CN113270883A - 一种光伏电能存储系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏电能存储系统及方法。其中包括：光伏发电设备、储能模块和控制器。光伏发电设备由多个太阳能电池板组成，用于将光能转化为电能；储能模块由多个储能结构单元串联和/或并联组成，储能结构单元由多个电池单元串联和/或并联的方式连接，且储能模块易拆卸地连接于箱体中；控制器用于监控储能模块的电压值，具体为控制光伏发电设备向储能模块充电，且在监测到储能模块的功率达到预设值时，控制器控制光伏发电设备停止充电。提高了光伏发电设备与储能模块之间的匹配度以及光伏发电的电能利用效率。本发明的光伏电能存储方法能够提高储能模块使用的灵活性和可操作性。

Description

一种光伏电能存储系统及方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏电能存储系统及方法。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，以光伏和风力发电为代表的新能源领域不断蓬勃发展，新能源的成本上已经可以和传统能源产生方式相竞争。特别是光伏发电，因为利用其取之不尽的光能不需要任何成本，而且光能的形式安全环保，随着光伏发电技术和产业的成熟，光伏电力在一些区域已经成为最经济的能源发电形式，并且其发电成本还有很大的下降空间。光伏发电具有较低的发电成本，以及光伏能源安全环保的优点，使得光伏发电会在未来成为主力的发电形式，光伏发电将大到应用在GW级的集中电站，小到应用在公共建筑幕墙、居民屋顶、棚顶、窗户、路灯、公交站台、甚至公园座椅等等。

对比传统化石能源发电，光伏发电也有一些劣势，比如需要大量的受光空间、光伏发电量随光照情况影响波动大等等，对应远距离传输损耗、与电网实际用电需求不匹配、分散的小光伏设备接入电网成本高等问题。这些制约条件将极大的遏制了光伏发电的效率。通过对光伏发电能源的存储，可以有效的改善这些问题，但目前的光伏储能设备都是一体式的，只能用于联网设备供电，利用效率偏低。

因此，亟需设计一种光伏电能存储系统及方法来解决现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

本发明的第一方面在于提出一种光伏电能存储系统，用以解决现有技术中储能设备一体式且不易拆卸，光伏发电的电能利用效率低的技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面在于提供一种光伏电能存储系统，包括：

光伏发电设备，所述光伏发电设备由多个太阳能电池板组成，用于将光能转化为电能；

储能模块，所述储能模块由多个储能结构单元串联和/或并联组成，所述储能结构单元由多个电池单元串联和/或并联的方式连接，且所述储能模块易拆卸地连接于箱体中；

控制器，所述控制器用于监控所述储能模块的电压值；

控制所述光伏发电设备向所述储能模块充电，且在监测到所述储能模块的电压值达到预设值时，所述控制器控制所述光伏发电设备停止充电。

作为一种可选方案，包括逆变器，所述逆变器集成于所述控制器中，以将所述光伏发电设备传输的电流进行交流和直流之间的转换。

作为一种可选方案，还包括交流负载装置，所述交流负载装置与所述光伏发电设备连接，且所述控制器监控所述交流负载装置的电压值。

作为一种可选方案，包括电网，电网与所述光伏发电设备连接。

作为一种可选方案，还包括计量系统，所述计量系统设置于所述电网和所述光伏发电设备之间，且所述计量系统连接于所述控制器；所述计量系统用于计量传输至电网的电量，并将计量数据反馈至所述控制器。

作为一种可选方案，还包括直流负载装置，所述直流负载装置与所述储能模块连接。

作为一种可选方案，还包括直流负载装置，所述直流负载装置与所述控制器连接。

作为一种可选方案，还包括检验装置，所述检验装置用于检测储能模块的电性能和可靠性能。

本发明第二方面在于提供一种光伏电能存储方法，包括以下步骤：

S1：安装固定电池单元；

S2：将多个所述电池单元通过串联和/或并联的方式连接，形成储能结构单元；

S3：将多个所述储能结构单元通过串联和/或并联形成储能模块，将所述储能模块放入箱体中；

S4：将光伏发电设备与所述储能模块连接，通过控制器控制所述光伏发电设备向所述储能模块充电，且在监测到所述储能模块的电压值达到预设值时，所述控制器控制所述光伏发电设备停止充电。

作为一种可选方案，多个所述储能结构单元按顺序先后进行充电，以使前一个所述储能结构单元充满电以后，后一个所述储能结构单元开始充电。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设计一种储能模块，该储能模块由多个易拆卸的电池单元结构组成，使得用户可以根据需求实现储能模块自由拆卸和组装，提高了光伏发电设备与储能模块之间的匹配度，进而能够提高储能模块使用的灵活性。同时，由于储能模块易拆卸，这样避免了光伏电能在利用传统线缆进行远距离传输时的电阻损耗，进而提高了电能的利用效率。

本发明还提供一种光伏电能存储方法，储能结构单元和储能模块均易拆卸，这样用户可以根据实际情况需要灵活地组装连接储能模块。当直流负载装置或交流负载装置所需要的额定电压值较高时，用户通过计算灵活地组装储能模块，使储能模块的充满时的电压值等于直流负载装置或交流负载装置所需要的额定电压值，从而提高储能模块使用的灵活性和可操作性。更进一步地，当储能模块充满电时，用户可以立即将储能模块从箱体中拆卸下来，并安装待充电的储能模块，进而提高光伏发电设备的电能利用效率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的光伏电能存储系统的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的光伏电能存储系统的流程示意图；

图3为本发明实施例三提供的光伏电能存储系统的流程示意图；

图4为本发明实施例一提供的光伏电能存储方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1-图3所示，本实施例第一方面提供一种光伏电能存储系统，用于将自然界中的太阳能转换成电能进行存储和利用，进而提高了对环境的保护。其中光伏电能存储系统主要包括：光伏发电设备、储能模块和控制器。光伏发电设备由多个太阳能电池板组成，用于将光能转化为电能；储能模块由多个储能结构单元串联和/或并联组成，储能结构单元由多个电池单元串联和/或并联的方式连接，且储能模块易拆卸地连接于箱体中；控制器用于监控储能模块的电压值，具体为控制光伏发电设备向储能模块充电，且在监测到储能模块的功率达到预设值时，控制器控制光伏发电设备停止充电。

优选地，多个电池单元通过串连和/或并联组成易拆卸的储能结构单元，多个储能结构单元通过串连和/或并联组成易拆卸的储能模块，这样用户能够根据实际需求任意组装不同储电量的储能模块，使电能存储更加灵活、便捷。示例性地，由于储能模块易于拆卸和安装，可以适用于更多的实际环境中，也就是说储能模块具有更广泛的用途。具体地，当充满电后的储能模块能够被拆卸下来应用于电瓶车上，或者是销售给回收机构，当然回收机构也能够将储能模块进行再次拼装形成更大的储能模块，以用于电动汽车。以此类推，当电动汽车中的储能模块电量耗尽时，用户能够及时将储能模块拆卸下来。进而可以更换上新的储能模块，使得用户操作更加便捷，进而提高光伏发电设备的电能利用效率。

理论上，储能模块可以与光伏发电设备直接连接，但是由于太阳能电池板的发电受天气、昼夜等因素的影响，使得发电不稳定，为了提高光伏发电效率同时避免过度充电对储能模块的影响，此时控制器是必不可少的。

进一步地。在本实施例中，控制器一端连接于光伏发电设备，另一端连接于储能模块，控制器通过实时监控储能模块的电压值，进而避免储能模块充电过度，使储能模块受损。示例性地，储能模块设定有额定电压值和额定功率值，当控制器监控到储能模块的电压值达到额定电压值时，控制器控制光伏发电设备停止向储能模块充电，此时充满电量的储能模块所具有的功率值为额定功率值，并发出“充满电量”的信号提示，使用户能够及时将充满电量的储能模块拆卸下来，进而更换其余待充电的储能模块。有利于监控并保护储能模块不会因过度充电导致其受损。根据用户实际需要，光伏发电设备可以设计为百叶窗结构、矩阵结构、叠层结构等样式。

与现有技术相比，本发明的储能模块由多个易拆卸的电池单元结构组成，使得用户可以根据需求实现储能模块自由拆卸和组装，提高了光伏发电设备与储能模块之间的匹配度，进而能够提高储能模块使用的灵活性以及光伏发电的电能利用效率。同时，由于储能模块易拆卸，这样避免了光伏电能在利用传统线缆进行远距离传输时的电阻损耗，进而提高了电能的利用效率。

如图1-图3所示，本实施例还包括逆变器和交流负载装置，逆变器集成于控制器中，以将光伏发电设备传输的电流进行交流和直流之间的转换，光伏发电设备向交流负载装置供电，且控制器监控交流负载装置的电压值。

优选地，逆变器与控制器集成为一体式，有利于设备的小型化，便于加工和安装。控制器连接于交流负载装置和光伏发电设备之间，这样光伏发电设备所产生的电流通过逆变器由直流电转换为交流电，进而交流电流进交流负载装置供交流负载装置使用。值得注意的是，在电流流进逆变器之前，电流首先流进控制器，此时控制器能够根据交流负载装置的额定功率，计算出所需要的额定电压值，进而控制器通过控制光伏发电设备的输出电压值略高于额定电压值(由于光伏发电设备及传输线路中有电能损耗)，进而使得交流负载装置能够在额定电压值下正常工作，避免交流负载装置受损，延长其使用寿命。

如图1-图3所示，本实施例包括电网和计量系统，示例性地，当不需要对储能模块进行充电或储能模块电量已全部充满时，此时光伏电能存储系统可以对电网进行供电。这样一方面能够提高光伏发电设备的电能利用率，另一方面光伏发电设备通过向电网出售电量，进而赚取额外的利润，提高了光伏发电设备的经济效益。计量系统设置于电网和光伏发电设备之间，且计量系统连接于控制器；计量系统用于计量传输至电网的电量，并将计量数据反馈至控制器。除此之外，易拆卸的储能模块能够从电网中脱离出来，不仅能够通过电缆线的连接方式使用储能模块中的电能，而且也可以通过更换储能模块进而提高光伏发电设备的电能利用率。

具体地，光伏发电设备中所产生的电流经过逆变器，使电流由直流电转换成交流电，在这个过程中控制器能够实时监控并控制光伏发电设备的所产生的电能的电压值维持在220V，之后电流流进计量系统，通过计量系统计算统计传输电流的总量，且计量系统能够将计量数据实时反馈至控制器中，并控制光伏发电设备是否继续为电网供电。这样在电网的电价较低时，光伏电能存储系统可以对储能模块进行充电，和/或对交流负载装置进行充电；当电网的电价较高时，光伏电能存储系统可以将电能销售至电网，并赚取一定的差价，进而提高了光伏电能存储系统的电能利用率，获得额外的经济效益。

如图1-图3所示，本实施例还包括散热箱和检验装置，检验装置用于检测储能模块的电性能和可靠性能。

优选地，散热箱用于放置充满电量的储能模块，这样在远距离运输储能模块时，有利于储能模块及时散出其内部的热量，提高储能模块的稳定性和安全可靠性，避免由于储能模块内部热量其中导致发生火灾等现象。同时散热箱有利于储能模块的长期保存。检验装置可以与散热箱连接，这样当储能模块充满电时，将储能模块装入散热箱后，检验装置能够快速地全检或抽检储能模块的内阻、电压、功率等电学性能指标，进而将电学性能相近的储能模块分类放置在一起，有利于在后期使用储能模块时，能够将电学性能相近的储能模块共同安装于直流负载装置或交流负载装置，提高电能的利用效率。

在本实施例中第二方面还提供一种光伏电能存储方法，其中包括以下步骤：

S1：安装固定电池单元；

S2：将多个电池单元通过串联和/或并联的方式连接，形成储能结构单元；

S3：将多个储能结构单元通过串联和/或并联形成储能模块，将储能模块放入箱体中；

S4：将光伏发电设备与储能模块连接，通过控制器控制光伏发电设备向储能模块充电，且在监测到储能模块的电压值达到预设值时，控制器控制光伏发电设备停止充电。

进一步地，储能结构单元和储能模块均易拆卸，这样用户可以根据实际情况需要灵活地组装连接储能模块。示例性地，当直流负载装置或交流负载装置所需要的额定电压值较高时，用户通过计算灵活地组装储能模块，使储能模块在充满时的电压值等于直流负载装置或交流负载装置所需要的额定电压值，从而提高储能模块使用的灵活性和可操作性。更进一步地，当储能模块充满电时，用户可以立即将储能模块从箱体中拆卸下来，并安装待充电的储能模块，进而提高光伏发电设备的电能利用效率。

优选地，多个储能结构单元按顺序先后进行充电，以使前一个储能结构单元充满电以后，后一个储能结构单元开始充电。这样储能结构单元的充电遵循一定的顺序，按照此顺序依次对储能结构单元进行充电，进而使储能模块充满电量。当然，用户可以根据实际情况需要，通过编程控制以上储能结构单元的充电顺序，使光伏电能存储方法更加灵活、同时这种储能方法也能够满足不同项目对不同储能模块的充电要求，进而能够更好地匹配光伏发电设备。

示例性地，光伏发电设备是由不同的太阳能电池组成的，在使用过程中当某一区域太阳能电池出现损坏时，用户可以通过修改控制储能结构单元充电顺序的计算机程序来决定优先为某一个或某几个储能结构单元进行充电，进而提高了储能结构单元与光伏发电设备的匹配度，从而提高了光伏电能存储方法的灵活性和可操作性。

实施例二

如图1-图3所示，本实施例第一方面提供一种光伏电能存储系统，其与实施例一的区别在于，光伏电能存储系统还包括直流负载装置，直流负载装置与储能模块连接。

优选地，对于小型光伏项目或为手机、平板等电子产品；电瓶车、电动车等移动电源供电时，由于这些移动电源均为直流负载装置，因为并不需要逆变器对电流进行转换，可以直接将直流负载装置与储能模块连接，并通过控制器监控直流负载装置的电压值，以免直流负载装置充电过度。值得注意的是，本实施例中的控制器是单向的控制器，也就是说，在本实施例中电流只能沿控制器流进储能模块，单向的控制器价格低，设备体积小，用户安装时易于操作，进而节约光伏电能存储系统的成本。

示例性地，光伏发电设备可以设计为百叶窗结构，在百叶窗结构的侧边设计绝缘边框，储能模块和控制器安装在绝缘边框内部，这样百叶窗结构所产生的电能能够直接通过控制器进入储能模块进行存储，进而储能模块与外界直流负载装置连接，使储能模块中的电流用于直流负载装置进行正常运转。百叶窗结构的光伏发电设备由多个太阳能电池串并联组成，用户可以根据直流负载装置的额定电压值通过计算匹配太阳能电池的个数，进而使得百叶窗结构的光伏发电设备的电压输出参数与储能模块的充电参数以及直流负载装置的额定电压参数匹配，这样控制器也可以省去，使得光伏电能存储系统更加简洁易操作，同时节约成本。

在本实施例中第二方面还提供一种光伏电能存储方法，其中包括以下步骤：

S1：安装固定电池单元；

S2：将多个电池单元通过串联和/或并联的方式连接，形成储能结构单元；

S3：将多个储能结构单元通过串联和/或并联形成储能模块，将储能模块放入箱体中；

S4：将光伏发电设备与储能模块连接，通过控制器控制光伏发电设备向储能模块充电，且在监测到储能模块的电压值达到预设值时，控制器控制光伏发电设备停止充电。本实施例中其余结构与实施例一均相同，此处不再赘述。

实施例三

本实施例提供一种光伏电能存储系统，其与实施例一的区别在于，光伏电能存储系统还包括直流负载装置，直流负载装置与控制器连接。

优选地，直流负载装置可以直接与控制器连接，储能模块与光伏发电设备连接，并通过控制器监控储能模块的电压值，在本实施例中，控制器为双向的控制器，也就是说，光伏发电设备所产生的电流可以流进控制器，再由控制器流进储能模块；当天气恶劣(例如阴天、雨天)或没有光照的夜晚时，光伏发电设备不产生电能，此时储能模块中的电流也可以流进控制器，再由控制器流进直流负载装置，使得直流负载装置不受光照条件等天气因素的影响，能够连续工作，进一步提升电能的利用效率。

本实施例中，无需逆变器和电网，使得光伏电能存储系统结构简单，节约成本，用户易操作，同时由于光伏发电设备可以为直流负载装置供电，储能模块也可以为直流负载装置供电，进而使得光伏电能存储系统更加灵活和多元化，提高了光伏电能存储系统的电能利用效率。

在本实施例中第二方面还提供一种光伏电能存储方法，其中包括以下步骤：

S1：安装固定电池单元；

S2：将多个电池单元通过串联和/或并联的方式连接，形成储能结构单元；

S3：将多个储能结构单元通过串联和/或并联形成储能模块，将储能模块放入箱体中；

S4：将光伏发电设备与储能模块连接，通过控制器控制光伏发电设备向储能模块充电，且在监测到储能模块的电压值达到预设值时，控制器控制光伏发电设备停止充电。本实施例中其余结构与实施例一均相同，此处不再赘述。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种光伏电能存储系统，其特征在于，包括：

光伏发电设备，所述光伏发电设备由多个太阳能电池板组成，用于将光能转化为电能；

储能模块，所述储能模块由多个储能结构单元串联和/或并联组成，所述储能结构单元由多个电池单元串联和/或并联的方式连接，且所述储能模块易拆卸地连接于箱体中；

控制器，所述控制器用于监控所述储能模块的电压值；并控制所述光伏发电设备向所述储能模块充电，且在监测到所述储能模块的电压值达到预设值时，所述控制器控制所述光伏发电设备停止充电。

2.根据权利要求1所述的光伏电能存储系统，其特征在于，包括逆变器，所述逆变器集成于所述控制器中，以将所述光伏发电设备传输的电流进行交流和直流之间的转换。

3.根据权利要求2所述的光伏电能存储系统，其特征在于，还包括交流负载装置，所述光伏发电设备向所述交流负载装置供电，且所述控制器监控所述交流负载装置的电压值。

4.根据权利要求2所述的光伏电能存储系统，其特征在于，还包括电网，所述电网与所述光伏发电设备连接。

5.根据权利要求4所述的光伏电能存储系统，其特征在于，还包括计量系统，所述计量系统设置于所述电网和所述光伏发电设备之间，且所述计量系统连接于所述控制器；所述计量系统用于计量传输至电网的电量，并将计量数据反馈至所述控制器。

6.根据权利要求1所述的光伏电能存储系统，其特征在于，还包括直流负载装置，所述直流负载装置与所述储能模块连接。

7.根据权利要求1所述的光伏电能存储系统，其特征在于，还包括直流负载装置，所述直流负载装置与所述控制器连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的光伏电能存储系统，其特征在于，还包括检验装置，所述检验装置用于检测储能模块的电性能和可靠性能。

9.一种光伏电能存储方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：安装固定电池单元；

S2：将多个所述电池单元通过串联和/或并联的方式连接，形成储能结构单元；

S3：将多个所述储能结构单元通过串联和/或并联形成储能模块，将所述储能模块放入箱体中；

S4：将光伏发电设备与所述储能模块连接，通过控制器控制所述光伏发电设备向所述储能模块充电，且在监测到所述储能模块的电压值达到预设值时，所述控制器控制所述光伏发电设备停止充电。

10.根据权利要求9所述的光伏电能存储方法，其特征在于，多个所述储能结构单元按顺序先后进行充电，以使前一个所述储能结构单元充满电以后，后一个所述储能结构单元开始充电。

Images