CN103633923B - 自循环扩容的独立式光伏电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自循环扩容的独立式光伏电站，包括光伏发电站和压缩空气储能发电系统，所述光伏发电站包括可扩容光伏电池板模块、光伏电池制造系统，所述可扩容光伏电池板模块输出的电力分成两路：一路输送给光伏电池制造系统用电，另一路输送给压缩空气储能发电系统转换为压缩空气能存储，压缩空气储能发电系统将存储的压缩空气能转换为电能输送给光伏发电站的光伏电池制造系统用电，光伏电池制造系统生产的光伏电池板供应给可扩容电池板模块用以扩大光伏发电站的发电容量。本发明的自循环扩容的独立式光伏电站能够实现可以持续发电并且发电成本低于现有能源发电成本，对未来光伏发电系统的发展具有实质性的推动作用。

Description

自循环扩容的独立式光伏电站

【技术领域】

本发明涉及光伏电站，特别是自循环扩容的独立式光伏电站。

【背景技术】

光伏发电是人类非常憧憬的生活，真正意义上的未来光伏发电系统必须满足3个要求：1、光伏发电系统在没有光照时能够连续发电，现有能源发电处于辅助地位，2、光伏发电电力成本低于现有能源发电成本，3、有强大太阳能输送能力的系统。

太阳能特点是：1、太阳能能量的分散性，每平方米只有1000瓦的能量；2、太阳昼夜光照区别，年区域光照时长差异，如；1、2类区域与4、5类的时长相差约1倍，3、年区域连续最长无光照时长差异。因此，这是太阳能利用的技术难点。

现有的光伏发电系统包括光伏产业系统、光伏电站系统，电网系统；光伏产业系统用电网的电力制造光伏电池，光伏电池供应给光伏电站系统建立光伏发电站，光伏发电站给电网供电；现有电网的电力主要来源于现有能源如煤、油、燃气、水利等的发电；现有光伏产业系统由于使用现有能源的电力，这种光伏电池发电成本必定高于现有能源发电的成本；现有光伏电站系统都与电网系统并网使用，这使现有光伏发电系统技术只能在辅助发电的指导思维中进行研发，这必定达不到真正意义上的未来光伏发电系统的要求。

中国专利号201120413107.0一种集装箱装载式的独立太阳能移动电站，中国专利号201020276816.9一种太阳能牧场独立发电系统，提出了脱离电网的技术方案，但无法实现连续发电。

光伏发电的核心技术是太阳能利用的系统技术：

1、光伏电池的光电转换效率仅是其中一个技术指标，即使光电转换效率再好，可能由于太阳能利用系统资源配置不好，最终的发电效果也不好，如目前推广的分布式光伏电站，由于各个地区的光照时长不同，效率低的电池安装在光照时长的地区比效率高的电池安装在光照时长短的地区发更多电。

2、光伏产业电池产品的主要成本是电力消耗成本，按现有技术也可以把光伏产业系统与光伏电站系统集成在一起，在有光照时用光伏电站电力制造光伏电池产品，没有光照时用电网系统电力，但这种成本降低是有限的，因为制造过程主要还是消耗电网系统的电力。

3、光伏发电系统维持连续发电的一个重要技术是储能发电技术，现有技术的能源存储技术方式有很多，化学储能方式由于储能能力及环保要求在光伏发电系统中是不可行的，目前大家比较公认的技术是压缩空气储能发电，如在国外已经有报道光伏电站储能发电系统，把压缩空气存储在山洞、矿井中；但现有的压缩空气储能发电系统存在电-气-电能量转换效率低的问题。按现有技术可以把光伏电站系统与压缩空气储能发电系统集成在一起，用光伏电站系统供给电网剩下的多余的电力供给压缩空气储能发电系统转换为压缩空气能存储起来，电网需电时把压缩空气的能量转换为电能供给电网；这种方案虽然可以维持连续供电，但光伏电站使用的光伏电池发电成本还是现有的成本。

采用太阳能利用的系统技术对现有的光伏发电系统进行改进，提出未来光伏发电系统概念：包括自循环扩容的独立式光伏电站、太阳能输送系统；太阳能输送系统包括电网系统、压缩空气输送系统等。这种未来光伏发电系统是建立在系统集成技术上实现的，是应用系统集成技术对现有光伏发电系统资源进行配置，产生了最佳的效果；未来光伏发电系统不是现有技术基础的商业模式能够实现的；未来光伏发电系统的系统集成技术从根本上不同于现有光伏发电系统的技术路线，未来光伏发电系统的技术方案实施，对国家、社会在光伏发电系统的发展方向将产生意义深远的影响。

【发明内容】

本发明的一种自循环扩容的独立式光伏电站，提供了一种可以实现未来光伏发电系统的具体技术方案。

一种自循环扩容的独立式光伏电站，包括光伏发电站和压缩空气储能发电系统，所述光伏发电站包括可扩容光伏电池板模块、光伏电池制造系统，所述可扩容光伏电池板模块输出的电力分成两路：一路输送给光伏电池制造系统用电，另一路输送给压缩空气储能发电系统转换为压缩空气能存储，压缩空气储能发电系统将存储的压缩空气能根据需要转换为电能输送给光伏发电站的光伏电池制造系统，所述的光伏电池制造系统生产的光伏电池供给可扩容电池板模块用以扩大光伏发电站的发电容量；所述可扩容光伏电池板模块的光伏电池板模块总面积应满足以下设计公式：

S≥(1+K2+D+K2*D)N1／N2／K1；其中：

S---光伏发电站太阳能电池板模块总面积平方米，

N1---光伏电池制造系统的用电功率，

N2---太阳能电池板模块单位平方米发电功率，

K1---光伏发电站的系统能量转换效率，

D---1年内连续阴天的最长天数，

H1---天最长的夜时长，

K2---天夜时长系数{K2=24／(24-H1)}。

所述的压缩空气储能发电系统，包括直流发电机、空气压缩机、多个互不相通的储气罐、管道、压力控制阀、压力控制系统、气动马达及发电机；所述的气动马达设置有与储气罐数量一样的进气口，气动马达转轴上设置有与进气口数量一样的对应叶片；所述的直流电动机与空气压缩机连接，空气压缩机的出气口与各储气罐的进气口连接，气动马达的每个进气口用管道与对应的一个储气罐出气口连接，气动马达进气口与储气罐出气口之间设置有压力控制阀，气动马达与发电机连接；所述的压力控制系统分别控制每个压力控制阀，调节控制每个储气罐的出气口压力。

所述的多个不相通的储气罐是管道状结构，储气罐设置有多个进气口。

所述的储气罐的长度可延伸到任一可扩容电池板模块处，直流电动机、空气压缩机沿储气罐长度方向多点分布设置与储气罐的进气口连接。

本发明的一种自循环扩容的独立式光伏电站优点在于：

1、由于可扩容光伏电池板模块输出的电力分成两路：一路输送给光伏电池制造系统用电，另一路输送给压缩空气储能发电系统转换为压缩空气能存储，压缩空气储能发电系统将存储的压缩空气能根据需要转换为电能输送给光伏发电站的光伏电池制造系统，光伏电池制造系统生产的光伏电池供给可扩容电池板模块用以扩大光伏发电站的发电容量。这样可以实现了在没有光照时光伏发电站内部连续供电；光伏发电站的电力成本比现有能源电力成本低得多，因为光伏发电站除投资折旧成本外，发电过程消耗的成本接近零；可扩容光伏电池板模块面积得到自循环持续扩大，能极大限度满足没有光照期间的用电需求，这为光伏发电系统带来明确的、成熟技术路线，使光伏发电系统的发展成为可持续的常态，社会、国家只要用愚公移山的方式，每天投入一点，光伏发电容量就增加一点，随着时间的不断过去、光伏发电容量就不断增加，在有限的时间里，人类就能实现光伏发电的生活。

2、由于多个不相通的储气罐是管道状结构，储气罐设置有多个进气口，储气罐的长度可延伸到任一可扩容电池板模块处，直流电动机、空气压缩机沿储气罐长度方向多点分布设置与储气罐的进气口连接。这样，在压缩空气中，直接采用光伏电池板的直流电产生压缩空气能，提高了电能转换的效率；沿储气罐的长度方向与可扩容电池板模块、储气罐对应配置，非常机动灵活，对于太阳能大面积采集的特点，具有很重要的现实意义；由于储气罐是管道状结构，同时可以成为未来光伏发电系统中的太阳能输送系统的手段，根据需要，通过管道储气罐延伸，既增加了储气罐容积，又可以把压缩空气输送到需要的发电站。

3、由于气动马达的多个进气口与多个储气罐出气口通过各自的管道对应连接，压力控制系统可以分别控制每个压力控制阀，调节控制每个储气罐的出气口压力。这样，在系统工作时，只要求多个储气罐的出气口压力的合力满足气动马达额定转速要求就可以，每个储气罐的压力可以不同，每个储气罐的压缩空气理论上都可以用到几乎接近零残存。因此，本发明极大提高了压缩空气储能方式的能效转换效率。

因此，本发明的一种自循环扩容的独立式光伏电站能够实现可以持续的光伏发电，并且发电成本低于现有能源发电成本；自循环扩容可以使光伏发电站的发电规模不断扩大，使光伏发电实现可持续的发展，对未来光伏发电系统的发展具有实质性的推动作用。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1本发明的一种自循环扩容的独立式光伏电站的整体流程图

图2本发明的一种自循环扩容的独立式光伏电站的具体结构流程图

图3本发明的气动马达的结构示意图

【具体实施方式】

本发明的一种实施例：

一种自循环扩容的独立式光伏电站的流程图，如图1和图2，主要包括光伏发电站、压缩空气储能发电系统；光伏发电站包括可扩容光伏电池板模块、光伏电池制造系统；压缩空气储能发电系统包括直流发电机、空气压缩机、3个互不相通的管道状结构的储气罐、管道、压力控制阀、压力控制系统、安装在气动马达转轴21上的转速传感器23、气动马达及发电机；气动马达设置有3进气口，气动马达转轴21上设置3个对应叶片22；直流电动机与空气压缩机连接，在空气压缩机的出气口与各储气罐的进气口连接，直流电动机与空气压缩机沿储气罐的长度方向间隔设置，气动马达的每个进气口用管道与对应的一个储气罐出气口连接，气动马达进气口与储气罐出气口之间设置有压力控制阀，气动马达通过电机联接轴24与发电机连接；压力控制系统分别控制每个压力控制阀，调节控制每个储气罐的出气口压力；光伏发电站的可扩容光伏电池板模块输出的电力分成两路：一路输送给光伏电池制造系统用电，另一路输送给压缩空气储能发电系统，通过直流电机驱动空气压缩机把电能转换为压缩空气能存储到3个储气罐中，压缩空气储能发电系统将存储在3个储气罐中的压缩空气通过各自的出气口输送到气动马达对应3个进气口驱动气动马达转轴拖动发电机发电供给光伏发电站的光伏电池制造系统用电；光伏电池制造系统生产的光伏电池供给可扩容电池板模块用以扩大光伏发电站的发电容量；压缩空气储能发电系统的控制系统根据气动马达的转轴上安置的转度传感器反馈的速度信号，分别控制3个储气罐的出气口压力来满足发电机的稳定发电工作。设计：N1=1000KW(光伏电池制造系统的用电功率)，N2=0.1KW／M2(太阳能电池板模块单位平方米功率)，S---光伏发电站太阳能电池板模块总面积平方米。K1=0.7(光伏发电站的系统能量转换效率)，D=10天(1年内连续阴天的最长天数)，H=16小时(天最长的夜时长)，K2-天夜时长系数{K2=24／(24-H1)}，即光伏发电站的光伏电池板模块总面积：S=(1+K2+D+K2*D)N1／N2／K1=628571平方米。

所述的自循环扩容的独立式光伏电站能够实现可以持续的光伏发电并且发电成本低于现有能源发电成本；实现了在保证发电机稳定发电工作的同时，只要有一个储气罐压力高于气动马达稳定工作要求，其他两个储气罐存储的压缩空气都可以用到几乎接近零残存，实现了电-气-电的高效转换，对未来光伏发电系统的发展具有实质性的推动作用。

Claims (4)

1.一种自循环扩容的独立式光伏电站，包括光伏发电站和压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述光伏发电站包括可扩容光伏电池板模块、光伏电池制造系统，所述可扩容光伏电池板模块输出的电力分成两路：一路输送给光伏电池制造系统用电，另一路输送给压缩空气储能发电系统转换为压缩空气能存储，压缩空气储能发电系统将存储的压缩空气能转换为电能输送给光伏发电站的光伏电池制造系统用电，所述的光伏电池制造系统生产的光伏电池供应给可扩容电池板模块用以扩大光伏发电站的发电容量；所述可扩容光伏电池板模块的光伏电池板模块总面积应满足以下设计公式：

S≥(1+K2+D+K2*D)N1/N2/K1；

其中：

S---光伏发电站太阳能电池板模块总面积平方米,

N1---光伏电池制造系统的用电功率，

N2---太阳能电池板模块单位平方米发电功率，

K1---光伏发电站的系统能量转换效率，

D---1年内连续阴天的最长天数,

H1---天最长的夜时长，

K2---天夜时长系数，且K2=24/（24-H1）。

2.根据权利要求1所述的自循环扩容的独立式光伏电站，其特征在于：所述的压缩空气储能发电系统，包括直流发电机、空气压缩机、多个互不相通的储气罐、管道、压力控制阀、压力控制系统、气动马达及发电机；所述的气动马达设置有与储气罐数量一样的进气口，气动马达转轴上设置有与进气口数量一样的对应叶片；所述的直流电动机与空气压缩机连接，空气压缩机的出气口与储气罐的进气口连接，气动马达的每个进气口用管道与对应的一个储气罐出气口连接，气动马达进气口与储气罐出气口之间设置有压力控制阀，气动马达与发电机连接；所述的压力控制系统分别控制调节每个储气罐的出气口压力的压力控制阀。

3.根据权利要求2所述的自循环扩容的独立式光伏电站，其特征在于：所述的多个不相通的储气罐是管道状结构，储气罐设置有多个进气口。

4.根据权利要求2或3所述的自循环扩容的独立式光伏电站，其特征在于：所述的储气罐的长度可延伸到任一可扩容电池板模块处，直流电动机、空气压缩机沿储气罐长度方向多点分布设置，空气压缩机与储气罐的进气口连接。