CN104467627A - 一种基于分布式光伏发电的平板电站及储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于分布式光伏发电的平板电站，包括光伏电池板，在光伏电池板的框架上直接安装蓄电池组和控制器。此平板电站可实现光伏系统与电网相对独立，体积小，安装操作和维护方便，设备工作温度范围广。本发明还公开一种基于分布式光伏发电的储能系统，包括能量管理系统、智能功率表和若干个平板电站；若干个平板电站并联端接至用电负载；能量管理系统通过以太网连接web浏览器终端，通过RS485通信接口连接智能功率表，通过电力载波通信连接至若干个平板电站的并联端；智能功率表与电网和若干个平板电站的并联端连接。此储能系统以自发自用为指导原则，采用分布式储能及发电的方式，只需增加平板电站个数即可扩容。

Description

一种基于分布式光伏发电的平板电站及储能系统

技术领域

本发明涉及光伏发电的技术领域，特别涉及一种基于分布式光伏发电的平板电站以及储能系统。

背景技术

现今光伏发电的应用越来越广泛，但太阳能有不连续性、不稳定性等固有缺点，阴天或者晚上，光伏逆变器用户无法使用太阳能，当电网异常时，光伏逆变器处于孤岛保护模式，无法继续给负载供电。

为解决上述问题，已经出现了集中式光伏储能系统，其采用如铅酸电池、锂电池等作为储能介质，均能实现大容量存储。但是由于其采用集中式储能及发电，无法扩容及随意组合不同等级的功率，用户在选择系统时不够灵活；而且集中式储能，蓄电池组组串联的节数及直流母线电压较高，对电池的使用维护不方便，寿命也较低，光伏电池板及蓄电池组端的直流电压太高也是非常危险的。另外，现有的光伏系统的接线及安装非常复杂，只有专业的人员才会安装使用，无法真正做到大众化。

另外，光伏发电系统由于电能质量、孤岛效应、结构复杂等，导致电网运行安全及安装维护问题，极大限制了我国小功率分布式光伏发电系统的大规模推广和应用。目前中国存在的分布式光伏发电示范项目工程均是以大容量的光伏电站的建设为主，但现有的这种方式在具体实施应用过程中，存在如下缺陷：一、规模大，数量多，结构复杂，当系统发生故障，将给用户带来巨大的维修负担；二、各个模块独立分散，连接线缆众多，安装复杂，成本高；三、工作温度范围狭窄，无法实现光伏电力的有效利用。

总之，现有的光伏发电装置（包括集中式发电和分布式发电两种）均是采用模块独立，各模块通过线缆连接，具有系统体积大、占地面积广、结构复杂、接线繁琐、不利于安装维护、成本较高等缺陷，现有的光伏发电系统的结构并不经济实用，不具备大规模推广的技术基础。

发明内容

本发明的主要目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供了一种基于分布式光伏发电的平板电站，实现光伏系统与电网相对独立，具有合理的一体式结构，体积小，安装操作和维护方便。

本发明的另一目的在于提供一种基于分布式光伏发电的储能系统，以解决集中式储能光伏发电系统存在的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于分布式光伏发电的平板电站，包括光伏电池板，在光伏电池板的框架上直接安装蓄电池组和控制器，构成一体式结构的平板电站。

所述的控制器由充电器和逆变器组成，光伏电池板的输出端连接充电器，充电器的输出端连接蓄电池组，蓄电池组的输出端连接逆变器，逆变器的输出端形成外部接口。

所述平板电站还包括壳体，光伏电池板安装在壳体上，蓄电池组和控制器安装在壳体中，控制器的输出端伸至壳体外形成外部接口。

所述壳体由盖板和座体组成，座体具有供蓄电池组、充电器和逆变器放置的腔室，腔室的上方设有放置电池组的安装柜，腔室的下方设有放置逆变器的卡槽和固定充电器的安装孔，腔室的下壁设有出线孔，腔室的后壁设有固定光伏电池板的安装架；蓄电池组放置在安装柜中，逆变器放置在卡槽中，充电器借助螺丝和安装孔固定在腔室中，光伏电池板借助螺丝和安装架固定在座体的后壁上，逆变器的输出端连接一母线，母线穿过出线孔，母线的外端连接一外部接口。

所述安装柜由上盖和下盖扣合并借助螺丝固定而成，安装柜中设有防爆绝缘隔层，蓄电池组安装在防爆绝缘隔层中。

所述座体的四周还设有导水沿。

所述壳体的四周设有导水沿。

所述蓄电池组采用单体电池进行串并组合。

一种基于分布式光伏发电的储能系统，包括能量管理系统、智能功率表和若干个平板电站；每个平板电站包括光伏电池板，在光伏电池板的框架上直接安装蓄电池组和控制器，构成一体式结构的平板电站；若干个平板电站并联，且并联端接至用电负载；能量管理系统通过以太网连接web浏览器终端，通过RS485通信接口连接智能功率表，并通过电力载波通信连接至若干个平板电站的并联端；智能功率表与电网和若干个平板电站的并联端连接；能量管理系统通过智能功率表实时读取电网的输入功率和若干个平板电站的发电功率进行比较，并通过电力载波通信控制平板电站向用电负载供电与否。

采用上述方案后，本发明将光伏电池板、蓄电池组和控制器集成为一体式结构，将电站构建成类似于“平板电脑”的平板电站，整个电站体积小，极大地简化了分布式电站的安装、调试和维护，便于运输和安装，当电站运行异常时，可直接在线维护。

本发明的平板电站可以将电力就地消纳和储存，不但节省输变电投资和运行费用、减少集中输电的线路损耗，还能与电网供电互为补充，减少电网容量，削峰填谷，提高供电可靠性；而且能够储存剩余电能，当电网异常，或者无电网时，可以作为后备电源，独立运行，继续为负载供电。

本发明的平板电站成本低，电能资源利用率高，节能效果显著，设备工作温度范围广，大大降低了系统的磨损，以及输电线路磨损。

而本发明的储能系统以自发自用为指导原则，采用分布式储能及发电的方式，只需增加平板电站个数即可扩容，扩容方便，既实现了在任何时刻光伏发电系统都不往电网送电，所有太阳能产生的电量都由用电负载自己消耗掉，实现光伏系统与电网的相对独立；同时又可以将所有的直流电压控制在36V安全电压以内，解决了安全隐患，蓄电池组的电压较低，对电池的维护方便又能大大延长其使用寿命。另外，在结构上将光伏电池板、蓄电池组和控制器做成一体式，接线极其简单，用户只需购买一个一体式的平板电站（光伏发电储能设备），就可以很容易利用太阳能发电。

附图说明

图1是本发明的平板电站前视立体图；

图2是本发明的平板电站后视立体图；

图3是本发明的壳体示意图；

图4是本发明的座体示意图；

图5是本发明的安装柜立体分解图；

图6是本发明的安装柜平面分解图；

图7是本发明的储能系统电路示意图。

标号说明

平板电站10，壳体1，盖板11，座体12，腔室13，安装柜14，上盖141，下盖142，防爆绝缘隔层143，卡槽15，安装孔16，出线孔17，安装架18，导水沿19，光伏电池板2，蓄电池组3，充电器4，逆变器5，外部接口51，母线52，控制器6，能量管理系统20，智能功率表30。

具体实施方式

如图1、图2和图7所示，本发明揭示的一种基于分布式光伏发电的平板电站10，包括光伏电池板2，在光伏电池板2的框架上直接安装蓄电池组3和控制器6，构成一体式结构的平板电站10。

其中，控制器6是用于实现对光伏电池板2的最大功率追踪并将对光伏电池板2电能最大限度的储存于蓄电池组3中备用，在该过程中，控制器6对蓄电池组3进行了充电管理，防止蓄电池组3过充电损坏；当负载需要用电时，控制器6还实现将蓄电池组3中的直流电逆变成交流电供负载使用，在该过程中，控制器6需对蓄电池组3进行放电管理，防止蓄电池组3过放电损坏。在上述两个过程中，控制器6均能将蓄电池组3的电压、充电电流、放电电流、温度等参数外发。此实施例中，控制器6具体由充电器4和逆变器5组成，光伏电池板2的输出端连接充电器4，充电器4的输出端连接蓄电池组3，蓄电池组3的输出端连接逆变器5，逆变器5的输出端形成外部接口51。外部接口51的个数可以是一个，或者根据需要设计为一个以上。

为了方便蓄电池组3和控制器6的安装，此实施例平板电站还包括壳体1，光伏电池板2安装在壳体1上，蓄电池组3和控制器6安装在壳体1中，控制器6的输出端伸至壳体1外形成外部接口，此实施例是逆变器5的输出端伸至壳体1外形成可供外部负载或电网连接的外部接口51。

为了进一步方便光伏电池板2、蓄电池组3、充电器4和逆变器5组装，使结构更加合理，如图3和图4所示，壳体1由盖板11和座体12组成。座体12具有供蓄电池组3、充电器4和逆变器5放置的腔室13，腔室13的上方设有放置电池组3的安装柜14，腔室13的右侧下方设有放置逆变器5的卡槽15，腔室13的左侧下方设有固定充电器4的安装孔16，腔室13的下壁设有出线孔17，腔室13的后壁设有固定光伏电池板2的安装架18。

蓄电池组3放置在安装柜14中，蓄电池组3可根据系统对电池组不同容量的要求，采用单体电池（性能稳定，批量大，成本低）进行串并组合与保护板连接。如图5和图6所示，安装柜14由上盖141和下盖142扣合并借助螺丝固定而成，安装柜14中设有防爆绝缘隔层143，蓄电池组3安装在防爆绝缘隔层143中，这样，防爆绝缘隔层143在确保设备安全性的同时，还能够进行保温，使电池组在低温情况下，仍可以持续工作，设备工作温度范围广。

充电器4借助螺丝和安装孔16固定在腔室13中，光伏电池板2借助螺丝和安装架18固定在座体12的后壁上，逆变器5放置在卡槽15中。逆变器5的输出端连接一母线52，母线52穿过出线孔17，母线52的外端连接一外部接口51。

另外，本发明在壳体1（具体可以在座体12）的四周还设有导水沿19。一旦遇有连续大雨，雨水会沿着导水沿19流开，不会因为浸湿设备，导致异常。

本发明平板电站10的关键是：将光伏电池板2、蓄电池组3和控制器6集成为一体式结构，构成体积小、便于安装维护的平板电站，极大地简化了分布式电站的安装、调试和维护，便于运输和安装。

至于壳体1是为了方便安装组合，只留有一个外部接口51是为了更方便供与外部负载或电网连接，控制器6的组成结构不限于此实施例设计。

如图7所示，本发明还揭示的一种基于分布式光伏发电的储能系统，包括能量管理系统20、智能功率表30和若干个平板电站10。每个平板电站10如上述做成一体式结构。若干个平板电站10并联，且并联端接至用电负载。用于实现自发自用的能量管理系统20通过以太网连接web浏览器终端，还通过RS485通信接口连接智能功率表20，并通过电力载波通信连接至若干个平板电站10的外部接口51并联端。用于监控发电功率和负载运行情况的智能功率表20与电网和若干个平板电站10的外部接口51并联端连接。

本发明的储能系统是通过电力载波通信及现场总线通信完成各设备间的信息传递，节省线缆成本。

本发明的储能系统工作时，能量管理系统20通过现场总线（RS485通信接口、以太网）与智能功率表20通信实时读取外部电网的输入功率和若干个平板电站10的发电功率，并将二者进行比较。当电网输入功率大于若干个平板电站10的发电功率时，就通过电力载波通信控制若干个平板电站10向用电负载供电，相反当能量管理系统20监测到电网输入功率减小时，则相应的关掉一些平板电站10。这样既保证负载优先使用光伏电，又能避免光伏系统往外网送电，避免了造成电表反转，需与电力局计量电费程序，真正实现光伏发电系统的独立发电。

本发明的储能系统采取并联方式连接平板电站10，接线极其简单，用户只需购买一个一体式的平板电站10（光伏发电储能设备），就可以很容易利用太阳能发电，既可实现功率任意组合，满足不同功率的用电负载要求，又提高了可靠性，任意一组发电装置出现故障，都不影响其他组发电装置的正常工作；蓄电池组3的端电压控制在36V的安全电压以内，并且能量管理系统20需统筹管理，尽量让电池深度放电的次数减小，以最大限度延长电池的使用寿命。

以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于分布式光伏发电的平板电站，其特征在于：包括光伏电池板，在光伏电池板的框架上直接安装蓄电池组和控制器，构成一体式结构的平板电站。

2.如权利要求1所述的一种基于分布式光伏发电的平板电站，其特征在于：所述的控制器由充电器和逆变器组成，光伏电池板的输出端连接充电器，充电器的输出端连接蓄电池组，蓄电池组的输出端连接逆变器，逆变器的输出端形成外部接口。

3.如权利要求1或2所述的一种基于分布式光伏发电的平板电站，其特征在于：所述平板电站还包括壳体，光伏电池板安装在壳体上，蓄电池组和控制器安装在壳体中，控制器的输出端伸至壳体外形成外部接口。

4.一种基于分布式光伏发电的储能系统，其特征在于：包括能量管理系统、智能功率表和若干个平板电站；每个平板电站包括光伏电池板，在光伏电池板的框架上直接安装蓄电池组和控制器，构成一体式结构的平板电站；若干个平板电站并联，且并联端接至用电负载；能量管理系统通过以太网连接web浏览器终端，通过RS485通信接口连接智能功率表，并通过电力载波通信连接至若干个平板电站的并联端；智能功率表与电网和若干个平板电站的并联端连接；能量管理系统通过智能功率表实时读取电网的输入功率和若干个平板电站的发电功率进行比较，并通过电力载波通信控制平板电站向用电负载供电与否。

5.如权利要求4所述的一种基于分布式光伏发电的储能系统，其特征在于：所述的控制器由充电器和逆变器组成，光伏电池板的输出端连接充电器，充电器的输出端连接蓄电池组，蓄电池组的输出端连接逆变器，逆变器的输出端形成外部接口。

6.如权利要求4或5所述的一种基于分布式光伏发电的储能系统，其特征在于：所述平板电站还包括壳体，光伏电池板安装在壳体上，蓄电池组和控制器安装在壳体中，控制器的输出端伸至壳体外形成外部接口。