CN102201679A - 太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法，该方法包括在包括太阳能电池板，电容器，直流/直流转换器，蓄电池，半导体开关，控制电路的太阳能发电系统中的太阳能电池板与一个或多个蓄电池的电路间连接一个直流/直流转换器，由一微处理器操纵直流/直流转换器及半导体开关((7)与(7a))来控制蓄电池的充放电、操纵半导体开关((2)与(2a))来控制电容器的充放电。

Description

太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，涉及太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法。

背景技术

太阳能作为一种清洁的、没有任何污染的能源，以及太阳能发电做为动力供应主要来源之一的可能性，已日益引起人们关注。相关专家预测，到本世纪后期，太阳能发电将在世界电能结构中占据80％的位置。

然而，由于技术问题，迄今商业化的光伏发电装置/太阳能电池的价格太高、光电转换效率过底。在城市电力系统中，高昂的一次性投资成本无疑更为光伏发电装置/太阳能电池产品推广增加了难度，大规模开发和利用光伏太阳能发电，提高电池的光电转换效率和降低生产成本成为核心所在。因此，提高效率，降低成本，扩大规模成为现今开发、生产光伏发电装置/太阳能电池的主题。

太阳能独立发电系统一般包括太阳能电池板，蓄能元件，控制电路等。其中，蓄能元件如蓄电池的作用是能把有限的电能储存起来，在适当时候使用。蓄电池的工作原理是把化学能转化为电能。研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的。由此可见，蓄能元件充电和放电状况的好坏，将直接影响到蓄电池乃至整个太阳能发电系统的电性能、效率及使用寿命。

中国专利公开说明书CN200510134746.2公开了一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，采用充/停交替进行的方式进行充电，停止充电时消除了欧姆极化和电化学极化，浓差极化逐渐消除，当极化消除时，蓄电池端电压会降低，降低到规定值时，又重新充电，此时充电效率会大大增加，充电最高电压采取了温度补偿，即蓄电池温度升高则自动降低最高充电电压，蓄电池温度降低则自动升高最高充电电压。因此高温季节可以减少析气量，减少失水；低温季节又可以充电更足；大电流充电有利于形成更紧凑的正极活性物质骨架，对正极活性物质和表面的结构有良好影响；大电流充电形成的正极活性物质由于来不及生长从而形成活性物质的颗粒尺寸较小，活性物质之间的连接较紧凑，从而有利于循环寿命延长。

中国专利公开说明书CN200810058182.2公开了一种光伏系统控制充放电方法，该系统包括太阳电池组件，蓄电池，输入电子开关，控制器，输出电子开关，负载等部分。将太阳能光伏系统中的一组蓄电池，采用两组容量为1/2原系统蓄电池并联，太阳电池由充电控制器对两组电池进行脉冲方式充电，首先脉冲电流对一组电池充电，在脉冲的间歇期对另一组蓄电池充电，如此循环，则太阳电池的发电被100％利用，两组蓄电池又可以进行脉冲放电，形成智能化互补控制充放电。该法能改善蓄电池的使用维护条件，减轻酸雾对设施的腐蚀和对环境的污染，提高容量转换效率，两组蓄电池交替充放电，延长了蓄电池的使用寿命。

然而，这些公开的方法并不能最大限度地增强蓄电池的使用率，也不能最大限度地提高太阳能发电系统的发电能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法，以克服现有方法技术的不足。

本发明的显著优点是：本发明提供的方法简便，可使太阳能发电系统中蓄能元件充电出气量减少，充电彻底，又避免过充，延长蓄能元件使用寿命且使蓄电池极板不易弯曲而造成报废；还可以避免蓄电池充电后期充电电流过大而造成极板活性物质脱落和电能的损失，并最大限度地提高太阳能发电系统的发电能力。

本发明所涉及的太阳能发电系统包括太阳能电池板，电容器，直流/直流转换器，蓄电池，半导体开关，控制电路；

所涉及的蓄能元件包括蓄电池、电容器。

本发明所涉及的太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法为：在包括太阳能电池板，电容器，直流/直流转换器，蓄电池，半导体开关，控制电路的太阳能发电系统中的太阳能电池板与一个或多个蓄电池的电路间连接一个直流/直流转换器，由一微处理器操纵直流/直流转换器及半导体开关((2)与(2a))来控制蓄电池的充放电、操纵半导体开关((7)与(7a))来控制电容器的充放电；

其中，

蓄电池充电过程采用二期充电法，即：充电前期采用分段变电压间歇充电，各段分别予以最佳充电电压，获得绝大部分充电量；充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，充电后期采用的电压低于充电前期最后一段采用的电压；

蓄电池放电过程采用一期定压放电法；

蓄电池不能被充电时，由电容器接受太阳能电池板输电，电容器放电过程采用一期定压放电法。

这样，可以将蓄电池恢复至完全充电态并通过间歇停充，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然消除，以致减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒压充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量，也使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。

在本发明的充电方法实施过程中，可针对光伏发电系统所采用的蓄电池种类，在充电前期采用分段变电压间歇充电中采用电压逐增、电压逐减、电压交替减增或电压交替增减方式。

微处理器控制蓄电池充放电的方式包括适时转变充电以及间歇过程，通过实时控制充电间歇过程采集蓄电池端电压或系统电路中电容器端电压，当蓄电池达到预定的停充电压时，通过半导体开关停止对蓄电池充电，使充电过程在预定的时间内间歇，并再通过半导体开关调节蓄电池进入下一阶段的充电过程。

本发明中还涉及到在太阳能电池板与直流/直流转换器的电路间连接一个电容器并由微处理器控制、使其至少具有在蓄电池不能被充电时接受太阳能电池板输电的功能。电容器充电过程可以采用任一常规的充电法、放电过程采用一期定压充电法。

电容器最好采用高容量的电容器，如最近几年才兴起的超级电容器，其功率性能比蓄电池要好，充电速度快，不存在过放的问题，且寿命长，充放电可以达到数十万次，是一种绿色能源产品，并可焊接，因而不存在蓄电池那样的不牢固现象。

蓄电池包括铅酸蓄电池，镍氢蓄电池，锂离子电池，铁镍蓄电池，金属氧化物蓄电池，锌银蓄电池，镍镉电池，钠硫蓄电池，镍锌蓄电池，锌空气蓄电池和聚合物锂离子电池。电路中最好对蓄电池采取过充、过放、过流、过热、倒流保护。

半导体开关包括任一类型的电子开关、电力电子开关、控制开关和半导体开关。负载包括相关用电设备、并网逆变器、变压器和/或电网。

附图说明

附图是本发明所涉及的太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步说明本发明，但本发明并不限于在实施方式说明范围内。

如附图所示，本发明实施例中装置包括：太阳能电池板(1)，半导体开关(2)，半导体开关(2a)，直流/直流转换器(3)，电容器(4)，微处理器(5)，驱动和保护模块(6)，半导体开关(7)，半导体开关(7a)，蓄电池(8)，负载(9)。

实施方式

如附图所示，太阳光(未图示)从太阳能电池板(1)的表面射入，产生电能，由微处理器(5)指令半导体开关(2)导通电容器(4)与直流/直流转换器(3)之间电路，根据电压或其与电流反馈值计算比较等，以最佳化地进行太阳能电池板(1)的最大功率点追踪，并操纵直流/直流转换器(3)及半导体开关(7)按照设定的各段最佳充电电压，来控制蓄电池(8)的前期充电，按照设定的比前期最后一段电压低的电压，来控制蓄电池(8)的后期充电；操纵直流/直流转换器(3)及半导体开关(7a)按照一期定压放电法来控制蓄电池(8)的放电。

在蓄电池(8)被充满或不能被充电时，微处理器(5)获得信号，指令半导体开关(2)导通电容器(4)，使电容器(4)接受太阳能电池板(1)的输电而充电；或指令半导体开关(2a)按照一期定压放电法来控制电容器(4)放电。

Claims (5)

1.太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法，其特征在于：在包括太阳能电池板，电容器，直流/直流转换器，蓄电池，半导体开关，控制电路的太阳能发电系统中的太阳能电池板与一个或多个蓄电池的电路间连接一个直流/直流转换器，由一微处理器操纵直流/直流转换器及半导体开关((7)与(7a))来控制蓄电池的充放电、操纵半导体开关((2)与(2a))来控制电容器的充放电；其中，

蓄电池充电过程采用二期充电法，即：充电前期采用分段变电压间歇充电，各段分别予以充电电压，获得绝大部分充电量；充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，充电后期采用的电压低于充电前期最后一段采用的电压；

蓄电池放电过程采用一期定压放电法；

蓄电池不能被充电时，由电容器接受太阳能电池板输电，电容器放电过程采用一期定压放电法。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法，其特征在于：所述的蓄电池包括铅酸蓄电池，镍氢蓄电池，锂离子电池，铁镍蓄电池，金属氧化物蓄电池，锌银蓄电池，镍镉电池，钠硫蓄电池，镍锌蓄电池，锌空气蓄电池和聚合物锂离子电池。

3.根据权利要求1所述的太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法，其特征在于：所述的充电前期采用分段变电压间歇充电包括采用电压逐增、电压逐减、电压交替减增或电压交替增减方式。

4.根据权利要求1所述的太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法，其特征在于：所述的微处理器控制蓄电池充放电的方式包括适时转变充电以及间歇过程，通过实时控制充电间歇过程采集蓄电池端电压或系统电路中电容器端电压，当蓄电池达到预定的停充电压时，通过半导体开关停止对蓄电池充电，使充电过程在预定的时间内间歇，并再通过半导体开关调节蓄电池进入下一阶段的充电过程。

5.根据权利要求1所述的太阳能发电系统中蓄能元件的高效充放电方法，其特征在于：所述的电容器连接在太阳能电池板与直流/直流转换器的电路间，由微处理器控制并使电容器至少具有在蓄电池不能被充电时接受太阳能电池板输电的功能。

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