CN104393616A - 一种并网离网一体化太阳能发电系统 - Google Patents

一种并网离网一体化太阳能发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种并网离网一体化太阳能发电系统，其由太阳能光伏阵列、并网逆变器、家电逆变器、自动充电器、蓄电池组、电网、家电负载和开关组构成，开关组包括开关S1-S3；太阳能光伏阵列通过并网逆变器输出交流电，蓄电池组通过家电逆变器输出交流电，太阳能光伏阵列通过自动充电器对蓄电池组进行充电；并网逆变器通过开关S1与太阳能光伏阵列电性连接，家电逆变器通过开关S3与家电负载电性连接，开关S2控制并网逆变器与电网及自动充电器之间的导通与截止；通过开关S1-S3的不同开闭组合，系统支持4种不同的运行模式。本发明充分利用了太阳能光伏阵列的发电能力，大大提高太阳能发电系统的利用率，且用户可用自己储存的电能发电，给生活带来方便。

Description

一种并网离网一体化太阳能发电系统
【技术领域】
本发明涉及一种发电系统，尤指一种并网离网一体化太阳能发电系统。
【背景技术】
自从二次能源危机以来，替代能源的寻求与研究已经成为许多国家的主要政策之一。替代能源基本上是指煤、石油、天然气、核能等以外的能源，可包括风、太阳、热、潮汐、黑潮等等的能源。由于太阳能具有无污染、无公害的特性，且又取之不尽用之不竭，因此，太阳能的应用具有相当发展的潜力。并且，由于近年来太阳能光伏电池的积极研究发展，已达到相当高的效率，因此逐渐受到欧、美、日等各国的重视，并制订政策鼓励推展应用。
太阳能光电系统主要是透过太阳能板进行光电转换而产生直流电源，再经由电力调节器将直流电源转换成交流电源以供负载使用或馈入市电的总线与市电同步并联运转。因此，就功能而言，小型分布式发电系统可区分为以下三种类型：(1)独立型(stand-alonesystem)、(2)市电并联型(grid-connection system)以及(3)混合型(hybrid system)。独立型系统所指的是太阳能光电系统没有与其它电源连结运转，只能直接供给系统所接的负载，所以此系统较适合用于偏远地区或海上孤岛等没有市电供应的地方。负载所有电力来源均为风力或太阳能，太阳能除了能提供负载用电外，则可将多余能量对蓄电池(battery)充电；当太阳能电力瞬间不足以提供负载所需电力时，则由蓄电池提供。市电并联型系统所指的是太阳能光电系统与电力公司网络并联，只要市电电力可正常送达的任何地点均适用此类系统。若太阳能光电系统发电量大于负载需求，则可将多余电力逆潮流馈入市电，反之，当太阳能光电系统发电量不足负载使用时，市电将可供应不足的部分。此外，为了顺应电力质量不稳定的问题，而发展出混合型系统。太阳能光电系统于市电停止供电时，透过搭配蓄电池组使用，可立即与市电隔离，形成独立运转供电，以提供短暂电力。等到市电恢复供电时，太阳能光电系统则恢复与市电并联，同时也对蓄电池组进行充电。因此，利用太阳能发电是未来发展的走势。
现有技术中的发电系统一般可分为太阳能并网式发电系统与太阳能离网式发电系统。对于太阳能并网式发电系统，当配电网故障时，为防止孤岛效应，并网逆变器将不被允许工作，同时影响到用户没有电用；而对于太阳能离网式发电系统，当蓄电池组已被充满，且没有用电负载，此时太阳能电池方阵因为没有输出负载，将不能发电，太阳能电池方阵的可转换的电能没有被利用。
因此，针对单一太阳能并网式发电系统和太阳能离网式发电系统的不足，有必要设计一种并网离网一体化的太阳能发电系统，以克服上述问题。
【发明内容】
针对背景技术所述面临的种种问题，本发明的目的在于提供一种并网离网一体化太阳能发电系统，其充分利用太阳能光伏阵列的发电能力，在能满足用户使用的前提下对局部电网进行电力补充，大大提高太阳能发电系统的利用率，且在配电网故障时，用户可用自己储存的电能发电，给生活带来方便。
为达到上述目的，本发明一种并网离网一体化太阳能发电系统所采用的技术方案是：一种并网离网一体化太阳能发电系统，所述发电系统由太阳能光伏阵列、并网逆变器、家电逆变器、自动充电器、蓄电池组、电网、家电负载和开关组构成，开关组包括开关S1-S3；太阳能光伏阵列通过并网逆变器输出交流电，蓄电池组通过家电逆变器输出交流电，太阳能光伏阵列通过自动充电器对蓄电池组进行充电；并网逆变器通过开关S1与太阳能光伏阵列电性连接，家电逆变器通过开关S3与家电负载电性连接，开关S2控制并网逆变器与电网及自动充电器之间的导通与截止；通过开关S1-S3的不同开闭组合，进行系统支持停机模式、离网蓄电池供电模式、光伏并网-充电模式、光伏并网-充电-蓄电池供电模式的切换。
进一步地，所述各种运行模式：
1)停机模式：所述开关S1-S3均为断开状态；
2)离网蓄电池供电模式：开关S1、S2断开，开关S3闭合，家电负载由蓄电池组单独供电，能量经逆变器输出交流电供给家电负载；
3)光伏并网-充电模式：开关S1、S2闭合，开关S3断开，一方面太阳能光伏阵列输出功率至电网，另一方面对蓄电池组充电；
4)光伏并网-充电-蓄电池供电模式：开关S1-S3闭合，一方面太阳能光伏阵列输出功率至电网，另一方面对蓄电池组充电，家电负载由蓄电池组单独供电，能量由蓄电池组流向家电负载。
进一步地，蓄电池组充足电后，通过自动充电器停充，电量不足时恢复充电。
进一步地，太阳能光伏阵列生产的直流电先经过并网逆变器内的升压电路升压稳定到适合逆变器输入的电压，再通过并网逆变器的逆变电路及滤波器输出正弦波电流输送至电网。
进一步地，太阳能光伏阵列设有轴承，该轴承枢接于支撑该太阳能光伏阵列的支撑架，该太阳能光伏阵列通过轴承可相对支撑架翻转。
本发明将并网、离网设置为一体化，充分利用了太阳能光伏阵列的发电能力，在能满足用户使用的前提下对局部电网进行电力补充，大大提高太阳能发电系统的利用率，且在配电网故障时，用户可用自己储存的电能发电，给生活带来方便。
为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、构造、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实施例作详细说明。
【附图说明】
图1为本发明的系统结构框图；
图2为停机模式示意图；
图3为离网蓄电池供电模式示意图；
图4为光伏并网-充电模式示意图；
图5为光伏并网-充电-蓄电池供电模式示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明一种并网离网一体化太阳能发电系统作进一步说明。
请参阅图1，为本发明一种并网离网一体化太阳能发电系统的系统结构框图。所述发电系统由太阳能光伏阵列、并网逆变器、家电逆变器、自动充电器、蓄电池组、电网、家电负载和开关组构成，开关组包括开关S1-S3。
太阳能光伏阵列通过并网逆变器输出交流电，蓄电池组通过家电逆变器输出交流电，太阳能光伏阵列通过自动充电器对蓄电池组进行充电；并网逆变器通过开关S1与太阳能光伏阵列电性连接，家电逆变器通过开关S3与家电负载电性连接，开关S2控制并网逆变器与电网及自动充电器之间的导通与截止。开关S1的设置，可以方便维修、检修。
每个切换开关都具有闭合和断开两种状态，通过改变开关S1-S3的状态，可以进行系统支持停机模式、离网蓄电池供电模式、光伏并网-充电模式、光伏并网-充电-蓄电池供电模式的切换，从而可以使系统工作在4种不同的运行模式：
1)停机模式：所述开关S1-S3均为断开状态，整个系统工作在停机模式，没有能量流动，如图2所示。
2)离网蓄电池供电模式：开关S1、S2断开，开关S3闭合，家电负载由蓄电池组单独供电，能量经逆变器输出交流电供给家电负载，如图3所示。
3)光伏并网-充电模式：开关S1、S2闭合，开关S3断开，一方面太阳能光伏阵列输出功率至电网，另一方面对蓄电池组充电，蓄电池组充足电后，通过自动充电器自动停充，电量不足时通过自动充电器自动恢复充电，能量由太阳能光伏阵列流向电网和蓄电池组，如图4所示。
4)光伏并网-充电-蓄电池供电模式：开关S1-S3闭合，一方面太阳能光伏阵列生产的直流电先经过并网逆变器内的升压电路升压稳定到适合逆变器输入的电压，再通过并网逆变器的逆变电路及滤波器输出正弦波电流输送至电网，另一方面对蓄电池组充电，蓄电池组不能直接储存交流电，因此，需经并网逆变器转换为交流电才能储存在蓄电池组，能量由太阳能光伏阵列流向电网和蓄电池组；家电负载由蓄电池组单独供电，即蓄电池组储存的电量通过家电逆变器转换为交流电再输送到家电负载，能量由蓄电池组流向家电负载，如图5所示。
本发明的太阳能光伏阵列设置于能接收太阳光的空旷地，太阳能光伏阵列设有轴承，该轴承枢接于支撑该太阳能光伏阵列的支撑架，该太阳能光伏阵列通过轴承可相对支撑架翻转，从而可以根据太阳光线的行走路程，翻转太阳能光伏阵列，使太阳能光伏阵列的光接收面始终保持着太阳光线正面照射，从而能够发出更强的电量。
本发明以3kw并网离网一体化太阳能发电系统为例，其各参数如下：
1)年发电量可达到3000-380kwn；
2)并网逆变器：输出交流电压225v-245v，输出最大电流18A，频率50-50.7HZ，功率因数＞0.99，电流谐波畸变率(THD)＜3％％。
3)蓄电池组：深循环储存1600AH，输出电量12kwn。
4)家电逆变器：输出交流电压220v，频率50HZ。
5)阴天、雨天、晴天三种天气的日发电量与输送电网电量参考：
综上所述，本发明将并网、离网设置为一体化，充分利用了太阳能光伏阵列的发电能力，在能满足用户使用的前提下对局部电网进行电力补充，大大提高太阳能发电系统的利用率，且在配电网故障时，用户可用自己储存的电能发电，给生活带来方便。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (5)

1.一种并网离网一体化太阳能发电系统，其特征在于：所述发电系统由太阳能光伏阵列、并网逆变器、家电逆变器、自动充电器、蓄电池组、电网、家电负载和开关组构成，开关组包括开关S1-S3；
太阳能光伏阵列通过并网逆变器输出交流电，蓄电池组通过家电逆变器输出交流电，太阳能光伏阵列通过自动充电器对蓄电池组进行充电；
并网逆变器通过开关S1与太阳能光伏阵列电性连接，家电逆变器通过开关S3与家电负载电性连接，开关S2控制并网逆变器与电网及自动充电器之间的导通与截止；
通过开关S1-S3的不同开闭组合，进行系统支持停机模式、离网蓄电池供电模式、光伏并网-充电模式、光伏并网-充电-蓄电池供电模式的切换。
2.如权利要求1所述的一种并网离网一体化太阳能发电系统，其特征在于：所述各种运行模式：
1)停机模式：所述开关S1-S3均为断开状态；
2)离网蓄电池供电模式：开关S1、S2断开，开关S3闭合，家电负载由蓄电池组单独供电，能量经逆变器输出交流电供给家电负载；
3)光伏并网-充电模式：开关S1、S2闭合，开关S3断开，一方面太阳能光伏阵列输出功率至电网，另一方面对蓄电池组充电；
4)光伏并网-充电-蓄电池供电模式：开关S1-S3闭合，一方面太阳能光伏阵列输出功率至电网，另一方面对蓄电池组充电，家电负载由蓄电池组单独供电，能量由蓄电池组流向家电负载。
3.如权利要求1所述的一种并网离网一体化太阳能发电系统，其特征在于：蓄电池组充足电后，通过自动充电器自动停充，电量不足时自动恢复充电。
4.如权利要求1所述的一种并网离网一体化太阳能发电系统，其特征在于：太阳能光伏阵列生产的直流电先经过并网逆变器内的升压电路升压稳定到适合逆变器输入的电压，再通过并网逆变器的逆变电路及滤波器输出正弦波电流输送至电网。
5.如权利要求1所述的一种并网离网一体化太阳能发电系统，其特征在于：太阳能光伏阵列设有轴承，该轴承枢接于支撑该太阳能光伏阵列的支撑架，该太阳能光伏阵列通过轴承可相对支撑架翻转。
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