CN200966009Y

CN200966009Y - 海岛营区太阳能光伏电站

Info

Publication number: CN200966009Y
Application number: CNU2006201243637U
Authority: CN
Inventors: 朱恩灿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2016-07-10

Abstract

本实用新型涉及一种海岛营区太阳能光伏电站，为提供一种适于海岛营区使用的太阳能光伏电站，其包括太阳能电池、蓄电池、控制器、逆变器、直流负载和交流负载，太阳能电池通过控制器连接直流负载和蓄电池，蓄电池再连接直流负载和通过逆变器连接交流负载。串联的各太阳能电池组的输出端都串接一个阻塞二极管。每个太阳能电池组件都外接一个旁路二极管。所述太阳能电池由太阳能电池方阵和接续箱组成。太阳能电池方阵配有防腐支架和钢化玻璃防护板及避雷器或和支架配有固定地面的地锚。蓄电池是由多个2V全密封免维护蓄电池组合而成。蓄电池是阀控式。其具有节能、安全、环保、免维护、使用寿命长，特别适于海岛营区使用的特点。

Description

海岛营区太阳能光伏电站

技术领域

本实用新型涉及一种太阳光能发电装置，特别是涉及一种海岛营区太阳能光伏电站。

背景技术

我国海域辽阔，岛屿众多，驻守海岛的海防营区都需要电力支持，大量独立的小型海岛都无法通过海底输电电缆供给电力，需要自行解决电力问题，绝大多数海岛日照资源丰富，适宜建设太阳能光伏电站，特别是我国南海海域的西沙、南沙群岛，位于我国的最南端，年日照时数为1750至2650小时，地区日照资源非常丰富，岛上最适宜利用太阳能给营区提供照明及生活用电。但是，目前我国还没有能够适用海岛的太阳能光伏电站技术和设备。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种海岛营区太阳能光伏电站。

为实现上述目的，本实用新型海岛营区太阳能光伏电站包括太阳能电池、蓄电池、控制器、逆变器、直流负载和交流负载，太阳能电池通过控制器连接直流负载和蓄电池，蓄电池再连接直流负载和通过逆变器连接交流负载。如此设计，该电站既能供给直流电，又能供给交流电，能够满足岛上营区照明及生活用电需要。在不同类型的光伏发电系统中控制器各不相同，其功能的多少及复杂程度差别很大，需根据发电系统的要求及重要程度来确定。主要由各种电子元器件、开关等组成。系统要求有防过充电、过放电甚至稳压等功能，而一些容量较大的系统，则要求有计算机(单片机)自动监测、控制、转换、数据通讯等多种功能。控制器通过对蓄电池的电压、充放电电流的监测，控制光电池阵列的输入及系统输出及各种保护，负责系统的电能监控、管理。逆变器的作用是将蓄电池的直流电逆变为交流电，供通常的220v或和380V交流负载用电。

作为优化，控制器包括与太阳能电池正极相连的整流二极管D2、红色发光二极管RED和电阻R9；红色发光二极管RED进一步连接电阻R3、二极管D2进一步连接蓄电池正极，蓄电池负极和电阻R3再连接太阳能电池负极；蓄电池正负极分别并联：相互串联的R4和稳压二极管D1，电容C1，相互串联的电阻R7和R8，相互串联的R5和R6，依次串联的保险管、电源开关、直流负载和逆变器；电阻R9再通过三极管Q1分别连接一个黄色发光二极管YELL和一个绿色发光二极管GREEN，三极管Q1连接黄色发光二极管YELL的端子再通过电阻R1连接蓄电池正极；其中黄色发光二极管YELL再通过双路比较器LMA分别连接R5和R6之间的连线、和R4和稳压二极管D1之间的连线，绿色发光二极管GREEN再通过双路比较器LMB分别连接R4和稳压二极管D1之间的连线，和电阻R7和R8之间的连线。双路比较器优选低功耗低漂移双路比较器。红色发光二极管亮起表示正在充电，黄色指示灯亮起，表示需要充电，绿色指示灯亮起，表示已经充满。如此设计，与现有的充电电源控制器相比电路结构更简单，控制性能更可靠。其中整流二极管D2的作用是为了防止蓄电池反流，即隔离太阳能电池与电瓶，防止电瓶电压反充太阳能电池，防止损坏太阳能电池。RED充电时发光指示，R3用于降压限流。LMA提供一个6.2V的参考电压，用于给出充电或充满时的参考电压。D1是6.2V的稳压二极管，R4也是降压限流。R7、R8组成一个分压电路，充电时当电瓶电压高于13.6V时，其分压向LMB的2脚提供一个高于参考电压6.2V电压，使LMB的1脚输出为低电平，充满指示灯GREEN发出绿光，表示电瓶充满。R5、R6组成一个分压电路，随着电瓶电压不断降低，当电瓶电压降低至低于9V时，R5和R6向LMA提供的电压低于参考电压6,2V，此时，低电压指示灯YELL发出黄光，提醒用户及时充电，以免影响正常使用。Q1和R9组成一个开关用于控制充满指示灯；只有充电时，并且电瓶电压高于13.6V时，充满指示灯亮。指示灯既方便使用，又有利于延长使用寿命。电路简单，增加了可靠性。在电瓶电压9-13.6V之间进行监控，监控电路功耗少，不会对电瓶产生负面影响。

作为优化，串联的各太阳能电池组的输出端都串接一个阻塞二极管。为防止蓄电池电流反流或因阵列中某一串联组发生部分遮阴等情况时吸收其他组的电流甚至因此而损坏，每组输出时均需加阻塞二极管(或称防反向二极管)；在进行方阵组件的串并联时，要注意组件的选择与匹配。对于同一组串联的组件，其工作电流参数应基本一致，并联时组之间的工作电压应基本一致。阻塞二极管也称防反充二极管或隔离二极管，其作用是防止无日照时蓄电池通过太阳电池方阵放电。对阻塞二极管的要求是工作电流必须大于方阵的最大输出电流，反向耐压要高于蓄电池组的电压。在方阵工作时，阻塞二极管两端有一定电压降，对硅二极管通常为0.6-1.4V；肖特基管或锗管为0.4V左右。

作为优化，每个太阳能电池组件都外接一个旁路二极管。当光伏阵列系统电压较高时，为防止组件遮阴而损耗本列其他组件的电能，并不使因损耗过大时损坏该组件，设计要求每个组件(太阳能电池)内必须外接一只旁路二极管，此项工作应在太阳能电池板厂家出厂前完成，此种设计在日照强烈和日照多变的我国南海海域的海岛就很重要。

作为优化，所述太阳能电池由太阳能电池方阵和接续箱组成。太阳能电池的作用是将太阳辐射能直接转化成直流电能，供给(负载)蓄电池充电使用。一般较大的发电系统，由若干太阳电池组件按串并联方式连接形成较大容量的方阵，称之为光伏阵列，由其供电。更大的系统，由若干个光伏阵列组成，达到人们所需要的容量，再配上适当的支架、接线盒、线缆组成整个阵列系统，每个阵列称为阵列单元，在此项目中，根据系统容量的大小，设计的阵列单元容量为1KW至7KW之间。如此设计，适用较大规模的太阳能电站需要。

作为优化，太阳能电池方阵配有防腐支架和钢化玻璃防护板及避雷器或和支架配有固定地面的地锚。如此设计，能避免恶劣天气的影响和破坏。支架用于太阳能电池方阵的固定，使光电池具有一定的倾角和相对太阳方向，以保证其最大限度地接受阳光。对支架的要求是防腐蚀，牢固，抗大风，便于光电池的安装、维护，地锚能防台风。

作为优化，蓄电池是由多个2V全密封免维护蓄电池组合而成。如此设计，全密封免维护蓄电池则能减少维护费用和维护人工，由多个2V组合而成则更通用和有利于减少单元更换成本。蓄电池组是太阳电池阵列的贮能装置，其作用是将方阵在有日照时发出的电能贮存起来，在晚间或阴雨天时供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于一定的放电深度的循环充放电状态，选择需电池时要求蓄电池的自放电要小，能耐过充及过放电，而且充电效率要高，当然还要考虑价格合理，使用方便等因素。目前常用的有铅酸蓄电池，重要的场合一般用阀控式全密封免维护蓄电池及镍隔电池，但其价格比较贵。在本设计中，选用2V固定式全密封免维护蓄电池，其充放电性能好，寿命长，此种蓄电池一般仅需维护电气接线端子的电接触及防腐处理，不需要其他维护。另外，设计中要考虑连续阴雨天的供电储备，即连续阴雨天保证供电的天数。各单节蓄电池间的连接均使用专用配套的连接导线及固定件，四周进行半封闭，防止人触及高压所带来的危险和异物接触发生漏电甚至短路。作为优化，蓄电池是阀控式。其充放电性能好，寿命长。

作为优化，逆变器是输出220V或和380V正弦波的逆变器，直流侧电压为36V或48V，低压线路或全部线路采用铜导线。如此设计，则高压可直接适用常见动力用电设备，低压线损低、有利于提高太阳能利用效率。导线负责整个系统电能的传输，由于光伏发电的成本很高，就要求系统的电能损失尽量小，电能在传输过程中的损失称为线损，占总电损较大的比例，因此，线损就要有一定的限制。在光伏发电系统中使用的导线，优先选用电阻率小的铜导线或电缆。连接导线：是配电中心设备之间的电气连接线，均使用铜绝缘导线，为减小电能损失，导线电流密度的选择＜1.8A/MM²，保证电损不超过规定值。

作为优化，还包括：接有控制器、空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的直流控制屏；接有空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的交流控制屏；接有逆变器、空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的逆变器控制屏。直流控制屏进行直流部分控制管理及保护；交流控制屏进行交流部分控制管理及保护；逆变器控制屏进行直流逆变为交流的控制管理及保护。

户外均采用防水型电器开关，接线盒等；所有进出线均采取防水措施。

采用上述技术方案后，本实用新型海岛营区太阳能光伏电站具有节能、安全、环保、免维护、使用寿命长，特别适于海岛营区使用的特点。

附图说明

图1是本实用新型海岛营区太阳能光伏电站的电路原理图；

图2是本实用新型海岛营区太阳能光伏电站的结构示意图；

图3是本实用新型海岛营区太阳能光伏电站控制器部分的电路原理图。

图3元件参数表

符号	器件	参数	备注
符号	器件	参数	备注	R1	碳膜电阻	10K/0.25W
R3	碳膜电阻	30K/0.25W		R1	碳膜电阻	10K/0.25W
R3	碳膜电阻	30K/0.25W		R4	碳膜电阻	10K/0.25W
R5	碳膜电阻	15K/0.25W		R4	碳膜电阻	10K/0.25W
R5	碳膜电阻	15K/0.25W		R6	碳膜电阻	20K/0.25W
R7	碳膜电阻	26K/0.25W		R6	碳膜电阻	20K/0.25W
R7	碳膜电阻	26K/0.25W		R8	碳膜电阻	27K/0.25W
R9	碳膜电阻	320K/0.25W		R8	碳膜电阻	27K/0.25W
R9	碳膜电阻	320K/0.25W		8	保险丝	2A，250V
9	船型开关	3A，250V		8	保险丝	2A，250V
9	船型开关	3A，250V		RED	红色发光二极管	Φ3
GREEN	绿色发光二极管	Φ3		RED	红色发光二极管	Φ3
GREEN	绿色发光二极管	Φ3		YELL	黄色发光二极管	Φ3
Q1	三极管	2N3904		YELL	黄色发光二极管	Φ3
Q1	三极管	2N3904		LMA LMB	集成电路块	LM393
D1	稳压二极管	6.2V，1W		LMA LMB	集成电路块	LM393
D1	稳压二极管	6.2V，1W		D2	二极管	1N4007
C1	瓷片电容	104		D2	二极管	1N4007

具体实施方式

如图所示，本实用新型海岛营区太阳能光伏电站包括太阳能电池1、蓄电池2、控制器3、逆变器5、直流负载6和交流负载7，太阳能电池1通过控制器3连接直流负载6和蓄电池2，蓄电池2再连接直流负载6和通过逆变器5连接交流负载7。控制器包括与太阳能电池1正极相连的整流二极管D2、红色发光二极管RED和电阻R9；红色发光二极管RED进一步连接电阻R3、二极管D2进一步连接蓄电池2正极，蓄电池2负极和电阻R3再连接太阳能电池1负极；蓄电池2正负极分别并联：相互串联的R4和稳压二极管D1，瓷片电容C1，相互串联的电阻R7和R8，相互串联的R5和R6，依次串联的保险管8、船型电源开关9、直流负载6和逆变器5；电阻R9再通过三极管Q1分别连接一个黄色发光二极管YELL和一个绿色发光二极管GREEN，三极管Q1连接黄色发光二极管YELL的端子再通过电阻R1连接蓄电池2正极；其中黄色发光二极管YELL再通过双路比较器LMA分别连接R5和R6之间的连线、和R4和稳压二极管D1之间的连线，绿色发光二极管GREEN再通过双路比较器LMB分别连接R4和稳压二极管D1之间的连线，和电阻R7和R8之间的连线。双路比较器都为低功耗低漂移双路比较器。

其工作过程：是当阳光照射到太阳能电池板上时，将光能转化为电能，经过整流二极管D2给电瓶充电，这时红色发光二极管RED点亮，以指示电瓶正在充电，同时LMA双路比较器也实时监测电瓶电压，LMA后的5、6、7脚及参考电压6.2V、R5、R6、R1、YELL组成一个低电压比较指示器，当电瓶电压低于9V，R5和R6组成分压取样电压给LMA的5脚提供电压低于1.2V，使比较器7脚输出为低电平，此时黄色发光二极管YELL亮起，表示电瓶亏电，需要充电，LMB后的1、2、3脚及R7、R8，参考电压6.2V、R1、Q1、R9、绿色发光二极管GREEN组成一个高压比较器，Q1的作用是当电瓶电压高于13V继续给电瓶充电则绿色发光二极管GREEN点亮；当充电停止时，电瓶电压虽然高于13.6V，但三极管Q1将关断使绿色指示灯熄灭。这样既方便使用，又可保护电瓶。

串联的各太阳能电池1组的输出端都串接一个阻塞二极管。每个太阳能电池1组件都外接一个旁路二极管。所述太阳能电池1由太阳能电池1方阵和接续箱4组成。太阳能电池1方阵配有不锈钢支架10和钢化玻璃防护板及避雷器和支架配有固定地面的地锚。蓄电池2是由多个2V阀控式全密封免维护蓄电池组合而成。逆变器5是输出220V正弦波的逆变器，直流侧电压为48V，全部线路采用阻值小的铜导线。还包括：接有控制器3、空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的直流控制屏；接有空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的交流控制屏；接有逆变器5、空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的逆变器控制屏。

其日用电负荷约500W，负载类型为照明及生活用电，保证阴雨天3天供电。太阳能光伏电池总容量1KWp，太阳能电池板单体工作电压：17伏，蓄电池单体工作电压：2伏，设计用4块光电池组件串联组成一个光伏阵列单元，得到68伏工作电压。24块蓄电池串联组成一个蓄电池阵列单元，三组12V电瓶并联得到48伏工作电压。我们选用平均功率为50瓦/块的光电池组件5组(每组4块)并联连接。考虑到自然条件影响，过载能力加大30％。运行环境温度-40℃--60℃，并能适应潮湿的环境条件，如90％的相对湿度。太阳能是一种清洁能源，还有利于保护海岛环境。光伏电池组件为单晶或多晶太阳能电池，效率在12％以上，20年寿命期，功率损失不高于10％；蓄电池设计寿命12年，实际使用寿命5-8年；控制器具有过载，短路，接反，欠压，过压保护，具有温度补偿功能；逆变器在所允许直流输入电压范围内，其输出电压的允差应小于±10％的额定电压，输出频率50Hz±2％，80％功率时输出效率≥85％，具有过载，短路，接反，欠压，过压，过热保护。功能：正常充电情况下，每日充电量能保证50只5W太阳能节能灯使用5小时，连续阴雨3-5天可正常工作，同时可供收音机、电视机、洗衣机、电冰箱等工作。

日发电量计算：按西沙、南沙群岛的气象参数，每日峰值发电时数约为5.7小时，考虑逆变损失和灰尘遮挡，每天按5小时计1kw×5h＝5kwh，蓄电池组系统直流侧额定电压设计为48V，由24节2伏/节的蓄电池组成蓄电池阵列单元。蓄电池容量计算：光电池日充电安时数为：5kwh÷48V＝104AH，按照通常要求，蓄电池组充电到85％以上应至少满足负载三个连续阴雨天的正常用电，最大放电深度80％，发电量与当地用电匹配，蓄电池容量至少应为：104÷[85％-(1-80％)]×(1+3)＝640AH，系统所需蓄电池块数：600AH÷200Ah＝3块(实际采用4×3＝12块)；逆变器，保证500W交流负载工作，应采用正弦波逆变器DC48V/AC220V，750W。控制器，1000W÷68V＝14.7A采用48V/20A控制器。

Claims

1、一种海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于包括太阳能电池、蓄电池、控制器、逆变器、直流负载和交流负载，太阳能电池通过控制器连接直流负载和蓄电池，蓄电池再连接直流负载和通过逆变器连接交流负载。

2、根据权利要求1所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于控制器包括与太阳能电池正极相连的整流二极管D2、红色发光二极管RED和电阻R9；红色发光二极管RED进一步连接电阻R3、二极管D2进一步连接蓄电池正极，蓄电池负极和电阻R3再连接太阳能电池负极；蓄电池正负极分别并联：相互串联的R4和稳压二极管D1，电容C1，相互串联的电阻R7和R8，相互串联的R5和R6，依次串联的保险管、电源开关、直流负载和逆变器；电阻R9再通过三极管Q1分别连接一个黄色发光二极管YELL和一个绿色发光二极管GREEN，三极管Q1连接黄色发光二极管YELL的端子再通过电阻R1连接蓄电池正极；其中黄色发光二极管YELL再通过双路比较器LMA分别连接R5和R6之间的连线、和R4和稳压二极管D1之间的连线，绿色发光二极管GREEN再通过双路比较器LMB分别连接R4和稳压二极管D1之间的连线，和电阻R7和R8之间的连线。

3、根据权利要求1所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于串联的各太阳能电池组的输出端都串接一个阻塞二极管。

4、根据权利要求3所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于每个太阳能电池组件都外接一个旁路二极管。

5、根据权利要求1、2、3或4所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于所述太阳能电池由太阳能电池方阵和接续箱组成。

6、根据权利要求5所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于太阳能电池方阵配有防腐支架和钢化玻璃防护板及避雷器或和支架配有固定地面的地锚。

7、根据权利要求1、2、3或4所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于蓄电池是由多个2V全密封免维护蓄电池组合而成。

8、根据权利要求7所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于蓄电池是阀控式。

9、根据权利要求1、2、3或4所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于逆变器是输出220V或和380V正弦波的逆变器，直流侧电压为36V或48V，低压线路或全部线路采用铜导线。

10、根据权利要求1、2、3或4所述海岛营区太阳能光伏电站，其特征在于还包括：接有控制器、空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的直流控制屏；接有空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的交流控制屏；接有逆变器、空气开关阵列、保险阵列、电压电流表、母线排和接线端子的逆变器控制屏。