CN1540835A - 多功能太阳能供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能太阳能供电系统。它采用了高频链逆变器、高频交流变换器和高频交流/直流变换器，在电网断电时，能将存储于蓄电池中的太阳能转换成交流电能供给电网或负载，保持供电的连续性；在电网供电时，能向负载供电的同时将电网的电能存储于蓄电池；在电网电压偏高或偏低时，能向负载提供稳定的交流电压。它只需单级功率变换、效率高，且能双向传输能量，可以解决传统的太阳能供电系统的效率低和能量单向传输等技术问题，并同时在电网供电不正常或断电的情况下提供连续的、稳定的供电。
Description
所属技术领域
本发明涉及供电系统，具体地说是一种多功能太阳能供电系统。
背景技术
如图1所示，为传统的太阳能供电系统。太阳能电池将太阳能转换为直流电能，并存储于蓄电池中，高频逆变器将直流电能逆变成高频交流电压，通过高频变压器实现电器隔离和电能传输，高频整流器将隔离后的高频交流电压整流成直流电压，再经电网换流逆变器向电网或负载供电。
传统的太阳能供电系统有以下不足之处：
1)功率需要经过两级功率变换，系统的通态损耗较大，效率低；
2)系统只能单向传输能量，即能量只能从蓄电池向电网或负载传输，电网或负载不能向蓄电池传送能量。
在许多新的应用场合，比如新的太阳能发电系统和电网净化系统，往往需要系统具有双向能量传输能力。因此，传统的太阳能供电系统以不能适应新的要求。
发明内容
为了解决传统的太阳能供电系统的效率低和能量单向传输等技术问题，本发明的目的在于提供一种多功能太阳能供电系统。在电网断电时，能将存储于蓄电池中的太阳能转换成交流电能供给电网或负载，保持供电的连续性；在电网供电时，能向负载供电的同时将电网的电能存储于蓄电池；在电网电压偏高或偏低时，能向负载提供稳定的交流电压。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：它包括太阳能电池，蓄电池，高频隔离变压器，八个场效应晶体管，八个二极管，二个电容和开关；两输入端与电网直接相连，第一电容的一端、高频隔离变压器的绕组的同名端和开关的一输入端相连于一个输入端；第一电容的另一端、第一场效应晶体管的漏极、第一个二极管的阴极和开关的另一输入端相连于另一个输入端；第一、第二个二极管的阳极和第一、第二场效应晶体管的源极直接相连；第二场效应晶体管的漏极和第二个二极管的阴极相接后与高频隔离变压器的绕组的异名端相接；两输出端与负载直接相连，第二电容的一端，高频隔离变压器的绕组的异名端和双刀单掷开关的输入端相连于第一输出端；第二电容的另一端，第四场效应晶体管的漏极，第四个二极管的阴极和开关的输入端相连于第二输出端；第三、第四个二极管的阳极和第三、第四场效应晶体管的源极直接相连；第三场效应晶体管的漏极和第三个二极管的阴极相接后与高频隔离变压器的绕组的同名端相接；太阳能电池和蓄电池的正极，第五、第七场效应晶体管的漏极和第五、第七个二极管的阴极直接相连，太阳能电池和蓄电池的负极，第六、第八场效应晶体管的源极和第六、第八个二极管的阳极直接相连；高频隔离变压器的绕组的同名端与第六场效应晶体管的漏极，第七场效应晶体管的源极和第六个二极管阴极，第七个二极管的阳极相连；高频隔离变压器的绕组的异名端与第五场效应晶体管的源极，第八场效应晶体管的漏极和第五个二极管阳极，第八个二极管的阴极相连。
所说的开关为双刀单掷开关或单刀单掷开关或可关断的半导体器。
所说的场效应晶体管可以用其它类型的晶体管代替。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：它只需单级功率变换、效率高，且能双向传输能量，可以解决传统的太阳能供电系统的效率低和能量单向传输等技术问题，并同时在电网供电不正常或断电的情况下提供连续的、稳定的供电。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是传统的太阳能供电系统框图；
图2是本发明多功能太阳能供电系统的第一个实施例；
图3是本发明多功能太阳能供电系统的第二个实施例；
图4是本发明多功能太阳能供电系统的第三个实施例。
具体实施方式
实施例1
本发明的实施例1如图2所示，包括太阳能电池，蓄电池，高频隔离变压器T1，场效应晶体管Q1-Q8，二极管D1-D8，电容C1和C2和双刀单掷开关S0，其中高频隔离变压器T1由三个绕组NP1，NP2和NS1组成。
本发明实施例1的输入端A和B与电网直接相连，电容C1的一端，高频变压器的绕组NP1的同名端(图中用黑点标注)和双刀单掷开关S0的输入端1相连于输入端A；电容C1的另一端，场效应晶体管Q1的漏极，二极管D1的阴极和双刀单掷开关S0的输入端2相连于输入端B；二极管D1，D2的阳极，和场效应晶体管Q1，Q2的源极直接相连；场效应晶体管Q2的漏极和二极管D2的阴极相接后与绕组NP1的异名端相接；输出端C和D与负载直接相连，电容C2的一端，高频变压器的绕组NS1的异名端和双刀单掷开关S0的输入端3相连于输出端C；电容C2的另一端，场效应晶体管Q4的漏极，二极管D4的阴极和双刀单掷开关S0的输入端4相连于输出端D；二极管D3，D4的阳极，和场效应晶体管Q3，Q4的源极直接相连；场效应晶体管Q3的漏极和二极管D3的阴极相接后与绕组NS1的同名端(图中用黑点标注)相接；太阳能电池和蓄电池的正极，场效应晶体管Q5，Q7的漏极和二极管D5，D7的阴极直接相连于G点，太阳能电池和蓄电池的负极，场效应晶体管Q6，Q8的源极和二极管D6，D8的阳极直接相连于H点；高频变压器T1的绕组NP2的同名端(图中用黑电标注)与场效应晶体管Q6的漏极，Q7的源极和二极管D6阴极，D7的阳极相连于F点；绕组NP2的异名端与场效应晶体管Q5的源极，Q8的漏极和二极管D5阳极，D8的阴极相连于E点。
本发明的实施例1在电网断电时能将存储于蓄电池中的电能转换成交流电能供给电网或负载，保持供电的连续性；在电网供电时能在给负载供电的同时将电网的电能存储于蓄电池；在电网电压偏高或偏低时，能向负载提供稳定的交流电压。
1)当电网供电正常情况下，场效应晶体管Q3，Q4关断，双刀单掷开关S0闭合，电网直接向负载供电。太阳能电池可将太阳能转换成直流电能向蓄电池充电。如果太阳能不充足的情况下，电网还可通过由场效应晶体管Q1，Q2、二极管D1，D2，D5，D6，D7，D8、电容C1，高频变压器的绕组NP1和NP2组成的高频交流/直流变换器向蓄电池充电。
2)当电网断电的情况下，场效应晶体管Q1，Q2关断，双刀单掷开关S0闭合，由场效应晶体管Q3，Q4，Q5，Q6，Q7，Q8、二极管D3，D4，D5，D6，D7，D8、高频变压器的绕组NP2、NS1和电容C2组成的高频链逆变器将太阳能电池和蓄电池提供的直流电能经隔离后转换成所需的交流电压向电网或负载供电。
3)当电网供电不正常的情况下，比如电网电压偏高或偏低，双刀单掷开关S0断开，由场效应晶体管Q1，Q2，Q3，Q4，二极管D1，D2，D3，D4，高频变压器的绕组NP1、NS1和电容C1，C2组成的高频交流变换器能将不稳定的电网电压变换成稳定的交流电压提供给负载。同时电网也可通过由场效应晶体管Q1，Q2、二极管D1，D2，D5，D6，D7，D8、高频变压器的绕组NP1和NP2组成的交流/直流变换器向蓄电池充电。
本发明的实施例1采用了高频链逆变器、高频交流变换器和高频交流/直流变换器，只需单级功率变换、效率高，且具有双向传输能量的功能，可以解决传统的太阳能供电系统的效率低和能量单向传输等技术问题，并同时在电网供电不正常或断电的情况下提供连续的、稳定的供电。
实施例2
本发明的实施例2如图3所示，包括太阳能电池，蓄电池，高频隔离变压器T1，场效应晶体管Q1-Q8，二极管D1-D8，电容C1和C2和单刀单掷开关S0，其中高频隔离变压器T1由三个绕组NP1，NP2和NS1组成。
本发明实施例2的输入端A和B与电网直接相连，电容C1的一端和高频变压器的绕组NP1的同名端(图中用黑电标注)相连于输入端A，输入端A与输出端C直接相连；电容C1的另一端，场效应晶体管Q1的漏极，二极管D1的阴极和单刀单掷开关S0的输入端1相连于输入端B；二极管D1，D2的阳极，和场效应晶体管Q1，Q2的源极直接相连；场效应晶体管Q2的漏极和二极管D2的阴极相接后与绕组NP1的异名端相接；输出端C和D与负载直接相连，电容C2的一端和高频变压器的绕组NS1的异名端相连于输出端C；电容C2的另一端，场效应晶体管Q4的漏极，二极管D4的阴极和单刀单掷开关S0的输入端2相连于输出端D；二极管D3，D4的阳极，和场效应晶体管Q3，Q4的源极直接相连；场效应晶体管Q3的漏极和二极管D3的阴极相接后与绕组NS1的同名端(图中用黑电标注)相接；太阳能电池和蓄电池的正极，场效应晶体管Q5，Q7的漏极和二极管D5，D7的阴极直接相连于G点，太阳能电池和蓄电池的负极，场效应晶体管Q6，Q8的源极和二极管D6，D8的阳极直接相连于H点；高频变压器T1的绕组NP2的同名端(图中用黑电标注)与场效应晶体管Q6的漏极，Q7的源极和二极管D6阴极，D7的阳极相连于F点；绕组NP2的异名端与场效应晶体管Q5的源极，Q8的漏极和二极管D5阳极，D8的阴极相连于E点。
所述的单刀单掷开关S0可以用可关断的半导体器件代替。
本发明的实施例2的工作原理与本发明的实施例1相同，不同之处在于用开关S0的种类和连接方式不同。
实施例3
本发明的实施例3如图4所示，包括太阳能电池，蓄电池，高频隔离变压器T1，场效应晶体管Q1-Q8，二极管D1-D8，电容C1和C2和单刀单掷开关S0，其中高频隔离变压器T1由三个绕组NP1，NP2和NS1组成。
本发明实施例3的输入端A和B与电网直接相连，电容C1的一端，高频变压器的绕组NP1的同名端(图中用黑电标注)和单刀单掷开关S0的输入端1相连于输入端A，；电容C1的另一端，场效应晶体管Q1的漏极和二极管D1的阴极相连于输入端B，输入端B与输出端D直接相连；二极管D1，D2的阳极，和场效应晶体管Q1，Q2的源极直接相连；场效应晶体管Q2的漏极和二极管D2的阴极相接后与绕组NP1的异名端相接；输出端C和D与负载直接相连，电容C2的一端，高频变压器的绕组NS1的异名端和单刀单掷开关S0的输入端2相连于输出端C；电容C1的另一端，场效应晶体管Q4的漏极，二极管D4的阴极相连于输出端D；二极管D3，D4的阳极，和场效应晶体管Q3，Q4的源极直接相连；场效应晶体管Q3的漏极和二极管D3的阴极相接后与绕组NS1的同名端(图中用黑电标注)相接；太阳能电池和蓄电池的正极，场效应晶体管Q5，Q7的漏极和二极管D5，D7的阴极直接相连于G点，太阳能电池和蓄电池的负极，场效应晶体管Q6，Q8的源极和二极管D6，D8的阳极直接相连于H点；高频变压器T1的绕组NP2的同名端(图中用黑电标注)与场效应晶体管Q6的漏极，Q7的源极和二极管D6阴极，D7的阳极相连于F点；绕组NP2的异名端与场效应晶体管Q5的源极，Q8的漏极和二极管D5阳极，D8的阴极相连于E点。
所述的单刀单掷开关S0可以用可关断的半导体器件代替。
本发明的实施例3的工作原理与本发明的实施例1相同，不同之处在于用开关S0的种类和连接方式不同。
Claims (2)
1、一种多功能太阳能供电系统，其特征在于它包括太阳能电池(BS1)，蓄电池(BT1)，高频隔离变压器(T1)，八个场效应晶体管(Q1-Q8)，八个二极管(D1-D8)，二个电容(C1、C2)和开关(S0)；两输入端(A、B)与电网直接相连，第一电容(C1)的一端、高频隔离变压器的绕组NP1的同名端和开关(S0)的一输入端(1)相连于一个输入端(A)；第一电容(C1)的另一端、第一场效应晶体管(Q1)的漏极、第一个二极管(D1)的阴极和开关(S0)的另一输入端(2)相连于另一个输入端(B)；第一、第二个二极管(D1、D2)的阳极和第一、第二场效应晶体管(Q1，Q2)的源极直接相连；第二场效应晶体管(Q2)的漏极和第二个二极管(D2)的阴极相接后与高频隔离变压器(T1)的绕组(NP1)的异名端相接；两输出端(C、D)与负载直接相连，第二电容(C2)的一端，高频隔离变压器(T1)的绕组(NS1)的异名端和开关(S0)的输入端(3)相连于第一输出端(C)；第二电容(C2)的另一端，第四场效应晶体管(Q4)的漏极，第四个二极管(D4)的阴极和开关(S0)的输入端(4)相连于第二输出端(D)；第三、第四个二极管(D3，D4)的阳极和第三、第四场效应晶体管(Q3，Q4)的源极直接相连；第三场效应晶体管(Q3)的漏极和第三个二极管(D3)的阴极相接后与高频隔离变压器(T1)的绕组(NS1)的同名端相接；太阳能电池(BS1)和蓄电池(BT1)的正极，第五、第七场效应晶体管(Q5，Q7)的漏极和第五、第七个二极管(D5，D7)的阴极直接相连于(G)点，太阳能电池和蓄电池的负极，第六、第八场效应晶体管(Q6，Q8)的源极和第六、第八个二极管(D6，D8)的阳极直接相连于(H)点；高频隔离变压器(T1)的绕组(NP2)的同名端与第六场效应晶体管(Q6)的漏极，第七场效应晶体管(Q7)的源极和第六个二极管(D6)阴极，第七个二极管(D7)的阳极相连于(F)点；高频隔离变压器(T1)的绕组(NP2)的异名端与第五场效应晶体管(Q5)的源极，第八场效应晶体管(Q8)的漏极和第五个二极管(D5)阳极，第八个二极管(D8)的阴极相连于(E)点。
2、根据权利要求1所述的一种多功能太阳能供电系统，其特征在于：所说的开关(S0)为双刀单掷开关或单刀单掷开关或可关断的半导体器件。
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