CN103197721B - 一种离网太阳能光伏智能化小型供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离网太阳能光伏智能化小型供电系统，其结构包括太阳能光伏电池板、第一逆变器、第二逆变器、第一测量仪表、第二测量仪表、第一继电器、第二继电器、整流器、控制器和控制计算机等部分。本发明为光伏智能化家庭小型供电系统，应用太阳能光伏电池板、逆变器、整流器、蓄电池、测量仪表、控制计算机和控制器等组成的最佳控制系统，形成光伏智能化小型供电系统，为军事、民用、通讯、独立办公、纯电动汽车等提供独立供电系统。本发明应用范围广，实用价值高，市场前景广阔。

Description

一种离网太阳能光伏智能化小型供电系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电系统，具体地说是一种离网太阳能光伏智能化小型供电系统。

背景技术

光伏能源已成为最具有发展潜力的清洁可再生能源，因此世界各国对于光伏发电的研究开发已经上升到战略高度。光伏系统可以在野外为无电或缺电场合提供电源，主要为民用和军用提供电力，也可应用到生活、生产、自然灾害应急、军事等多种领域，是应用领域中非常广泛的供电系统，也是环保、可持续发展、使用价值高的新技术、新产品，具有非常好的发展前景。

表现出光伏能源产业研发系统中一些关键器件组成新的系统，光伏系统中的关键技术也是光伏产业链中的瓶颈，光伏太阳能电池板（Solar Panel）生产已经过剩，研究重点转到应用领域是目前光伏技术发展的一个重要关键环节，当然也包括光伏系统中的关键部件的研究，如逆变器、侧量单元、控制器、整流器和储存电池等。

光伏供电系统具有广阔的市场和研发空间，尤其是离网式光伏智能化小型独立供电系统，可以为野外供电系统、住宅或办公照明、军用装备、装甲车辆的启动电源、移动通讯设备、电动汽车充电站、家用电器和计算机等提供电力能源。

世界较大的光伏企业重点在于光伏太阳能板的制造，利润较大，设备先进，形成产业能，重点领域在于开发太阳能光伏板，建立大型电站。然而中小企业不是拼设备、拼资金、拼产量，而是应用光伏电池板做成工作系统，开拓新的应用领域和研发空间，重点在于如何应用太阳能光伏技术形成小型供电系统，为家庭和小型办公系统提供独立电源。这在光伏应用领域上是处于领先的研究课题，而且市场前景非常广阔，也有研发空间。

现有光伏电池板的安装一般为固定式，其优点是安装简单，使用可靠，缺点是不能充分应用太阳能光照，光电转换效率较低；一般光伏电池板，两块以上统一配一个大功率逆变器，这样只要逆变器运行有问题，所有供电系统就要断电；而且，如果一块电池板出现故障，也不易检查确认是那一块出现问题，因此系统的运行可靠较差。

发明内容

本发明的目的就是提供一种离网太阳能光伏智能化小型供电系统，以解决现有光伏电池板不能充分应用太阳能光照、光电转换效率较低和系统运行可靠差的问题。

本发明是这样实现的：一种离网太阳能光伏智能化小型供电系统，包括：

太阳能光伏电池板，与第一逆变器相接，用于将太阳能转变成电能；

第一逆变器，分别与所述太阳能光伏电池板和第一测量仪表相接，用于将转变成的电能转换成交流电，并通过对最大功率点的跟踪，实时检测所述太阳能光伏电池板的发电电压，追踪最高电压电流值，使所述太阳能光伏电池板以最大功率输出；

第一测量仪表，配置有无线信号发射单元，分别与所述第一逆变器和控制器相接，用于对转换成的交流电进行参数测量，并将检测结果一路传递给控制器，另一路通过无线信号发射单元发送到控制计算机上，实现闭环控制；

控制计算机，用于接收通过所述第一测量仪表发送的电能转换参数信号，进行系统运行数据的精确记录，并根据检测信号向控制器发送系统运行控制指令，调整系统的工作状态；

控制器，分别与所述第一测量仪表、第一继电器和整流器相接，用于控制向负载的供电，并在发电量超过负载的用电量或在断开负载时，转控向蓄电池的存储；

第一继电器，与所述控制器相接，用于控制负载的连接和关断；

整流器，分别与所述控制器和蓄电池相接，用于对转化成的交流电进行直流整流，以便于向蓄电池的存储；

蓄电池，分别与所述整流器和第二测量仪表相接，用于对整流后的电能进行存储；

第二测量仪表，分别与所述蓄电池和第二逆变器相接，用于对所述蓄电池输出的直流电进行参数测量；

第二逆变器，分别与所述第二测量仪表和第二继电器相接，用于将所述蓄电池输出的直流电转变成负载可用的交流电，并通过对最大功率点的跟踪，提升供电质量；

第二继电器，与所述第二逆变器相接，用于控制负载的连接和关断；以及

光伏电池板角度调整支架，设置在所述太阳能光伏电池板的底部，用于调整光伏电池板迎光面的俯仰角度，实现太阳能的最大化利用。

上述各部分之间的电气插接头可采用磁性接触插口，以增强可靠性，减少线损。

每个所述太阳能光伏电池板上配置一个所述第一逆变器。

所述光伏电池板角度调整支架包括底座和设置在所述底座上的支撑架，在所述底座上设置有前后7个档位，用以对所述太阳能光伏电池板的下沿分别进行定位，使所述太阳能光伏电池板产生倾斜角度的俯仰变化。

所述底座上的7个档位的太阳能光伏电池板调整角度依次为一档：26°；二档：34°；三档：42°；四档：50°五档：58°；六档：66°：七档：75°。

所述太阳能光伏电池板倾斜角度的调整方式是每年12月调整到一档，1月和11月调整到二档，2月和10月调整到三档，3月和9月调整到四档，4月和8月调整到五档，5月和8月调整到六档，7月调整到七档。

本发明通过调节太阳能光伏电池板的角度跟踪太阳变化，形成最大光电转换效应；光伏逆变装置采用MPPT自动跟踪系统，自动调节电压自适应系统，调整波峰和低谷时的电压电流，输出较稳定的频率为50Hz的电压电流；精确测量系统，为反馈控制取得精确的控制数据和统计数据；储存单元采用充电放电的光伏专用蓄电池；光电测量器件，控制测量对光伏电池板的开关电路，减少无功损耗；无线发射测量信号，控制线路主线路采用磁铁电缆连接，保证线路可靠运行。照明负载采用LED 电光源，在提高光通量的同时可节省能源。

本发明采用太阳能光伏电池板可定期调节俯仰角度，即每月调整太阳光与太阳能光伏电池板的夹角，以达到最大光线照射和光电转化效率最佳的效果。本发明的光伏电池板角度调整支架结构简单，便于操作，可靠性强。本发明采用每个太阳能光伏电池板上配置一个第一逆变器，第一逆变器可采用微型逆变器，这样可以增加系统运行的可靠性，减少故障点，提升供电质量。采用精密测量仪表及测量元件，精确测量系统技术参数，达到对系统的最佳控制和技术参数测量；无线传输，将减少有线连接，增强可靠性能。在太阳能光伏电池板与第一逆变器之间的电路中增加可控硅开关，不发电时，减少太阳能光伏电池板作为负载的无功损耗；对蓄电池输出端增加可控硅开关，达到蓄电池输出控制；第一逆变器采用高可靠性的MPPT自动跟踪系统；MPPT自动跟踪系统能够实施侦测光伏电池板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大输出功率供负载使用，或对电池充电。

本发明为光伏智能化家庭小型供电系统，应用太阳能光伏电池板、逆变器、整流器、蓄电池、测量仪表、控制计算机和控制器等组成的最佳控制系统，形成光伏智能化小型供电系统，为军事、民用、通讯、独立办公、纯电动汽车等提供独立供电系统。本发明应用范围广，实用价值高，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

图2是光伏电池板角度调整支架的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括太阳能光伏电池板、第一逆变器、第二逆变器、第一测量仪表、第二测量仪表、第一继电器、第二继电器、整流器、控制器和控制计算机等部分。一块长1900mm, 宽900mm，厚90mm的太阳能光伏电池板的输出功率可达300W，可根据用电功率的需要和布设场地的大小决定设置太阳能光伏电池板的数量；每个太阳能光伏电池板设置在一个光伏电池板角度调整支架上，以便于单板俯仰角度的调整。

每个太阳能光伏电池板配接一个第一逆变器，第一逆变器可采用MPPT追踪式逆变器。第一逆变器的输出接第一测量仪表；第一测量仪表由测量传感元件、PID调节器和无线信号发射单元等组成，用以将测量的逆变电压和逆变电流的精确参数值传递给控制器，并通过无线信号发射单元发送给控制计算机，由控制计算机分析整理出有关数据并予以记录和统计，同时，据此控制整个系统的工作。

控制器分别控制与负载相接的第一继电器和第二继电器的通断，以实现向负载供电或向蓄电池储能的工作转换。在白天需要用电时，先向负载供电；当供大于求时，控制器将多余的电能转存到蓄电池中；如果白天不用电时，则直接将电能存储到蓄电池中。

在将电能存储到蓄电池的过程中，已经转换成交流电的电能需要经整流器整流成直流电，再经变压转换到蓄电池充电所需电压，以便将电能存储到蓄电池中。蓄电池为高性能储能电池，白天将来自太阳能光伏电池板的电能进行储存，晚上将储存的直流电经第二逆变器转化为交流电，向负载供电；也可直接向直流负载供电。第二逆变器将蓄电池输出的直流电转变成220V的交流电，通过第二继电器向交流负载供电。

本发明可根据太阳能光伏电池板的设置数量决定供电功率的大小。小功率家电如：led电光源、微波炉、电视、计算机、手机、数码相机等；大功率家电如洗衣机、洗碗机、电炉烤箱、空调等。

本发明各电气部分之间的电气插接头为各部分的电器连接元件，最好使用磁性接触插口，这样可增加接触力，减少线损，减少电阻，提高可靠性。

如图2所示，本发明中所用的光伏电池板角度调整支架包括底座1和设置在底座上的支撑架2，支撑架2的上、下两端均设有可调环扣，分别与太阳能光伏电池板3和底座1相接，实现对太阳能光伏电池板3的连接和定位。在底座1上设置有前后七个伸缩式档位4，在某一档位抬起后，即可对太阳能光伏电池板3的下沿进行羁绊和定位，使太阳能光伏电池板3产生倾斜角度的俯仰变化。底座1上的七个档位从左至右依次为第一至第七档，每一档可自由上下升降，以移动、调节和固定光伏电池板；第七档为高位固定档，在调整太阳能光伏电池板3时，可起到最终的限位保护作用，防止太阳能光伏电池板3的滑脱。

太阳能光伏电池板的调整角度可按月份进行，每月一次，调整方式参见下表：

                                                

如上表所示，每年1月从第二档的34°开始调节，每月增加8°，直到六月，调到第七档；从7月起每月减少8°，回调一档，直到12月，从第七档逐步调回到第一档。

Claims (6)

1.一种离网太阳能光伏智能化小型供电系统，其特征是，包括：

太阳能光伏电池板，与第一逆变器相接，用于将太阳能转变成电能；

第一逆变器，分别与所述太阳能光伏电池板和第一测量仪表相接，用于将转变成的电能转换成交流电，并通过对最大功率点的跟踪，实时检测所述太阳能光伏电池板的发电电压，追踪最高电压电流值，使所述太阳能光伏电池板以最大功率输出；

第一测量仪表，配置有无线信号发射单元，分别与所述第一逆变器和控制器相接，用于对转换成的交流电进行参数测量，并将检测结果一路传递给控制器，另一路通过无线信号发射单元发送到控制计算机上，实现闭环控制；

控制计算机，用于接收通过所述第一测量仪表发送的电能转换参数信号，进行系统运行数据的精确记录，并根据检测信号向控制器发送系统运行控制指令，调整系统的工作状态；

控制器，分别与所述第一测量仪表、第一继电器和整流器相接，用于控制向负载的供电，并在发电量超过负载的用电量或在断开负载时，转控向蓄电池的存储；

第一继电器，与所述控制器相接，用于控制负载的连接和关断；

整流器，分别与所述控制器和蓄电池相接，用于对转化成的交流电进行直流整流，以便于向蓄电池的存储；

蓄电池，分别与所述整流器和第二测量仪表相接，用于对整流后的电能进行存储；

第二测量仪表，分别与所述蓄电池和第二逆变器相接，用于对所述蓄电池输出的直流电进行参数测量；

第二逆变器，分别与所述第二测量仪表和第二继电器相接，用于将所述蓄电池输出的直流电转变成负载可用的交流电，并通过对最大功率点的跟踪，提升供电质量；

第二继电器，与所述第二逆变器相接，用于控制负载的连接和关断；以及

光伏电池板角度调整支架，设置在所述太阳能光伏电池板的底部，用于调整光伏电池板迎光面的俯仰角度，实现太阳能的最大化利用。

2.根据权利要求1所述的离网太阳能光伏智能化小型供电系统，其特征是，上述各部分之间的电气插接头为磁性接触插口。

3.根据权利要求2所述的离网太阳能光伏智能化小型供电系统，其特征是，每个所述太阳能光伏电池板上配置一个所述第一逆变器。

4.根据权利要求1所述的离网太阳能光伏智能化小型供电系统，其特征是，所述光伏电池板角度调整支架包括底座和设置在所述底座上的支撑架，在所述底座上设置有前后7个档位，用以对所述太阳能光伏电池板的下沿进行定位，使所述太阳能光伏电池板产生倾斜角度的俯仰变化。

5.根据权利要求4所述的离网太阳能光伏智能化小型供电系统，其特征是，所述底座上的7个档位的太阳能光伏电池板调整角度依次为一档：26°；二档：34°；三档：42°；四档：50°五档：58°；六档：66°；七档：75°。

6.根据权利要求5所述的离网太阳能光伏智能化小型供电系统，其特征是，所述太阳能光伏电池板倾斜角度的调整方式是每年12月调整到一档，1月和11月调整到二档，2月和10月调整到三档，3月和9月调整到四档，4月和8月调整到五档，5月和8月调整到六档，7月调整到七档。