CN106208145B - 一种供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种供电系统，所述供电系统包括：多个光伏电池板、多个直流电流表、光伏逆变器、一台或多台风力发电机、一台柴油发电机、整流器、变压器、储能装置、发电接收总线、中央控制器、供电总线、多个交流电能表。本发明的供电系统将居民自用的光伏发电系统统筹起来，进行统一的直流电能存储，并且通过直流电流表或电能表实时测量供电电流的大小，输出给中央监控器，将光伏峰值发电时的电能折算成电量，实现居民发电的直接折算入网，当居民需要用电时，可以从其发电量扣除相应费用。鼓励偏远地区居民采用光伏发电设施。本发明的微电网系统，自成体系不需要再通过外部供电，节省了偏远地区输电线路的建设和维护成本。
Description
技术领域
本发明电学领域，具体涉及一种供电系统。
背景技术
农村偏远地区是我国经济社会发展较为薄弱的地区，其电网基础设施普遍相对落后，传统能源难以满足当地经济社会发展的需求。由于偏远的农村地区远离大型发电设施以及变电设施，采用高压方式进行传输，由于住户少，用电量波动大，往往存在一段时间内无人用电，而另一段时间内出现用电高峰的情况，高压输电线的建设和维护成本均较高。而如果采用低压方式进行电力输送，则由于传输距离较长，往往用户用电电压会较供电电压存在较大幅度的下降，导致用电设备难以正常运行，而且输电过程中的能量耗损较大，电能利用效率低下。
鉴于此，通过微电网可以促进可再生能源分布式发电的并网，提高供电可靠性和电能质量。为解决农村偏远地区供电难等问题，科学合理构建农村微电网，促进微电网技术的发展，本发明提出了一种基于微电网的供电系统。
发明内容
实际上，目前偏远的农村地区存在的一个主要问题是集中供电的性价比太低，如果采用远距离输电的方式，则输电线路的架设、维护以及输电损耗所带来的成本都远高于输电所带来的收益，目前主要是电力公司通过其他部分的盈利来公益性质地普及偏远地区的供电。
因此，如果能够实现一种偏远地区农村的自给自足式的微电网，则将会给整体供电成本带来显著的降低，即，提高偏远地区农村的供电性价比。
针对上述问题，本发明希望提供一种能够为偏远的农村地区提供电力自给自足的微电网供电系统。
具体而言，本发明提供一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括：多个光伏电池板、多个直流电流表、光伏逆变器、一台或多台风力发电机、一台柴油发电机、整流器、变压器、储能装置、发电接收总线、中央控制器、供电总线、多个交流电能表。
进一步地，每个所述光伏电池板的输出串联连接一个直流电流表；
所述直流电流表具有唯一编号并且与所述中央控制器通讯连接；
多个所述光伏电池板彼此并联连接，并且并联后一路连接至所述光伏逆变器，另一路连接至所述储能装置；
所述光伏逆变器将光伏电池板输出的直流电转化成交流电，输出给所述发电接收总线；
所述储能装置与所述供电总线相连；
所述风力发电机和所述柴油发电机的输出分别与所述发电接收总线相连；
所述发电接收总线连接至所述整流器；
所述整流器对发电机发出的电流进行整流后输出给所述变压器；
所述变压器将电压转换至220V，输送给供电总线；
所述供电总线连接至用户的入户供电线；
每条入户供电线上安装一个交流电能表；
所述中央控制器分别与所述储能装置、所述风力发电机、所述柴油发电机、所述变压器、所述交流电能表直接或间接相连。
进一步地，所述光伏电池板安装在居民的屋顶。
进一步地，所述风力发电机包括叶轮、塔台和交流发电机，所述叶轮可旋转地安装在所述塔台上，所述叶轮与所述交流发电机的转轴传动连接。
进一步地，所述储能装置为大容量蓄电池组。
进一步地，所述光伏电池板包括：第一硅晶片、第一钝化层、第一金属接触层、绝缘层、第二金属接触层。
在一种优选实现方式中，所述光伏电池板包括：第一硅晶片、第一钝化层、第一金属接触层、绝缘层、第二金属接触层。
所述第一硅晶片设置于所述新型光伏电池的最上层；
所述第一钝化层设置于所述第一硅晶片上；
所述第一金属接触层沉积在所述第一钝化层上，所述第一钝化层上具有第一预定形状的第一图案，所述第一金属层在所述第一图案处具有嵌入到所述第一钝化层中的第一金属触点，与所述第一硅晶片相接触，所述第一金属层上留有第二预定形状的空缺部位；
所述绝缘层设置于所述第一金属层之上，并且填充所述第二预定形状的空缺部位；
所述第二金属接触层沉积在所述绝缘层之上，其中，所述绝缘层上具有与所述空缺部位匹配，但尺寸小于所述空缺部位的第二图案，所述第二图案穿透所述绝缘层、所述空缺部位到达所述第一硅晶片，所述第二金属接触层具有嵌入在所述第二图案中的第二金属触点，
所述第一金属层和所述第二金属层均由两层结构构成，其中下层结构为锡层，上层结构为锌或锌锡合金层
有益效果：
本发明的供电系统将居民自用的光伏发电系统统筹起来，进行统一的直流电能存储，并且通过直流电流表实时测量供电电流的大小，输出给中央监控器，光伏峰值发电时的电能折算成电量，实现居民发电的直接折算入网，当居民需要用电时，可以从其发电量扣除相应费用。鼓励偏远地区居民采用光伏发电设施。
本发明的微电网系统，自成体系不需要再通过外部供电，节省了偏远地区输电线路的建设和维护成本。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的供电系统的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的供电系统中所采用的太阳能电池板的微观构造示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明的供电系统包括：多个光伏电池板1、多个直流电流表或电能表2、光伏逆变器3、一台或多台风力发电机4、一台柴油发电机5、整流器6、变压器7、储能装置8、发电接收总线9、中央控制器10、供电总线11、多个交流电能表12。
光伏电池板1主要用于安装在各个用户家庭的房顶等位置处，光伏电池板1接收太阳光并转化成直流电，正常的家庭用光伏电池板需要设置光伏逆变器，转换成日常的交流电。本发明的微电网由于设置在村落中，所以仅设置一台光伏逆变器，为众多家庭的光伏电池板统一进行直流-交流转化，所以大大降低了光伏电池系统的成本，即降低了单一用户的负担。
每个光伏电池板1的输出串联连接一个直流电流表或直流电能表2。直流电流表或电能表的作用是统计每户家庭所对外贡献的电能，即单户家庭对外输出的电量，该电量根据供电时间可以用于抵扣该家庭用户后续消耗的电量。直流电流表2具有唯一编号并且与中央控制器相连。中央控制器对各个家庭的输出和输入进行统计结算。
各个家庭的光伏电池板1彼此并联连接，并且并联后分成两个支路，一路连接至光伏逆变器3；光伏电池板1的另一路输出连接至储能装置8；在这种情况下，储能装置8采用大容量蓄电池等。
光伏逆变器3将光伏电池板输出的直流电转化成交流电，光伏逆变器的输出与发电接收总线9相连接。风力发电机4和柴油发电机5的输出也分别与发电接收总线相连。中央控制器10控制光伏逆变器3、风力发电机4和柴油发电机5的输出，使得三者彼此同频。风力发电机4的输出还连接至储能装置8或另一储能装置，若风力发电机4连接至直流储能装置，则需要添加交直流转换设备，若风力发电机4的输出连接至其他形式的储能装置，则需要根据储能装置的形式对电能进行转换。比如，储能装置可以采用压缩空气储能装置，则可以将风力发电机4的动力输出之间传动连接至压缩机。
储能装置8的输出还经过光伏逆变器3与供电总线相连。
发电接收总线9连接至整流器6，整流器6对发电接收总线9接收到的电流进行整流，使其更加规则。经整流器6整流后的电流输出给变压器7。由于本发明采用了三种不同的发电方式，所以，两个发电机和一个逆变器输出的电压会存在一定波动或偏差，因此，需要采用变压器7。本实施例是在将两个发电机和一个逆变器标准输出均设定在220V、50Hz的前提下采用的这种连接方式。当然，如果发电机和逆变器的输出电压和频率彼此存在差异，则需要先进行变压，再进行后续步骤。
供电总线连接至用户的入户供电线。每个家庭用户13的供电线路都分为两组，一组用于将光伏电池板的直流对外进行输出，另一组用于接收来自变压器7和供电总线11的供电输入，供给家用电器使用。
每条入户供电线上安装一个交流电能表12。
中央控制器10分别与储能装置8、风力发电机4、柴油发电机5、整流器6、变压器7、交流电能表12相连，用于分别对这些部件进行时间同步以及开闭控制。
本发明的风力发电机采用普通的三叶式的风力发电机。风力发电机包括叶轮、塔台和交流发电机，叶轮可旋转地安装在塔台上，叶轮与交流发电机的转轴传动连接。
本发明主要应用于西北地区日照条件好、具有一定风力资源的偏远农村。因为这样的偏远农村地区，并不适合于通过远距离传输的方式为其提供集中供电。
随着太阳能技术以及光伏发电产品的成本降低，在偏远的农村地区，普及光伏发电产品是一种很好地利用新能源的方式。但是，家庭用户利用光伏产品存在其局限性，因为光伏发电的高峰与用电的高峰是分离的，家庭中如果使用光伏发电产品，发出电能之后，由于无法将其所发电能进行并网利用，会造成很大的浪费，降低农村家庭用户采用光伏产品的积极性。
本发明的微电网在使用和推广时，可以通过政府补贴的形式进行，让尽可能多的家庭都安装光伏电池板，然后由村集体在风口位置处安装一台或多台风力发电机4，在村中设置柴油发电机5，在日常使用中，首先利用光伏和风力发电，并把光伏发电和风力发电中的部分首先用于居民用电，然后，如果居民用电不足以完全消耗风力和光伏发电的电量，则对多余电力存储在蓄电池或压缩空气中，当需要时再行释放，若所存储的电能也不足以供给居民用电，则中央控制器控制柴油发电机工作，通过柴油发电机弥补清洁能源发电的不足。
本发明的供电系统利用微电网将家庭的光伏产品并入微电网中，充分利用微电网发出的电能，增强了家庭用户采用光伏产品的积极性。
附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本发明的原理进行说明，并非意在对本发明进行限制。
实施例2
在本实施例中，为了增加农民采用光伏电池板的积极性，本实施例中的系统其他结构不变，只是采用了一种新型的光伏电池板，该光伏电池板的使用寿命更长，发电更持久。
目前现有的光伏电池板中，基本都是通过激光烧蚀的方式形成金属触点。申请人发现，通过激光烧蚀方式形成的金属触点，由于烧蚀过程中会对金属层的均匀性和金属层分布带来比较大的改变，在烧蚀完成后，这种烧蚀形成的金属触点，会有个别存在缺陷的情况，这种缺陷在初期使用时与不会对电池带来什么影响，但是随着使用时间的加长，会影响转换效率。因此，本实施例提供了一种发点更持久的电池板。
本实施例的光伏电池所采用的半导体晶片为硅掺杂的半导体晶片，晶片优选掺杂硼或者锗作为掺杂剂。
参照图2，从图中可以看出，本发明的光伏电池板包括：第一硅晶片21、第一钝化层22、第一金属接触层23、绝缘层24、第二金属接触层25，第一硅晶片21设置于新型光伏电池的最下层。第一硅晶片21可以采用氧化硅、氮化硅等半导体材料，优选为p-型和/或n-型半导体材料。第一钝化层22可以为非晶硅。
第一金属层23和第二金属层25可以采用锌、锡或二者的合金。将第一金属层23和第二金属层25采用两种材料形成两层金属层，即形成金属层26、27、28、29。金属层27和29熔点较低、流动性较好设置于下层，金属层26和28熔点偏高，不易溅射，设置于上层。
采用这种金属层设置方式，能够明显提高光伏电池的耐耗损性能，提高光电转化效率。
第一钝化层22设置于第一硅晶片21上；第一金属接触层23沉积在第一钝化层22上，第一钝化层22上具有第一预定形状的第一图案。这里的第一预定形状的图案可以是规律分布的圆形、椭圆形或方形的图案或者坑洞(无钝化层部分)，用于后续填充绝缘层24以及在绝缘层24中进一步设置与第二金属层25相连接的金属触点31。所述第一钝化层22可以包含氮化硅、二氧化硅或氧化铝。
第一金属层23在第一图案处具有嵌入到第一钝化层22中的第一金属触点30，与第一硅晶片21相接触，第一金属层23上留有第二预定形状的空缺部位。
绝缘层24设置于第一金属层23之上，并且填充第二预定形状的空缺部位。
第二金属接触层25沉积在绝缘层24之上，其中，绝缘层24上具有与空缺部位匹配，但尺寸小于空缺部位的第二图案(该图案可以通过烧蚀或生成过程中的抑制等其他手段在绝缘层上形成)，第二图案穿透绝缘层24、空缺部位到达第一硅晶片21，第二金属接触层25具有嵌入在第二烧蚀图案中的第二金属触点31。
本发明中使用的晶片可为约20微米厚度至约100微米厚度。绝缘层可以采用二氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
第一金属层和第二金属层上的触点彼此通过绝缘层隔离，避免二者上的电子和空穴对复合。
光伏电池还包括第二钝化层，所述第二钝化层位于所述第一硅晶片1下方。第一硅晶片的厚度为30-200微米。第一钝化层的厚度为20-100微米。
下面介绍，在本实施例中，光伏电池的制备过程如下：
首先，生成第一硅晶片21，该硅晶片21的厚度可以根据需要自行选择，比如，可以为30-200微米。该硅晶片可以是通过晶片生长方式获得也可以是切割获得。
接下来，在所述第一硅晶片上生成第一钝化层22；钝化层可以为氮化硅、氧化硅等。第一钝化层可以通过生长或沉积的方式形成。
在所述第一钝化层22上方通过激光溅射或等离子体溅射方法沉积第一金属层23的第一部分29，然后，通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点30。接下来，在第一金属层25的第一部分29上通过溅射方式形成第一金属层的第二部分28。其中，在生成所述第一钝化层22和所述第一金属层23时，在第一硅晶片上通过遮盖的方式形成第一图案，在所述第一图案处，形成所述第一钝化层22和所述第一金属层23的缺失部分，换言之，在被遮挡的部分处，没有第一钝化层22和第一金属层23形成，形成凹坑。
接下来，在所述第一金属层23的第二部分28上形成第一绝缘层24，所述第一绝缘层24覆盖在所述第一金属层23上并且填充在所述缺失部分中。也就是说，第一绝缘层覆盖整个材料的表面。
然后，在所述第一绝缘层24上通过激光溅射或等离子体溅射等方式形成第二金属层25的第一部分27，所述第二金属层25的第一部分27包含金属锡。
接下来，在所述第二金属层的第一部分27上、在第一钝化层22和所述第一金属层23的缺失部分的中心部位，通过激光烧蚀方法，形成若干第二金属触点。
在所述第二金属层的第一部分27上通过激光溅射方法形成第二金属层的第二部分26，第二部分26包含金属锌或锌锡合金。
实际上，在本实施例中，申请人主要是修改了形成金属触点以及最终形成金属层的顺序，但是这一个小的改变，却带来了性能方面非常显著的提高。在本实施例中，第一金属层和第二金属层均为双层构造，下层为锡层27、29，上层为锌层26、28。
测试：
采用如下公式光电转换效率＝(标准条件下组件最大输出功率/组件面积*1000W/m2)*100％
在其他条件不变的情况下，分别测试采用(1)一次性沉积的金属层、(2)两次沉积(第一和第二金属层均分两层)之后进行烧蚀，(3)以及分两次沉积，在第一次沉积之后烧蚀，然后再次沉积(实施例2)三种情况下，所制成的光伏电池在强光持续照射3个月后的转化效率衰减情况。
分别对三种不同的光伏电池，在4000W/m2的辐照度情况下，分别持续照射90天。
然后，分别测试照射前和照射后，光伏电池的转化效率。
从上面的表中可以看出，采用双层先后分两次沉积的金属层，其转化效率的衰减明显弱于一次性沉积的情况以及分两次沉积之后进行烧蚀的情况。
需要说明的是光伏电池的衰减本身并不是很快，因此，虽然2.5％与1.3％看起来差别不大，但是实际上这种差异对于光伏电池而言是显著的。光伏电池的寿命通常在15-25年，因此，衰减降低一倍长久来看会带来供电效率显著的提升。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括：多个光伏电池板、多个直流电流表、光伏逆变器、一台或多台风力发电机、一台柴油发电机、整流器、变压器、储能装置、发电接收总线、中央控制器、供电总线、多个交流电能表，
每个所述光伏电池板的输出串联连接一个直流电流表；
所述直流电流表具有唯一编号并且与所述中央控制器通讯连接；
多个所述光伏电池板彼此并联连接，并且并联后一路连接至所述光伏逆变器，另一路连接至所述储能装置；
所述光伏逆变器将光伏电池板输出的直流电转化成交流电，输出给所述发电接收总线；
所述储能装置与所述供电总线相连；
所述风力发电机和所述柴油发电机的输出分别与所述发电接收总线相连；
所述发电接收总线连接至所述整流器；
所述整流器对发电机发出的电流进行整流后输出给所述变压器；
所述变压器将电压转换至220V，输送给供电总线；
所述供电总线连接至用户的入户供电线；
每条入户供电线上安装一个交流电能表；
所述中央控制器分别与所述储能装置、所述风力发电机、所述柴油发电机、所述变压器、所述交流电能表直接或间接相连，
所述光伏电池板包括：第一硅晶片、第一钝化层、第一金属接触层、绝缘层、第二金属接触层；
所述第一硅晶片设置于所述光伏电池板的最下层；
所述第一钝化层设置于所述第一硅晶片上；
所述第一金属接触层沉积在所述第一钝化层上，所述第一钝化层上具有第一预定形状的第一图案，所述第一金属层在所述第一图案处具有嵌入到所述第一钝化层中的第一金属触点，与所述第一硅晶片相接触，所述第一金属层上留有第二预定形状的空缺部位；
所述绝缘层设置于所述第一金属层之上，并且填充所述第二预定形状的空缺部位；
所述第二金属接触层沉积在所述绝缘层之上，其中，所述绝缘层上具有与所述空缺部位匹配，但尺寸小于所述空缺部位的第二图案，所述第二图案穿透所述绝缘层、所述空缺部位到达所述第一硅晶片，所述第二金属接触层具有嵌入在所述第二图案中的第二金属触点，
所述第一金属层和所述第二金属层均由两层结构构成，其中下层结构为锡层，上层结构为锌或锌锡合金层，其中，第一金属层的形成过程为：在所述第一钝化层(22)上方通过激光溅射或等离子体溅射方法沉积第一金属层(23)的第一部分(29)，然后，通过激光烧蚀方式向所述第一硅晶片方向烧蚀形成若干第一金属触点(30)，接下来，在第一金属层25的第一部分(29)上通过溅射方式形成第一金属层的第二部分(28)，
第二金属层的形成过程为：在所述绝缘层(24)上通过激光溅射或等离子体溅射方式形成第二金属层(25)的第一部分(27)，所述第二金属层(25)的第一部分(27)包含金属锡，
接下来，在所述第二金属层的第一部分(27)上、在第一钝化层(22)和所述第一金属层(23)的缺失部分的中心部位，通过激光烧蚀方法，形成若干第二金属触点，
在所述第二金属层的第一部分(27)上通过激光溅射方法形成第二金属层的第二部分(26)，第二部分(26)包含金属锌或锌锡合金。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述光伏电池板安装在居民的屋顶。
3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述风力发电机包括叶轮、塔台和交流发电机，所述叶轮可旋转地安装在所述塔台上，所述叶轮与所述交流发电机的转轴传动连接。
4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述储能装置为大容量蓄电池组。
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