CN102780244A - 户用光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种户用光伏发电系统，该系统与常规系统相比大大延长了有效光照时间和电池组的寿命，达到了最大限度地利用太阳能量的目的。本发明设有避雷措施保护整个系统，还采用东西自跟踪太阳运动并自动切换交流、直流逆变供电；在达不到有效光照时交直流自动线性叠加，充分利用太阳能，给蓄电池组充电。系统采用双输入交、直流叠加技术，以克服常规光伏转换直流与电网交流叠加的相位调整及高次谐波消除的难题。本发明可以解决家庭常规用电需求，系统结构简单，使用更精确，具有稳定性高，安装方便，操作简单，便于拆卸移动等优点，特别适用于远离电网的区域或限电地区或者分散居住的乡村的日常供电。

Description

户用光伏发电系统
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，特别涉及一种户用光伏发电系统。
背景技术
太阳能作为一种新能源，取之不尽，用之不竭，同时由于太阳能是一种洁净的能源，在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡，绝对不会造成污染和公害，因此在高倡环保的今天，广为被人们所青睐。太阳能发电是一种常见的太阳能利用方式，现行的太阳能发电都采用大规模的发电站进行太阳能发电，大规模的太阳能发电站由于其规模大、成本高、占地面积大，只适用于公共用电发电，而不适用于普通家庭使用。而对于普通家庭来说，电费开支也成为其中不可省略的部分，对于部分家庭而言，更是成为了沉重的负担。特别是某些地广人稀的地方，由于公共资源还欠发达，很多地方都没有公共电力设施进行供电，因此根本无法使用电视、洗衣机、冰箱、电饭煲等现代流行、方便的家用电器，极大地限制了人们生活质量的提高。因此，寻找可以替代的可再生能源，减少常规能源的消耗，成为了人们一直渴望解决而尚未得到有效解决的难题。针对上述不足，急需一种家用电器的供电系统，使其成本低廉，并且便于携带、易搬运，以解决上述人们的生活难题。目前太阳能光伏发电所遇到的关键问题是如何高效的采集和利用太阳能，光伏电池产生的直流电经逆变而成的交流电与电网电压的相位不同，如何进行调节，并且逆变后的交流电如何消除高次谐波，以免带给电网污染，以上问题使得两种交流电源很难叠加使用。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种具有稳定性高，安装方便，操作简单，便于拆卸移动的户用光伏发电系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种户用光伏发电系统，包括太阳能电池组件、充放电控制器、蓄电池组、逆变器、配电箱和组装式支架，其特征是：太阳能电池组件由组装式支架安装在用户室外或屋顶空旷无遮挡处，在组装式支架顶端设置有避雷针，避雷针连接地线；太阳能电池组件连接充放电控制器，充放电控制器、与充放电控制器连接的蓄电池组和与充放电控制器连接的逆变器置于配电箱内放置在用户室内，逆变器连接交流负载，充放电控制器连接直流负载。
组装式支架上固定有太阳能跟踪器，其保持与水平面垂直，太阳能跟踪器连接减速电机，减速电机连接设置在组装式支架上的水平驱动器。
所述的充放电控制器连接交直流控制器，交直流控制器中包含自补偿控制电路和单片机，交直流控制器的输入端接太阳能电池组，输出端接充放电控制器。
本发明主要解决了以下技术难题：
1、本发明的户用光伏发电系统设有跟踪传动装置以驱动电机和减速齿轮组成的减速电机为传动核心，由太阳能跟踪器控制方位转角，补偿电池模块和太阳光线的偏离角度，自东向西跟踪太阳运动，以追求最大光辐射正射面积，尽可能多的接受太阳能量，并在夜间自动归位。太阳总日照量与纬度略有关系，随纬度的增加而减小，跟踪比不跟踪得到的日照量将增加30%以上，所以本系统选择东西跟踪，以提高太阳能电池组的发电能力。太阳能电池板与光源跟踪传感器固定在组装式支架上，保持与水平面垂直，并设有避雷措施保护整个系统。根据各种气候条件，以太阳能跟踪器为控制核心调整工作状态，根据光照强度使用东西自跟踪技术，以节约晶硅用量，降低发电成本。
2、本发明的户用光伏发电系统通过交直流控制器自动切换供电电源，并在光照强度不足时开启交流输入，以补偿蓄电池组的充电阀值，延长有效日照时间，最大限度地利用太阳能提高系统的转换效率。系统采用多个电性能一致的光电池组成模块，以MCU为控制核心，通过可靠的光敏传感系统，利用内建的自寻优规则，东西自跟踪太阳运动并自动切换交流、直流逆变供电；在达不到有效光照时交直流自动线性叠加，充分利用太阳能，给蓄电池组充电。为得到高品质输出电源，利用单片机的多路PWM发生器，实现逆变准正弦波输出。系统采用双输入交、直流叠加技术，以克服常规光伏转换直流与电网交流叠加的相位调整及高次谐波消除的难题，在太阳能与电能相互补充、结合利用中一直存在着以下问题：光伏电池产生的直流电经逆变而成的交流电与电网电压的相位不同，如何进行调节，并且逆变后的交流电如何消除高次谐波，以免带给电网污染，以上问题使得两种交流电源很难叠加使用，为此，在系统中将电网交流电先经整流滤波转换成直流电，补偿光电池组的低压直流电，叠加后给蓄电池进行充电，并在蓄电池放电阶段，当电压下降至过放电压时，单片机自动切断输出，逆变器停止工作，电网电压开始供电，由单片机的软件和硬件的互锁功能来保证以上供电的唯一性，以有效解决太阳能、电能的互补难题。
 系统的逆变部分采用闭环调节脉宽调制PWM电路，系统采用自适应控制解决由于负载数学模型未知而产生波形畸变的问题，由MCU产生PWM控制信号，设定上、下桥臂之间的死区时间，实时检测交流输出电压，以实现准正弦波。逆变电源的功率器件选择 MOSFET，以具有较低的通态压降和较高的开关频率。并且由于系统的隔离作用，使得输出的准正弦波完全与电网隔离，避免高次谐波对电网的影响。
本发明的有益效果是：本发明可以解决家庭常规用电需求，系统结构简单，使用更精确，具有稳定性高，安装方便，操作简单，便于拆卸移动等优点，特别适用于远离电网的区域或限电地区或者分散居住的乡村的日常供电。该系统与常规系统相比大大延长了有效光照时间和电池组的寿命，在光照正常的条件下，常规充电装置为了克服充电阀值，有效采光时间只有3-4小时，而使用本装置可以8小时采光充电，并且严格限制电池的放电深度＜80%，达到了最大限度地利用太阳能量的目的。本发明设有避雷措施保护整个系统。系统采用东西自跟踪太阳运动并自动切换交流、直流逆变供电；在达不到有效光照时交直流自动线性叠加，充分利用太阳能，给蓄电池组充电。为得到高品质输出电源，利用单片机的多路PWM发生器，实现逆变准正弦波输出。系统采用双输入交、直流叠加技术，以克服常规光伏转换直流与电网交流叠加的相位调整及高次谐波消除的难题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明的自动跟踪系统原理图；
附图3为本发明的交流直流控制系统的结构框图；
图中，1太阳能电池组件，2控制器，3蓄电池组，4逆变器，5配电箱，6支架，7避雷针，8接地线，9太阳能跟踪器，10减速电机，11水平驱动器，12交直流控制器。
具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例为一种户用光伏发电系统，包括太阳能电池组件1、充放电控制器2、蓄电池组3、逆变器4、配电箱5和组装式支架6，其特征是：太阳能电池组件1由组装式支架6安装在用户室外或屋顶空旷无遮挡处，在组装式支架6顶端设置有避雷针7，避雷针7连接地线8；太阳能电池组件1连接充放电控制器2，充放电控制器2、与充放电控制器2连接的蓄电池组3和与充放电控制器2连接的逆变器4置于配电箱5内放置在用户室内，逆变器4连接交流负载，充放电控制器2连接直流负载。组装式支架6上固定有太阳能跟踪器9，其保持与水平面垂直， 太阳能跟踪器9连接减速电机10，减速电机10连接设置在组装式支架6上的水平驱动器11。所述的充放电控制器2连接交直流控制器12，交直流控制器12中包含自补偿控制电路和单片机，交直流控制器12的输入端接太阳能电池组1，输出端接充放电控制器2。
本发明支架上设有避雷针7可有效保护整个系统。在支架上固定有太阳能跟踪器9，由太阳能跟踪器9控制减速电机10，驱动水平驱动器11控制支架6的方位转角。该跟踪传动装置以减速电机10为传动核心，由太阳能跟踪器9控制方位转角，补偿电池模块和太阳光线的偏离角度，自东向西跟踪太阳运动，以追求最大光辐射正射面积，尽可能多的接受太阳能量，并在夜间自动归位，根据各种气候条件，以太阳能跟踪器9为控制核心调整工作状态，根据光照强度使用东西自跟踪技术，以节约晶硅用量，降低发电成本。本发明的通过交直流控制器12自动切换供电电源，并在光照强度不足时开启交流输入，以补偿蓄电池组3的充电阀值，延长有效日照时间，最大限度地利用太阳能提高系统的转换效率。系统采用多个电性能一致的光电池组成模块，以MCU为控制核心，通过可靠的光敏传感系统，利用内建的自寻优规则，东西自跟踪太阳运动并自动切换交流、直流逆变供电；在达不到有效光照时交直流自动线性叠加，充分利用太阳能，给蓄电池组3充电。为得到高品质输出电源，利用单片机的多路PWM发生器，实现逆变准正弦波输出。系统采用双输入交、直流叠加技术，以克服常规光伏转换直流与电网交流叠加的相位调整及高次谐波消除的难题，在系统中将电网交流电先经整流滤波转换成直流电，补偿光电池组的低压直流电，叠加后给蓄电池组3进行充电，并在蓄电池组3放电阶段，当电压下降至过放电压时，单片机自动切断输出，逆变器4停止工作，电网电压开始供电，由单片机的软件和硬件的互锁功能来保证以上供电的唯一性，以有效解决太阳能、电能的互补难题。系统的逆变部分采用闭环调节脉宽调制PWM电路，系统采用自适应控制解决由于负载数学模型未知而产生波形畸变的问题，由MCU产生PWM控制信号，设定上、下桥臂之间的死区时间，实时检测交流输出电压，以实现准正弦波。逆变电源的功率器件选择 MOSFET，以具有较低的通态压降和较高的开关频率。并且由于系统的隔离作用，使得输出的准正弦波完全与电网隔离，避免高次谐波对电网的影响。

Claims (3)

1.一种户用光伏发电系统，包括太阳能电池组件（1）、充放电控制器（2）、蓄电池组（3）、逆变器（4）、配电箱（5）和组装式支架（6），其特征是：太阳能电池组件（1）由组装式支架（6）安装在用户室外或屋顶空旷无遮挡处，在组装式支架（6）顶端设置有避雷针（7），避雷针（7）连接地线（8）；太阳能电池组件（1）连接充放电控制器（2），充放电控制器（2）、与充放电控制器（2）连接的蓄电池组（3）和与充放电控制器（2）连接的逆变器（4）置于配电箱（5）内放置在用户室内，逆变器（4）连接交流负载，充放电控制器（2）连接直流负载。
2.根据权利要求1所述的户用光伏发电系统其特征是：组装式支架（6）上固定有太阳能跟踪器（9），其保持与水平面垂直，太阳能跟踪器（9）连接减速电机（10），减速电机（10）连接设置在组装式支架（6）上的水平驱动器（11）。
3.根据权利要求1所述的户用光伏发电系统，其特征是：所述的充放电控制器（2）连接交直流控制器（12），交直流控制器（12）中包含自补偿控制电路和单片机，交直流控制器（12）的输入端接太阳能电池组（1），输出端接充放电控制器（2）。
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