系统的结构图；

图3示出本发明的基于太阳能的混合能源供电系统的另一个实施例的示意图；

图4示出本发明的基于太阳能系统的混合能源供电方法的一个实施例的流程图；

图5示出本发明的基于太阳能系统的混合能源供电方法的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。

在本文中，平均光照时间指的是在一定期间内在标准光照强度下每天的平均光照时间，该期间可以以年、季度、月等为基本单位。例如，某一天的有光照时间为10小时，但是其实际光照强度随时间变化，将其折算为标准光照强度后该天的光照时间例如是6小时。月均光照时间(Monthly Averaged Daylight Hours)是指一个月内的平均光照时间。平均光照时间可以转换为平均单位面积上日晒量(千瓦小时/平方米/天)(Averaged Insolation Incident On A Horizontal Surface(kWh/m²/day))。

图1示出本发明的基于太阳能的混合能源供电系统的一个实施例的示意图。如图1所示，该混合能源供电系统包括太阳能子系统11、互补能源子系统12、储能单元13和混合能源控制子系统14。该混合能源供电系统14为负载15提供工作所需电能。其中，太阳能子系统11用于将太阳能转换为电能，为负载15和储能单元13提供电能。互补能源子系统12用于在需要时为负载15提供电能，以负载的平均功耗为基准配置互补能源子系统的输出功率。储能单元13用于储存电能，为负载15提供电能。混合能源控制子系统14，用于调度太阳能子系统11、互补能源子系统12和储能单元13为负载14提供电能。其中，太阳能子系统11以当地的平均光照时间和负载的平均功耗为基准配置太阳能电池板数量，使得当太阳光照时间在平均光照时间的预定范围以上时，配置的太阳能子系统11就能够满足负载24小时工作供电需求。例如，当太阳光照时间超过平均光照时间的1％至30％之间一个值(例如，1％、5％、15％、20％、25％、28％、29％或30％)时，配置的太阳能子系统11转换的电能就能够满足负载24小时工作供电需求。储能单元13用于储存太阳能子系统11转换的电能，储能单元13的备电时间为24小时减去平均光照时间，并提供一定比例(例如，1％～20％)的额外备用时间。

具体而言，当太阳能子系统11正常工作输出电能时，混合能源控制子系统14调度太阳能子系统11为负载15提供电能，并为储能单元15提供电能；当太阳能子系统11不能正常工作时(晚上或者白天光照不足等原因)，调度储能单元13为负载15提供电能；当储能单元13的容量低于预定值(例如，该预定值设为储能单元13的总容量的20％～40％之间的一个值)时，调度互补能源子系统12开始工作，为负载15提供电能。当互补能源子系统12为负载15提供电能时，互补能源子系统12基本不向储能单元13提供电能，例如，互补能源子系统12不向储能单元13提供电能，或者向储能单元充电电流限制在0～0.05C₁₀之间。

互补能源子系统12启动后，混合能源控制子系统14监测太阳能子系统11的输出状态，如果太阳能子系统11的输出电流大于等于预定值时(例如，Ipv＝I_load+(0～20％)I_load，其中，Ipv是太阳能子系统输出实时电流值，I_load是负载工作需要的电流值)时，停止互补能源子系统12；可以通过当太阳能子系统11的输出电流等于负载工作需要的电流值I_load再延迟一段时间(如0～60min)后停止互补能源子系统12，即太阳能子系统11的输出电流大于等于预定电流值值后0～60min后再停止互补能源子系统12，通过延迟处理，可以提高供电的可靠性和稳定性。混合能源控制子系统14可以同时监测储能单元13的状态，当储能单元13的容量状态为30％～70％SOC(例如，通过检测储能单元输出的电压值来确定储能单元的容量状态值)时，停止互补能源子系统12为负载15提供电能，而由储能单元15提供电能。

根据本发明的混合能源供电系统的一个实施例，储能单元为镍铬蓄电池、镍氢蓄电池、阀控铅酸蓄电池、锂电池、或富液式蓄电池等。根据本发明的混合能源供电系统的一个实施例，互补能源子系统为燃料电池、汽油发电机或者小型柴油发电机。燃料电池可以是质子交换膜氢燃料电池系统、直接甲醇燃料电池系统或固体氧化物燃料电池系统等。燃料电池和柴油发电机相比，不需要为了提高柴油利用率而必须配置大功率发电机，而是可以根据需要选择合适功率的燃料电池，从而避免了配置大功率柴油机，同时也可以避免了因为配置大功率柴油机而必须配置大容量蓄电池以提供燃料利用率的问题，减小了初始投资成本，提高了整个系统的效率。

图2示出本发明的混合能源供电系统的一个实施例中混合能源控制子系统的结构图。如图2所示，混合能源控制子系统24包括太阳能输入接口241、互补能源输入接口242、配电单元243、调度控制单元244和DC/DC功率变换器245。太阳能输入接口241用于接收太阳能子系统的输入；互补能源输入接口242用于接收互补能源子系统的输入；配电单元243对通过太阳能输入接口241和互补能源输入接口242接收的输入进行统一配电，输出到DC/DC功率变换器245；功率变换器245对来自配电单元243电功率变压后输出到负载15，为负载15提供电能或向蓄电池充电；调度控制单元244与配电单元243和功率变换器245相互通信，用于统一调度控制太阳能子系统11、互补能源子系统12和储能单元13为负载15提供电能。例如，在正常光照条件下，调度控制单元244调度太阳能子系统11为负载提供电能，并为储能单元13充电；调度控制单元244监测太阳能输入接口241输入的电流值，当该电流值小于预定值(例如，负载工作需要的电流值)时，自动调度储能单元13为负载15提供电能；调度控制单元244监测储能单元13的容量值和太阳能输入接口241输入的电流值，如果储能单元13的容量值小于预定值，则调度控制单元244调度互补能源子系统12为负载15提供电能，不再由储能单元13提供电能；如果太阳能子系统11输入的电流值大于预定值，则调度太阳能子系统11为负载提供电能，剩余电能将提供给储能单元13进行存储，而储能单元13不再为负载提供电能；在由互补能源子系统12为负载提供电能的过程中，调度控制单元244监测太阳能输入接口241输入的电流值和储能单元13的容量值，如果太阳能子系统11输出的电流大于预定值或储能单元13容量值达到预设值时，则调度控制单元244控制互补能源子系统12停止工作，由太阳能子系统11为负载提供电能。

本发明的混合能源控制子系统将互补能源子系统与太阳能子系统的控制系统高度集成为统一的整体，形成混合能源控制平台对外输出，即对互补能源子系统与太阳能子系统在混合能源控制平台输入接口进行统一的配电，之后经过功率变换器变压后对外输出，为负载提供电能。

图3示出本发明的基于太阳能系统的混合能源供电系统的另一个实施例的示意图。如图3所示，该实施例中的混合能源供电系统和图1中的实施例相比，负载包括主负载15和从负载16，此外还包括风机子系统36。混合能源控制子系统34统一调度太阳能子系统11和风机子系统36输出的电功率，为负载和储能单元13提供电能。由于风机子系统36不受光照条件的影响，所以可以和太阳能子系统13输出的电功率相互补充，从而提供更稳定可靠的电能。

下面对图3中的混合能源控制子系统34进行具体的描述。混合能源控制子系统34包括能源调度控制单元341、以及分别与太阳能子系统11、互补能源子系统12、风机子系统36、负载15相连的接触器(或继电器)343。能源调度控制单元341实现太阳能子系统11、互补能源系统12、风机子系统36、和储能单元13的自动切换供电调度控制管理，控制何时由哪种能源供电、供电输出的电压电流等等。接触器343在能源调度控制单元341的控制下自动实现开和断功能。根据本发明的一个实施例，能源调度控制单元341采用类似图2中混合能源控制子系统的结构。

可选地，混合能源控制子系统还包括与太阳能子系统11、互补能源子系统12、储能单元13、风机子系统36、负载15相连空开342，用于实现导线开和断的功能。可选地，还包括与储能单元13串联的熔丝344。当电流到达一定值时，熔丝344自动熔断，从而起到保护作用。

本发明的混合能源供电系统在白天光照条件下由太阳能子系统向负载供电和储能单元充电，夜间储能单元放电供负载工作，如此循环工作。当出现阴雨天时，储能单元放电至低容量值时，系统给出信号启动互补能源子系统(如质子交换膜氢燃料电池系统或直接甲醇燃料电池系统或固体氧化物燃料电池系统等燃料电池)向负载供电，负载一直由互补能源供电直到系统检测到太阳能发电电流值大于预定电流值或蓄电池容量达到预定值后关闭互补能源子系统，此时负载供电切换成有太阳能供电且同时多余的电流直接全部向蓄电池充电储存起来，负载如此在晴天和阴雨天情况条件下切换供电。

考虑到供电系统的可靠性，互补能源子系统可以定期启动来检测自身的运行状态，还可以通过互补能源子系统满充蓄电池来延长蓄电池使用寿命。例如，当满足以下条件时，互补能源子系统向蓄电池满充电，即混合能源控制系统中设置储能单元定期(5～60天)定时满充电。互补能源子系统向蓄电池满充电的停止条件为：蓄电池电压达到一定值(例如，在通信基站供电系中设为55～56.5V个的某一值)并延时0～60min或互补能源子系统启动后达到最长运行时间。

下面介绍本发明的混合能源供电方法。

首先说明本发明的混合能源供电系统的配置。本发明的太阳能子系统以当地的平均光照时间和负载的功耗为基准配置太阳能电池板数量，使得当太阳光照时间在平均光照时间的预定范围内时，配置的太阳能子系统能够满足负载24小时工作供电需求；储能单元备电时间为24小时减去平均光照时间，并提供一定比例(例如，1％～20％)的额外备用时间。以负载的平均功耗为基准配置互补能源子系统的输出功率，即互补能源子系统的输出功率主要考虑满足负载的功耗，不需要配置多余的功率用于储能单元充电。

图4示出本发明的基于太阳能的混合能源供电方法的一个实施例的流程图。

如图4所示，该混合能源供电方法包括：

步骤402，当太阳能子系统正常工作时，调度太阳能子系统向负载提供电能，并向储能单元充电。在白天正常光照条件下，太阳能子系统输出的电流可以为负载供电，并将剩余的电能传输到储能单元进行存储。

步骤404，当太阳能子系统不能正常工作时，调度储能单元向负载提供电能。例如，当检测到太阳能子系统输出的电流值小于预定值，不能为负载提供充足的电能时，调度储能单元为负载提供电能，该预定值可以是负载正常工作需要的电流值。

步骤406，当储能单元的放电容量低于预定值时，启动互补能源子系统为负载提供电能；当互补能源子系统为负载提供电能时，互补能源子系统基本不向储能单元提供电能。在储能单元为负载提供电能的过程中，检测储能单元输出的电压值，根据储能单元输出的电压值确定储能单元的当前放电容量，当确定储能单元的容量状态低于预定值(例如，20％～40％)时，启动互补能源子系统为负载提供电能。

如图5所示，在步骤502，太阳能子系统向负载和储能单元提供电能。当白天光照条件满足时，太阳能子系统正常工作，混合能源供电系统调度太阳能子系统为负载提供电能，并为储能单元提供电能。

在步骤504，判断太阳能子系统是否仍然满足工作条件，如果仍然满足，则继续由太阳能子系统为负载提供电能(步骤502)，如果不满足，则执行步骤506。例如，判断太阳能子系统输出的电流是否大于负载工作需要的电流值，如果大于，则判定太阳能子系统仍然满足工作条件，否则，判定太阳能子系统不满足工作条件。

在步骤506，调度储能单元为负载提供电能。如果太阳能子系统不能为负载提供充足的电能，则混合能源供电系统调度储能单元为负载提供电能。此时也可能由太阳能子系统和储能单元共同为负载提供电能。

在步骤508，判断太阳能子系统是否已经满足工作条件，如果满足，则由太阳能子系统为负载提供电能(步骤502)，储能单元停止为负载提供电能，如果不满足，则执行步骤510。例如，采用和步骤504中相同的判断标准判断太阳能子系统是否已经满足工作条件。

在步骤510，判断储能单元的放电容量是否低于预定值，如果否，则仍然由储能单元为负载提供电能(步骤506)，否则，执行步骤512。例如，通过检测储能单元输出的电压值，确定储能单元的放电容量，如果储能单元的容量状态低于总容量的20％～40％，则执行步骤512。

在步骤512，启动互补能源子系统为负载提供电能，互补能源子系统在为负载提供电能时，不或者基本不向储能单元提供电能。此时，储能单元将不再为负载提供电能，而是由互补能源子系统单独(例如，晚上或者阴雨天)、或者互补能源子系统与太阳能子系统两者(例如，当白天太阳光照不足时)为负载提供电能。

在步骤514，判断太阳能子系统是否已经满足工作条件，如果满足，则由太阳能子系统为负载提供电能(步骤502)，互补能源子系统提供为负载提供电能，如果不满足，则继续由互补能源子系统为负载提供电能(步骤512)。

需要指出，在本发明的一些实施例中，储能单元与负载并联，当太阳能子系统不能为负载提供电能时，自动转换为由储能单元向负载提供电能，步骤504和步骤508将被省略。

根据本发明的混合能源供电方法的一个实施例，当太阳能子系统输出的电流值大于负载工作需要的电流值且延迟0～60min，调度互补能源子系统停止为负载提供电能，改由太阳能子系统为负载提供电能；或者当储能单元的容量值30～70％SOC时，停止互补能源子系统为负载提供电能，由储能单元为负载提供电能。

根据本发明的混合能源供电方法的一个实施例，互补能源子系统还定期执行向储能单元满充电操作，从而延长储能单元的寿命。当储能单元电压达到预定值且延时0～60min时、或者当互补能源子系统启动达到最长运行时间时，互补能源子系统停止向储能单元满充电操作。

根据本发明的混合能源供电方法的一个实施例，还通过风机子系统向负载供电。混合能源控制子系统统一调度风机子系统和太阳能子系统的输出功率，为负载提供电能。当风机子系统正常工作时，调度风机子系统向负载提供电能，并向储能单元充电。

通过本发明的上述混合能源供电方法，在白天光照条件下由太阳能子系统向负载供电，并向储能单元充电，夜间储能单元放电供负载工作，如此循环工作。当出现阴雨天时，蓄电池放电至低容量值时，混合能源供电系统启动互补能源子系统向负载供电，负载一直由互补能源子系统供电直到系统检测到关闭互补能源子系统的条件之一时，执行关闭互补能源系统，此时负载供电切换成由太阳能供电且同时多余的电流直接向储能单元储存起来。

下面介绍本发明的系统和方法的几个应用例。

应用例一：

假设200W平均负载，当地12个月均光照时间分别为：5.92h、6.01h、5.76h、5.18h、4.42h、4.17h、4.35h、4.761h、5.33h、5.74h、5.81h、5.71h。根据月均光照时间获得平均光照时间。选用6块额定功率为180W的太阳能电池板和200W的直接甲醇燃料电池系统，100Ah的锂电池作为储能单元，以及额定电流为20A的混合能源控制子系统作为混合能源控制平台，设定直接甲醇燃料电池系统启动的蓄电池容量值为30％SOC和直接甲醇燃料电池系统停止时太阳能输出电流值为6A为启动停止判断标准，即可形成通信基站新型太阳能供电系统解决方案。

应用例二：

假设500W平均负载，当地12个月均光照时间分别为：5.92h、6.01h、5.76h、5.18h、4.42h、4.17h、4.35h、4.761h、5.33h、5.74h、5.81h、5.71h。选用18块额定功率为180W的太阳能电池板和600W的质子交换膜氢燃料电池系统，250Ah的镍镉电池作为储能单元，以及额定电流为20A的混合能源控制子系统作为混合能源控制平台，设定质子交换膜氢燃料电池系统启动的蓄电池容量值为30％SOC和质子交换膜氢燃料电池系统停止时蓄电池容量值为70％SOC为停止判断标准，即可形成通信基站新型太阳能供电系统解决方案。

应用例三：

假设800W平均负载，当地12个月均光照时间分别为：5.62h、6.01h、5.76h、5.18h、4.32h、4.17h、4.35h、4.761h、4.2h、5.74h、5.81h、5.71h。选用28块额定功率为180W的太阳能电池板和1000W的小型汽柴油发电机系统，400Ah的阀控铅酸蓄电池作为储能单元，以及额定电流50A的混合能源控制子系统作为混合能源控制平台，设定小型柴油发电机启动的蓄电池容量值为20％SOC，小型柴油发电机停止时蓄电池容量值为50％SOC为停止判断标准，即可形成通信基站新型太阳能供电系统解决方案。

应用例四：

假设800W平均负载，当地12个月均光照时间分别为：5.62h、6.01h、5.76h、5.18h、4.32h、4.17h、4.35h、4.761h、4.2h、5.74h、5.81h、5.71h。选用28块额定功率为180W的太阳能电池板和1000W的燃料电池系统，420Ah的富液式电池作为储能单元，以及额定电流50A的混合能源控制系统作为混合能源控制平台，设定质子交换膜氢燃料电池系统启动的蓄电池容量值为20％SOC和质子交换膜氢燃料电池系统停止时太阳能输出20A电流值为停止判断标准，即可形成通信基站新型太阳能供电系统解决方案。

应用例五：

假设1500W平均负载，当地12个月均光照时间分别为：5.62h、6.01h、5.76h、5.18h、4.32h、4.17h、4.35h、4.761h、4.2h、5.74h、5.81h、5.71h。选用54块额定功率为180W的太阳能电池板和1800W质子交换膜氢燃料电池系统，400Ah的阀控铅酸蓄电池两组作为储能单元，以及额定电流50A的混合能源控制系统作为混合能源控制平台，设质子交换膜氢燃料电池启动的蓄电池容量值为40％SOC和质子交换膜氢燃料电池系统停止时太阳能输出35A电流值为停止判断标准，即可形成通信基站新型太阳能供电系统解决方案。

应用例六：

假设1500W平均负载，当地12个月均光照时间分别为：5.62h、6.01h、5.76h、5.18h、4.32h、4.17h、4.35h、4.761h、4.2h、5.74h、5.81h、5.71h。选用54块额定功率为180W的太阳能电池板和1800W的固体氧化物燃料电池系统，420Ah的富液式电池两组作为储能单元，以及额定电流50A的混合能源控制系统作为混合能源控制平台，设固体氧化物燃料电池系统启动的蓄电池容量值为20％SOC和燃料电池系统停止时蓄电池容量值为50％SOC为停止判断标准，即可形成通信基站新型太阳能供电系统解决方案。

本领域的技术人员可以理解，本发明的解决方案不仅仅可以应用在通信基站应用场景，而且可以应用于有高可靠性持续不间断新能源供电要求的信号指示灯、路灯等应用环境中。

本发明提出的太阳能供电系统解决方案，在依靠气象条件供电的太阳能能源中配置互补能源系统提高解决方案的可靠性并降低成本，与传统纯太阳能系统或风光互补能源解决方案相比，减少了太阳能电池板配置数量和蓄电池备用容量，从而降低供电系统的初期投资成本；和基于太阳能的光油混合供电系统解决方案相比，互补能源子系统仅仅在阴雨天时启动以维持负载供电，启动过程不向储能单元大电流充电，将储能单元由备用工作模式转变为循环模式，最大化利用太阳能发出电，降低燃油消耗，提高了解决方案的能效值。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种基于太阳能的混合能源供电系统，其特征在于，包括：

太阳能子系统，用于将太阳能转换为电能，为负载和储能单元提供电能；

所述储能单元，用于储存电能，为所述负载提供备用电能；

互补能源子系统，用于当所述储能单元容量不足时为所述负载提供电能；

混合能源控制子系统，用于当所述太阳能子系统正常工作时，调度所述太阳能子系统为所述负载和所述储能单元提供电能；当所述太阳能子系统不能正常工作时，调度所述储能单元为所述负载提供电能；当确定所述储能单元的放电容量低于预定值时，调度所述互补能源子系统为所述负载提供电能，当所述互补能源子系统为所述负载提供电能时，基本不向所述储能单元提供电能；当所述太阳能子系统恢复正常工作时，停止所述互补能源子系统为所述负载提供电能。

2.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述太阳能子系统以当地的平均光照时间和负载的平均功耗为基准配置太阳能电池板数量，使得当太阳光照时间在平均光照时间的预定范围以上时，配置的太阳能子系统能够满足负载24小时工作供电需求；所述储能单元备电时间为24小时减去平均光照时间，并提供一定比例的额外备用时间。

3.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述当确定所述储能单元的放电容量低于预定值时，调度所述互补能源子系统为所述负载提供电能中的预定值为所述储能单元总容量的20％～40％中的一个值。

4.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，当满足如下条件时，所述混合能源控制子系统调度所述互补能源子系统停止为所述负载提供电能：所述太阳能子系统输出的电流值大于负载工作需要的电流值且延迟0～60min，或者储能单元的容量状态达到总容量值30～70％SOC。

5.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述混合能源控制子系统包括：

太阳能输入接口，用于接收所述太阳能子系统的电功率输入；

互补能源输入接口，用于接收所述互补能源子系统的电功率输入；

配电单元，用于对通过所述太阳能输入接口和所述互补能源输入接口接收的电功率输入进行统一配电，输出到DC/DC功率变换器；

能源调度控制单元，用于实现太阳能子系统、互补能源系统和储能单元的自动切换供电调度控制管理；

功率变换器，用于对来自所述配电单元和所述储能单元的电能变压后输出到负载，为负载提供电能。

6.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，

在所述混合能源控制子系统中设置所述储能单元定期定时满充电；所述混合能源控制子系统调度所述互补能源子系统定期向所述储能单元满充电；

当满足如下条件时，所述混合能源控制子系统调度所述互补能源子系统停止向所述储能单元满充电：

所述储能单元电压达到预定值并延时0～60min或者所述互补能源子系统启动最长运行时间到。

7.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，还包括风机子系统，用于将风能转换为电能，为所述负载和储能单元提供电能；

所述混合能源控制子系统统一调度所述太阳能子系统和所述风机子系统输出的电能，为负载和所述储能单元提供电能。

8.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述互补能源子系统为燃料电池、汽油发电机或者小型柴油发电机。

9.根据权利要求8所述混合能源供电系统，其特征在于，所述燃料电池为质子交换膜氢燃料电池系统、直接甲醇燃料电池系统或固体氧化物燃料电池系统

10.根据权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述储能单元为镍镉电池、镍氢电池、阀控铅酸蓄电池、锂电池、或富液式电池。

11.一种基于太阳能的混合能源供电方法，其特征在于，包括：

当太阳能子系统正常工作时，调度所述太阳能子系统向负载提供电能，并向储能单元充电；

当所述太阳能子系统不能正常工作时，调度所述储能单元向所述负载提供电能；

当所述储能系统的放电容量低于预定值时，启动互补能源子系统为所述负载提供电能；当所述互补能源子系统为所述负载提供电能时，所述互补能源子系统基本不向所述储能单元提供电能；

当所述太阳能子系统恢复正常工作时，停止所述互补能源子系统为所述负载提供电能；

12.根据权利要求11所述的混合能源供电方法，其特征在于，所述太阳能子系统以当地的平均光照时间和负载的平均功耗为基准配置太阳能电池板数量，使得当太阳光照时间在平均光照时间的预定范围以上时，配置的太阳能子系统能够满足负载24小时工作供电需求；所述储能单元备电时间为11小时减去平均光照时间，并提供一定比例的额外备用时间。

13.根据权利要求11所述的混合能源供电方法，其特征在于，所述储能单元的放电容量的预定值为所述储能单元总容量的20％～40％中的一个值。

14.根据权利要求11所述的混合能源供电方法，其特征在于，还包括：

当所述太阳能子系统输出的电流值大于负载工作需要的电流值、且延迟0～60min，或者储能单元的放电容量达到总容量值30～70％SOC时，调度所述互补能源子系统停止为所述负载提供电能。

15.根据权利要求13所述的混合能源供电方法，其特征在于，还包括：

当所述储能单元电压达到预定值且延时0～60min时、或者当所述互补能源子系统启动达到最长运行时间时，所述互补能源子系统停止向所述储能单元满充电。