CN102324872B - 太阳能模块化集成的应用系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种太阳能模块化集成应用系统及其实现方法，太阳能电池组件的基础上增加多组不同的总线，不同功能的总线接口以及一个集成在太阳能电池组件背部的控制器。利用太阳能光伏转化所得的电能经由直供电源总线和恒压电源总线驱动自身集成的稳态或非稳态的应用模块，实现应用功能。本发明根据太阳能应用所要求的具体环境及规模，选用合适匹配的太阳能光伏电源，能在不同应用系统中实现应用模块与太阳能光伏电源相集成，提高了太阳能光伏电源的空间利用率，且通过直供线路和恒压线路供能，提升了太阳能应用系统的紧凑性、系统稳定性和易维护性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能应用方案，尤其涉及一种将应用系统模块化集成到太阳能发电组件上的系统设计方案。
背景技术
随着能源危机的日益临近，作为可再生能源中的一种，太阳能光伏应用已成为一种新兴的热门研究领域。但从已有的传统应用系统来看，主要是在构成应用系统的主要功能部件本身一体化集成太阳能光伏电源，以实现单一功能部件的应用需求。然而，这会造成太阳能综合应用的过度分散，各太阳能光伏电源的集中管理性差，也给应用系统的后期维护带来了巨大的麻烦。
特别地，从传统太阳能应用结构来看：针对单一功能部件集成太阳能光伏电源，极大地浪费了太阳能电池板本身空间的利用能效。在周知的太阳能光伏电池板结构上，除考虑散热的缘故，其背面接线盒以外往往具有很大的空间被闲置。这部分空间对于太阳能集成应用来说，是一个尚未填补的空白，使得太阳能应用长期局限在单一性的瓶颈之中。
传统太阳能电池组件背面结构如图1所示可见：周知的太阳能电池组件边框与太阳能电池组件背面之间存在一定的距离，而太阳能电池组件背面除接线盒11以外，背板12与背框13所围裹的腔体中有很大一部分空间被闲置浪费，降低了太阳能电池组件本身空间的利用能效。再如图2所示，传统的太阳能电池组件背面只有一连接输出电源的接线盒，用于为外部应用器件提供电能，除此之外没有其它任何功能，使得太阳能组件的应用潜力没有充分发挥。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种太阳能模块化集成应用系统及其实现方法，通过建立一种位于光伏组件背部结构内的模块化电能总线结构，为在组件背部结构中增加应用功能模块，实现多种一体化应用提供一种技术方法。填补太阳能大型系统应用中的部分应用模块有机地一体化集成在太阳能光伏组件上的空白，并在模块化集成的基础上，集中为全部应用模块供能，为应用系统的维护提供便利的解决方案。
本发明上述第一个目的，将通过以下技术方案得以实现：
太阳能模块化集成应用系统，基于太阳能电池组件构成，所述太阳能电池组件具有一体成型背板和背框，其特征在于：所述太阳能电池组件的背板上集成有与太阳能电池组件背部接线盒相连的直供电源总线，与直供电源总线相接的集成控制器，与集成控制器相接的控制总线和恒压电源总线，集成在直供电源总线上的一组对外非稳态电源调制接口和一组非稳态应用模块接口，以及集成在恒压电源总线上的一组对外恒压电源调制接口和一组稳态应用模块接口，一种以上稳态应用模块或非稳态应用模块一体集成于太阳能电池组件的背板上，并与相对应的应用模块接口相接。
优化的，所述太阳能电池组件在其背板上集成设有电池模块，所述电池模块连接至集成控制器输入端。
优化的，所述对外非稳态电源调制接口为带充电控制器、输出可控的充电接口，其中所述充电控制器具有用于识别相连接的电动车类型的采集单元。该对外非稳态电源调制接口设于背板或背框之上。
优化的，所述控制总线为以I2C，SPI，CAN，RS485，RS232，TTL，光纤，红外或Wifi为控制协议的总线。
本发明上述第二个目的，太阳能模块化集成应用的实现方法，在前述的集成应用系统基础上：太阳能电池组件的背部接线盒输出转化光能所得的非稳态电能至直供电源总线，通过直供电源总线将非稳态电能向非稳态应用模块接口供能，并输入至集成控制器调制成稳态电源，调制后的稳态电源通过恒压电源总线向稳态应用模块接口供能，将一种以上稳态应用模块或非稳态应用模块一体集成于太阳能电池组件的背板上，通过与之相对应的应用模块接口取能实现应用功能。
优化的，所述直供电源总线上集成有对外非稳态电源调制接口，所述恒压电源总线上集成有对外恒压电源调制接口，两种对外电源调制接口分别向外接的应用模块供能。
优化的，所述对外非稳态电源调制接口为带充电控制器的充电接口，通过充电控制器的采集单元识别相连接的电动车类型并匹配对应的输出充电功率，对电动车进行充电。
实施本发明的应用系统及其实现方法，根据应用的具体环境及规模，选用合适匹配的太阳能光伏电源，且通过对太阳能光伏电源背面空间的利用，能够大幅度提高太阳能光伏组件的应用价值，降低应用系统的成本，并且得到更加简洁和美观的效果，从而扩大光伏应用的市场，加快光伏能源的推广速度及提高其应用系统的紧凑、稳定和易维护性能。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1是传统太阳能电池组件背侧的外观立体示意图；
图2是传统太阳能电池组件背部结构的正视示意图；
图3是本发明太阳能模块化集成应用系统的总框示意图；
图4是本发明实施例一的应用系统模块结构示意图；
图5是本发明实施例二的应用系统模块结构示意图。
具体实施方式
如图3所示是本发明太阳能模块化集成应用系统的总框示意图。该应用系统模块化集成在太阳能电池组件之上。从图示可见，太阳能模块化集成应用的实现系统，基于太阳能电池组件集成搭建而成，该太阳能电池组件具有一体成型背板12和背框13。其特别之处在于该太阳能电池组件的背板上集成有与太阳能电池组件背部接线盒11相连的直供电源总线，与直供电源总线相接的集成控制器，与集成控制器相接的控制总线和恒压电源总线，集成在直供电源总线上的一组对外非稳态电源调制接口和一组非稳态应用模块接口，以及集成在恒压电源总线上的一组对外恒压电源调制接口和一组稳态应用模块接口，一种以上稳态应用模块或非稳态应用模块一体集成于太阳能电池组件的背板上，并与相对应的稳态或非稳态应用模块接口相接。
作为上述技术方案的进一步改进，该太阳能电池组件在其背板上集成设有电池模块，该电池模块连接至集成控制器输入端，用于存储PV组件转换的电能，并在太阳能电池组件（以下简称PV组件）没有输出时为恒压电源总线提供电能以及保证集成控制器的控制所需电能。由于本技术方案面向不同应用，在不需要保证恒压电源总线具有在PV无输出时的电源供给并且其控制器不需要在PV无输出时保证正常工作的情况下，不需要配置电池模块。
另一方面，该对外非稳态电源调制接口为带充电控制器、输出可控的充电接口，其中充电控制器具有用于识别相连接的电动车类型的采集单元。该对外非稳态电源调制接口设于背板或背框之上。
再者，所述的控制总线为以I2C，SPI，CAN，RS485，RS232，TTL，光纤，红外或Wifi为控制协议的总线，在某些应用中具备对整体的控制功能，在这种情况下将通过控制总线对需要控制的应用模块进行控制，此外，控制总线同样可作为外部系统对该模块化集成应用系统的监控端。
从图3所示的通用结构可见：采用本方案的PV模块化组件可以支持多种类型的应用模块，主要包括两种类型。
第一种为集成于PV组件背部接口中的直接应用模块，该类稳态或非稳态的应用模块在电路上根据其应用特点连接到不同的模块接口上，并可以根据其应用需要选择是否连接控制总线通过本方案的控制器控制。
第二种为向外部应用系统提供电力的电源控制模块，这些模块将分为两个部分，其中电源调制部分内置于PV组件背部结构中，并通过PV组件结构上设置的输出接口为外部应用电器供电，例如电动车。
同时通过与集成控制器相连的控制总线，还具备了一个用于与外部系统进行数据连接的管理接口。
从太阳能模块化集成应用的实现方法来看：在前述的集成应用系统基础上：太阳能电池组件的背部接线盒输出转化光能所得的非稳态电能至直供电源总线，通过直供电源总线将非稳态电能向非稳态应用模块接口供能，并输入至集成控制器调制成稳态电源，调制后的稳态电源通过恒压电源总线向稳态应用模块接口供能，将一种以上稳态应用模块或非稳态应用模块一体集成于太阳能电池组件的背板上，通过与之相对应的应用模块接口取能实现应用功能。
此外，直供电源总线上还集成有对外非稳态电源调制接口，恒压电源总线上还集成有对外恒压电源调制接口，两种对外电源调制接口分别向外接的应用模块供能。其中对外非稳态电源调制接口可以是带充电控制器的充电接口，通过充电控制器的采集单元识别相连接的电动车类型并匹配对应的输出充电功率，对电动车进行充电。
实施例一：
如图4所示，是本发明太阳能模块化庭院应用实施例的模块化结构示意图。从图示可见，该庭院应用系统由于作为用电器的都是额定电压和功率相对较低的功能耗电单元，包括增氧泵、庭院照明、庭院安防、电子除虫及景观照明等，因此选用的是65V，100W的太阳能光伏电源，即可满足整个庭院的用电所需。其中照明模块、安防模块级及电子除虫模块均安装或内嵌于PV组件背板上，充分利用了PV组件本身的空间。
具体来看：该太阳能光伏电源的输出端默认输出连接一路65V的PV直供线路以及一路通过恒压控制器外联的恒压输出线路，其中该PV直供线路一侧引出用于给电动自行车充电的48V电动车充电接口（此处充电控制器省略，未予图示）。并且，在庭院应用的其它部分，上述PV直供线路一方面连至额定电压12V的恒压控制器，并与10×3 AA镍氢电池阵列模块共同作为能源输入，经恒流控制器调制输出为恒压线路，应用于一些具有特殊恒压要求的用电装置（庭院照明、庭院安防、电子除虫等）上，该些用电装置均集成安装于太阳能电池组件之上。同时从该恒压线路上，也可以引出一12V电源输出接口，用于提供庭院的景观照明及应急电源。另一方面，该PV直供线路同时连接了内置于PV组件内部的水池增氧泵控制模块，该模块具备一个输出接口连至增氧泵接口，为水池持续增氧提供能源支持。
上述的三个输出接口（48V电动车充电接口、12V输出接口、增氧泵接口）均设置于组件侧面边框或背板上。
实施例二：
如图5所示，是本发明太阳能模块化电动公共交通应用实施例的模块化结构图。从图式可见：该公共电动车充电及路灯系统由于作为用电器的都是额定电压和功率相对较高的功能耗电单元，如机动车充电接口或需要直供线路应用模块供能的其它器件，因此需要选用65V，200W 7WLED的太阳能光伏电源，方能满足整个公共交通管理应用的用电所需。
具体来看：该太阳能光伏电源的默认输出也是一路PV直供线路以及一路通过恒压控制器外联的恒压输出线路，其中该PV直供线路一侧分别引出用于给电动车（其一可以是电动公交）充电接口（此处充电控制器予以图示，且其性能决定着电动公交充电的速度和负载量）以及一个PV直供输出接口。同时，该PV直供线路也可以直接加载两个或多个直供线路应用模块。另一方面在恒压输出线路上，该太阳能电池组件上还可以进一步集成有路灯装置、交通指示牌或交通灯装置中当一种或几种组合。此种一体化集成当太阳能路灯、太阳能指示牌或太阳能交通灯装置，能在保持应用系统原始功能及装置外观布局基本不变的情况下，合理应用太阳能供能。
通过以上两个实施例介绍，可见本发明提供了太阳能模块化集成并扩大应用规模的可行方案。选用合适匹配的太阳能光伏电源，能在各种应用环境中实现太阳能面向多个功能装置的合理供能，为太阳能应用设计规模的大型化提供了可行的方案，具有突出的实质性特点和显著的进步性。
综上结合实施例及其附图的详细描述，旨在加深对本发明创新实质的理解，并非以此限制本发明的权利要求保护范围和多元化的实施方式。
Claims (8)
1.太阳能模块化集成应用系统，基于太阳能电池组件构成，所述太阳能电池组件具有一体成型背板和背框，其特征在于：所述太阳能电池组件的背板上集成有与太阳能电池组件背部接线盒相连的直供电源总线，与直供电源总线相接的集成控制器，与集成控制器相接的控制总线和恒压电源总线，集成在直供电源总线上的一组对外非稳态电源调制接口和一组非稳态应用模块接口，以及集成在恒压电源总线上的一组对外恒压电源调制接口和一组稳态应用模块接口，一种以上稳态应用模块或非稳态应用模块一体集成于太阳能电池组件的背板上，并与相对应的应用模块接口相接。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块化集成应用系统，其特征在于：所述太阳能电池组件在其背板上集成设有电池模块，所述电池模块连接至集成控制器输入端。
3.根据权利要求1所述的太阳能模块化集成应用系统，其特征在于：所述对外非稳态电源调制接口为带充电控制器、输出可控的充电接口，其中所述充电控制器具有用于识别相连接的电动车类型的采集单元。
4.根据权利要求1或3所述的太阳能模块化集成应用系统，其特征在于：所述对外非稳态电源调制接口设于背板或背框之上。
5.根据权利要求1所述的太阳能模块化集成应用系统，其特征在于：所述控制总线为以I2C，SPI，CAN，RS485，RS232，TTL，光纤，红外或Wifi为控制协议的总线。
6.太阳能模块化集成应用的实现方法，其特征在于在权利要求1所述的集成应用系统基础上：太阳能电池组件的背部接线盒输出转化光能所得的非稳态电能至直供电源总线，通过直供电源总线将非稳态电能向非稳态应用模块接口供能，并输入至集成控制器调制成稳态电源，调制后的稳态电源通过恒压电源总线向稳态应用模块接口供能，将一种以上稳态应用模块或非稳态应用模块一体集成于太阳能电池组件的背板上，通过与之相对应的应用模块接口取能实现应用功能。
7.根据权利要求6所述的太阳能模块化集成应用的实现方法，其特征在于：所述直供电源总线上集成有对外非稳态电源调制接口，所述恒压电源总线上集成有对外恒压电源调制接口，两种对外电源调制接口分别向外接的应用模块供能。
8.根据权利要求6所述的太阳能模块化集成应用的实现方法，其特征在于：所述对外非稳态电源调制接口为带充电控制器的充电接口，通过充电控制器的采集单元识别相连接的电动车类型并匹配对应的输出充电功率，对电动车进行充电。
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