CN113346544A - 一种光伏抽水储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光伏抽水储能装置，包括光伏发电装置、水箱、水泵、水井、水轮机、发电机、第一连接管、第二连接管及控制器，光伏发电装置和水箱相邻安装在房屋屋顶，水箱的出水口安装有电磁阀门；水泵的进水口与水井连通；水轮机固定在水井水面以上且其底部的出水口连通水井；发电机固定在水轮机上部且其输入轴与水轮机输出轴传动连接；本发明设计新颖，结构简单，克服分布式光伏发电装置的间歇性，避免建设高投入的基础设施，充分利用房屋和水井高度差及水井内存有充足水源的环境优势，通过光伏发电装置吸收光能转化为电能，通过水泵抽水注入水箱，将电能转化为水的势能并储存起来或者直接出售至外部的国家电网。

Description

一种光伏抽水储能装置
技术领域
本发明涉及可再生能源利用领域，特别涉及一种光伏抽水储能装置。
背景技术
目前，中国75％的电力需求来自煤炭，中国经济的快速发展和人口的增加导致了更多的电力需求，进而加剧了煤炭消费，然而，煤炭燃烧发电不仅会释放更多的二氧化氮、氧化氮和二氧化氮污染空气，还会造成大量的水污染和噪音污染，所以提高再生能源的利用份额变得越来越重要，可再生能源分为太阳能，风能，水能，生物质能和潮汐能，而太阳能相比较于其他的可再生能源，应用技术更加成熟，环境要求也更低，更利于推广使用。
近年来，我国大规模光伏发电系统与电网并网连接，对燃煤能源实现了一定数量的替代，在节能减排上也发挥了一定的作用。然而，分布式光伏发电的间歇性特性极大地影响了它的发展，对于小型(家庭)分布式光伏发电系统的并网严重地影响到电网的安全可靠运行，在分布式能源并网条件不成熟的前提下，储能成为解决分布式能源缺陷的一大途径，现有的发电装置的储能主要是采用蓄电池，其成本高、维修麻烦，维护成本高，且会造成二次污染。
抽水储能作为一种储能方式，现已应用在大规模光伏发电系统中作为主要的储能方式，但由于需要较高的高度差和大量的水，导致抽水储能基础设施需要大量的资金和较高的施工工艺，不仅难以大面积推广，而且对于分布在广大农村地区的光伏发电系统也不适用。
因此如何提供一种适用于广大农村地区的光伏抽水储能装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种光伏抽水储能装置，适用于广大的农村地区，解决现有分布式光伏发电系统无较好的抽水储能装置技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种光伏抽水储能装置，包括光伏发电装置、水箱、水泵、水井、水轮机、发电机、第一连接管、第二连接管及控制器，
光伏发电装置和水箱相邻安装在房屋屋顶，水箱顶部具有进水口，底部具有出水口，且水箱的出水口安装有电磁阀门；水泵的进水口与水井连通；水轮机固定在水井水面以上且其底部的出水口连通水井；发电机固定在水轮机上部且其输入轴与水轮机输出轴传动连接；
第一连接管竖直布置，其一端的进水口与水泵的出水口连通，另一端的出水口与水箱的进水口连通；第二连接管竖直布置，其一端的进水口与水箱的出水口连通，另一端的出水口与水轮机一侧的进水口连通；
控制器分别与光伏发电装置、水泵、发电机、水箱出水口安装的电磁阀门、房屋的供电系统及外部的国家电网电连接。
本发明的有益效果是：克服分布式光伏发电装置的间歇性，避免建设高投入的基础设施，充分利用房屋和水井高度差及水井内存有充足水源的环境优势，通过光伏发电装置吸收光能转化为电能，电能通过控制器直接供给房屋的供电系统，当电能过量充裕时，控制器启动水泵抽水注入水箱，将电能转化为水的势能并储存起来或者直接出售至外部的国家电网；当电能欠缺时，控制器开启水箱出水口的电磁阀门，水箱内水受重力，经第二连接管，从水轮机一侧的进水口进入，并带动水轮机的叶轮(现有结构)转动，叶轮带动水轮机的输出轴转动，输出轴与发电机的输入轴传动连接，并带动发电机输入轴转动，发电机将接收的机械能转化为电能，并通过控制器供给房屋的供电系统。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，光伏发电装置可以包括支架、光伏发电板及逆变器，支架固定在房屋屋顶；光伏发电板水平固定在支架上；逆变器分别与光伏发电板和控制器电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：逆变器可以将光伏发电板转化的直流电变为交流电，更适用于房屋的供电系统。
进一步，支架可以包括四根伸缩立杆和多根横杆，多根横杆两端分别安装在四根伸缩立杆侧壁。
采用上述进一步方案的有益效果是：支架的可伸缩立柱，可以调整单个立柱的高度，进而调整光伏发电板的摆放角度，从而始终保持光伏发电板最大的吸光角度。
进一步，还可以包括蛇形管，蛇形管与光伏发电板的平面平行且固定在光伏发电板底面；第一连接管安装有第一三通阀，第一三通阀一端的出水口与水箱的进水口连通，另一端的出水口与蛇形管一端的进水口连通；水箱的进水口和蛇形管一端的进水口均安装有与控制器电连接的电磁阀门；蛇形管另一端的出水口与房屋的供水系统连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：控制器控制水箱进水口电磁阀门关闭，蛇形管一端的进水口电磁阀门打开，启动水泵抽水作业，水井中的底下水注入蛇形管，由于蛇形管固定在光伏发电板底面，吸收光伏发电板产生的热量，可以加热蛇形管内部的水，蛇形管另一端的出水口与房屋内供水系统连通，可以为房屋内供水系统提供热水。
进一步，还可以包括清洁水管，清洁水管固定在光伏发电板上表面一端；第一连接管安装有第二三通阀，第二三通阀位于第一三通阀上方，且第二三通阀的进水口与第一三通阀另一端的出水口连通，第二三通阀一端的出水口与蛇形管一端的进水口连通，另一端的出水口与清洁水管一端的进水口连通；清洁水管另一端的出水口安装有喷头。
采用上述进一步方案的有益效果是：控制器控制水箱进水口电磁阀门关闭，蛇形管一端的进水口电磁阀门关闭，启动水泵抽水作业，水井中的底下水注入清洁水管，并从清洁水管另一端出水口安装的喷头中喷出，清洗光伏发电板。
进一步，还可以包括净水器，净水器安装在水泵的进水口。
采用上述进一步方案的有益效果是：地下水进入水泵前通过净化器净化，不仅可以延长水泵实用寿命，还可以保证装置内循环用水干净，无污染。
进一步，还可以包括增高架，增高架底部固定在水井井底，顶部露出水井水面；水轮机固定在增高架顶部，且其一侧的进水口与第二连接管的出水口连通，底部的出水口位于水井上方；发电机固定在水轮机且其输入轴与水轮机的输出轴传动连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：控制器打开水箱出水口电磁阀门，水箱内水受重力，经第二连接管，从水轮机一侧流入，水轮机将水的势能转化为机械势能，传递至发电机，发电机将接收的机械势能转化为电能，并通过控制器供给房屋的供电系统或者出售至外部的国家电网。
进一步，控制器为PLC控制器。
附图说明
图1为本发明一种光伏抽水储能装置结构示意图；
图2为本发明一种光伏抽水储能装置中光伏发电装置结构示意图；
图3为本发明一种光伏抽水储能装置中蛇形管结构示意图；
图4为本发明一种光伏抽水储能装置中水轮机发电机一体机结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、光伏发电装置，101、支架，1011、伸缩立柱，1012、横杆，102、光伏发电板，103、逆变器，104、蛇形管，105、清洁水管，2、水泵，3、水轮机，4、第一连接管，5、第二连接管，6、水井，7、水箱，8、控制器，9、供电系统，10、国家电网，11、第一三通阀，12、第二三通阀，13、供水系统，14.发电机，15、增高架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种光伏抽水储能装置，包括光伏发电装置1、水箱7、水泵2、水井6、水轮机3、发电机14、第一连接管4、第二连接管5及控制器8，
光伏发电装置1和水箱7相邻安装在房屋屋顶，水箱7顶部具有进水口，底部具有出水口，且水箱7的出水口安装有电磁阀门；水泵2的进水口与水井6连通；水轮机3固定在水井6水面上方且其底部的出水口连通水井6；发电机14固定在水轮机3的上部且其输入轴与水轮机3的输出轴传动连接；
第一连接管4竖直布置，其一端的进水口与水泵2的出水口连通，另一端的出水口与水箱7的进水口连通；第二连接管5竖直布置，其一端的进水口与水箱的7的出水口连通，另一端的出水口与水轮机3一侧的进水口连通；
控制器8分别与光伏发电装置1、水泵2、发电机14、水箱7出水口安装的电磁阀门、房屋的供电系统9及外部的国家电网10电连接。
光伏抽水储能装置工作原理：
光照充足时，光伏发电装置1将光能转化为电能，并通过控制器8传输至房屋的供电系统9、出售至外部的国家电网10或者开启水泵2，水泵2抽水做功，将水井6内水，加压注入水箱7，完成将电能转化为水的势能并储存起来；夜幕降临，光照消失，控制器8控制水箱7出水口电磁阀门打开，水箱7内水受重力，流回水井，流经水轮机3，水轮机3将水的势能转化为机械能，由于水轮机3的输出轴与发电机14的输入轴传动连接，水轮机3将机械势能传递至发电机14，发电机33将其接收的机械势能转化为电能，通过控制器8控制供给房屋的供电系统9或者出售至外部的国家电网10。
在一些具体实施例中，光伏发电装置1包括支架101、光伏发电板102及逆变器103，支架101固定在房屋屋顶；光伏发电板102水平固定在支架101上；逆变器103分别与光伏发电板102和控制器8电连接。
在一些具体实施例中，支架101包括四根伸缩立杆1011和多根横杆1012，多根横杆1012两端分别安装在四根伸缩立杆1011侧壁。
在一些具体实施例中，还可以包括蛇形管104，蛇形管104与光伏发电板102的平面平行且固定在光伏发电板102底面；第一连接管4安装有第一三通阀11，第一三通阀11一端的出水口与水箱7的进水口连通，另一端的出水口与蛇形管104一端的进水口连通；水箱7的进水口和蛇形管104一端的进水口均安装有与控制器8电连接的电磁阀门；蛇形管104另一端的出水口与房屋的供水系统13连通。
在一些具体实施例中，还可以包括清洁水管105，清洁水管105固定在光伏发电板102上表面一端；第一连接管4安装有第二三通阀12，第二三通阀12位于第一三通阀11上方，且第二三通阀12的进水口与第一三通阀11另一端的出水口连通，第二三通阀12一端的出水口与蛇形管104一端的进水口连通，另一端的出水口与清洁水管105一端的进水口连通；清洁水管105另一端的出水口安装有喷头。
在一些具体实施例中，还可以包括净水器，净水器安装在水泵2的进水口。
在一些具体实施例中，可以包括增高架31，增高架31底部固定在水井6井底，顶部露出水井6水面；水轮机32固定在增高架31顶部，且其一侧的进水口与第二连接管5的出水口连通，底部的出水口与水井6连通；发电机33固定在水轮机32上部且其输入轴与水轮机32的输出轴通过联轴器传动连接。
在一些具体实施例中，控制器8可以为PLC控制器。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光伏抽水储能装置，其特征在于，包括光伏发电装置(1)、水箱(7)、水泵(2)、水井(6)、水轮机(3)、发电机(14)、第一连接管(4)、第二连接管(5)及控制器(8)，
所述光伏发电装置(1)和所述水箱(7)相邻安装在房屋屋顶，所述水箱(7)顶部具有进水口，底部具有出水口，且所述水箱(7)的出水口安装有电磁阀门；所述水泵(2)的进水口与所述水井(6)连通；所述水轮机(3)固定在所述水井(6)水面上方且其底部的出水口连通所述水井(6)；所述发电机(14)固定在所述水轮机(3)的上部且其输入轴与所述水轮机(3)的输出轴传动连接；
所述第一连接管(4)竖直布置，其一端的进水口与所述水泵(2)的出水口连通，另一端的出水口与所述水箱(7)的进水口连通；所述第二连接管(5)竖直布置，其一端的进水口与所述水箱的(7)的出水口连通，另一端的出水口与所述水轮机(3)一侧的进水口连通；
所述控制器(8)分别与所述光伏发电装置(1)、所述水泵(2)、所述发电机(14)、所述水箱(7)出水口安装的所述电磁阀门、所述房屋的供电系统(9)及外部的国家电网(10)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种光伏抽水储能装置，其特征在于，所述光伏发电装置(1)包括支架(101)、光伏发电板(102)及逆变器(103)，所述支架(101)固定在所述房屋屋顶；所述光伏发电板(102)水平固定在所述支架(101)上；所述逆变器(103)分别与光伏发电板(102)和所述控制器(8)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种光伏抽水储能装置，其特征在于，所述支架(101)包括四根伸缩立杆(1011)和多根横杆(1012)，多根所述横杆(1012)两端分别安装在四根所述伸缩立杆(1011)侧壁。
4.根据权利要求2所述的一种光伏抽水储能装置，其特征在于，还包括蛇形管(104)，所述蛇形管(104)与所述光伏发电板(102)的平面平行且固定在所述光伏发电板(102)底面；所述第一连接管(4)安装有第一三通阀(11)，所述第一三通阀(11)一端的出水口与所述水箱(7)的进水口连通，另一端的出水口与所述蛇形管(104)一端的进水口连通；所述水箱(7)的进水口和所述蛇形管(104)一端的进水口均安装有与所述控制器(8)电连接的电磁阀门；所述蛇形管(104)另一端的出水口与所述房屋的供水系统(13)连通。
5.根据权利要求4所述的一种光伏抽水储能装置，其特征在于，还包括清洁水管(105)，所述清洁水管(105)固定在所述光伏发电板(102)上表面一端；所述第一连接管(4)安装有第二三通阀(12)，所述第二三通阀(12)位于所述第一三通阀(11)上方，且所述第二三通阀(12)的进水口与所述第一三通阀(11)另一端的出水口连通，所述第二三通阀(12)一端的出水口与所述蛇形管(104)一端的进水口连通，另一端的出水口与所述清洁水管(105)一端的进水口连通；所述清洁水管(105)另一端的出水口安装有喷头。
6.根据权利要求1所述的一种光伏抽水储能装置，其特征在于，还包括净水器，所述净水器安装在所述水泵(2)的进水口。
7.根据权利要求1所述的一种光伏抽水储能装置，其特征在于，包括增高架(31)，所述增高架(31)底部固定在所述水井(6)井底，顶部露出所述水井(6)水面；所述水轮机(32)固定在所述增高架(31)顶部，且其一侧的进水口与所述第二连接管(5)的出水口连通，底部的出水口与所述水井(6)连通；所述发电机(33)固定在所述水轮机(32)上部且其输入轴与所述水轮机(32)的输出轴通过联轴器传动连接。
8.根据权利要求1所述的一种光伏抽水储能装置，其特征在于，所述控制器(8)为PLC控制器。
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