CN204559479U - 一种城市社区光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种城市社区光伏发电系统，其通过其构架改造，使得系统中的光伏发电机组备了光线跟踪状态数据采集能力，并借助无线节点传输设备的中继无线通信和网关通信设备与互联网络的接入间接地具备了互联网络数据通信能力，从而使得城市社区光伏发电系统能够适用于互联网络服务器集中监控管理；此外，本实用新型的城市社区光伏发电系统还可以在楼房住户不用电时，将太阳能电池板转换的电能经过逆变后供应到城市电力回收电路中，实现电能回收，从而增加光伏发电资源的利用效率；可见，本实用新型的城市社区光伏发电系统能够有效的帮助推动城市社区分布式光伏发电应用技术的进一步发展。

Description

一种城市社区光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电设备技术领域，有其涉及一种城市社区光伏发电系统。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池板。太阳能电池板经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池板组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。就采用的发电方式而言，光伏发电主要分为集中式光伏发电和分布式光伏发电两种。

集中式光伏发电方式需要建设较大面积的太阳电池板组件，并且电力设备和控制设备性能要求高，投资大，建设周期长，因此集中式光伏发电方式通常仅在国家级电站才会采用，多建设在荒漠戈壁等地区。

在城市环境中，大多采用分布式光伏发电方式，即在城市社区的各栋楼房楼顶安装光伏发电机组，作为一套城市社区光伏发电系统，由每栋楼房楼顶的光伏发电机组所产生的电能对相应楼房的住户供电。这种方式的投资相对较小，每个光伏发电机组的建设周期也较短，并且充分利用了城市社区各栋楼房楼顶的光照资源。每个光伏发电机组主要由安装架、转向控制器、转动调节支架和蓄电池构成；其中，安装架固定于楼顶，蓄电池、转向控制器和转动调节支架分别安装在安装架上，转动调节支架上有一个安装板，安装板上安装有太阳能电池板，由转动调节支架上的两个输出轴相互垂直的电机分别控制安装板在横向和纵向上的转动角度，从而实现对太阳能电池板在各个方向上的转动调节；而转向控制器的控制信号输出端分别与转动调节支架上两个电机的电控制端电信号连接，用以对转动调节支架上两个电机进行控制，从而控制和调节太阳能电池板的朝向；太阳能电池板的供电输出端依次通过整流电路和充电控制电路电连接至蓄电池的充电输入端，用以将太阳能电池板转换的电能通过整流电路整流后，由充电控制电路控制以即时的最大充电功率对蓄电池进行充电；蓄电池的供电输出端电连接至光伏发电机组所在楼房的住户供电回路中，通过住户供电回路为用户侧供电。在光伏发电机组中，转向控制器控制和调节太阳能电池板的朝向，是非常重要的控制部件。因为光照强度是影响光伏发电机组中太阳能电池板转换能效的重要因素，但白天太阳与楼房的相对位置时刻在变化，因此需要通过转向控制器时刻控制和调节太阳能电池板的朝向使其保持正对太阳方向，以获得较强的光照强度，确保能效。

目前应用在城市社区光伏发电系统中的光伏发电机组，其转向控制器通常仅是依靠太阳角度跟踪算法估算不同时间点太阳与楼房所在位置的相对位置方向，进而根据估算结果控制和调节太阳能电池板的朝向，但是这种估算结果那以避免地存在一定的方位误差，并且这种方位误差会不断累积导致转向控制器对太阳能电池板的朝阳控制失准。不仅如此，由于光伏发电机组在实际应用中往往还受到环境因素在多方面的不利影响，例如在某个时刻，丛云、树木、烟肉、设备或其它周边物体的阴影恰好落在太阳能电池板上，此时需要调整太阳能电池板朝向光照更强的方向，但仅依靠太阳角度跟踪算法的转向控制器无法针对这些环境因素而进行调整控制。可见，目前的城市社区光伏发电系统还存在很多的缺陷。

针对于目前城市社区光伏发电系统存在的上述缺陷，可以考虑采用互联网络技术集中监测控制的方式，对城市社区光伏发电系统中不同社区的各栋楼房楼顶上安装的光伏发电机组进行集中的监控管理，来解决上述问题，例如利用互联网络服务器技术，由服务器通过互联网络采集城市社区光伏发电系统中各个光伏发电机组中太阳能电池板的光线跟踪状态数据和转向控制器的方位控制数据，借助服务器强大的数据处理能力进行分析，若根据实际的光线跟踪状态数据所分析得到的光线跟踪朝向信息判断转向控制器的方位控制数据存在较大的偏差，或者在转向控制器的自行控制下并未将太阳能电池板控制朝向光照最强的方向（可能因为环境因素的影响），服务器便通过互联网络对相应光伏发电机组中的转向控制器发送方位修正指令，使其修正对太阳能电池板朝向的控制。然而，目前城市社区光伏发电系统中的光伏发电机组并不具备光线跟踪状态数据采集能力和互联网络数据通信能力，无法直接应用到这种服务器集中监控管理措施中，限制了城市分布式光伏发电应用技术的进一步发展。因此，需要对现有的城市社区光伏发电系统加以系统构架的改造。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型提供了一种城市社区光伏发电系统，其经过系统构架上的改造，具备了光线跟踪状态数据采集能力和互联网络数据通信能力，从而能够适用于互联网络服务器集中监控管理措施中，帮助推动城市社区分布式光伏发电应用技术的进一步发展。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种城市社区光伏发电系统，包括分别设置于城市社区各栋楼房楼顶的光伏发电机组；每个所述光伏发电机组包括固定于楼顶的安装架，安装架上安装有蓄电池、转向控制器和转动调节支架，转动调节支架的安装板上安装有太阳能电池板，且由转动调节支架上的两个输出轴相互垂直的电机分别控制安装板在横向和纵向上的转动角度；所述转向控制器的控制信号输出端分别与转动调节支架上两个电机的电控制端电信号连接；所述太阳能电池板的供电输出端依次通过整流电路和充电控制电路电连接至蓄电池的充电输入端，蓄电池的供电输出端电连接至光伏发电机组所在楼房的住户供电回路中；所述光伏发电机组中还包括安装在安装架上的无线信号收发装置以及安装在安装板上的光线跟踪传感器，所述光线跟踪传感器的感测头朝向与安装板上太阳能电池板的朝向相一致，所述无线信号收发装置的数据通信端分别与光线跟踪传感器的感测数据输出端和转向控制器的数据收发端进行电信号连接；还包括分布设置在社区内且相互建立中继无线通信连接的多个无线节点传输设备，其中至少一个无线节点传输设备与一个设置在社区内且连接在互联网络中的网关通信设备无线通信连接，且各个无线节点传输设备在社区内的分布位置使得社区内的每个光伏发电机组中的无线信号收发装置至少在一个无线节点传输设备的通信覆盖范围内并与之建立无线通信连接。

上述的城市社区光伏发电系统中，作为一种优选实施方案，所述光伏发电机组的无线信号收发装置与无线节点传输设备之间、各无线节点传输设备之间以及无线节点传输设备与网关通信设备之间的无线通信均采用Zigbee通信。

上述的城市社区光伏发电系统中，作为一种优选实施方案，所述光线跟踪传感器具有一个侧壁为圆筒状且顶端开口、底端封闭的遮光筒，所述遮光筒顶端的开口处设置有能够聚光的透镜组，遮光筒的内侧底面为与遮光筒的圆筒状侧壁的轴向相垂直的平面，遮光筒的内侧底面上平铺安装有四象限光电探测器，且四象限光电探测器的中心与遮光筒内侧底面的中心相重合；所述遮光筒的底端还安装有感测数据采集电路，感测数据采集电路的数据采集输入端与四象限光电探测器的探测信号输出端电信号连接，感测数据采集电路的数据输出端作为光线跟踪传感器的感测数据输出端。

上述的城市社区光伏发电系统中，作为进一步改进方案，所述光伏发电机组中整流电路的输出端与充电控制电路的输入端之间通过选通切换开关电路并联连接有供电输出支路，通过选通切换开关电路将整流电路的输出端选择连通至充电控制电路的输入端或选择连通至供电输出支路；所述供电输出支路通过逆变电路电连接至城市电力回收电路。

上述的城市社区光伏发电系统中，作为进一步改进方案，所述选通切换开关电路包括单刀双掷继电器、互感电路和交流采样变换电路；所述单刀双掷继电器的动触点端与整流电路的输出端电连接，单刀双掷继电器的常闭静触点端与供电输出支路电连接，单刀双掷继电器的常开静触点端与充电控制电路的输入端电连接，单刀双掷继电器的电磁控制端串联在互感电路的第一感应回路中；所述交流采样变换电路的交流输入端并联在光伏发电机组所在楼房的住户供电回路中，交流采样变换电路的直流采样输出端串联在互感电路的第二感应回路中。

相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的城市社区光伏发电系统通过其构架改造，使得系统中的光伏发电机组备了光线跟踪状态数据采集能力，并借助无线节点传输设备的中继无线通信和网关通信设备与互联网络的接入间接地具备了互联网络数据通信能力，从而使得城市社区光伏发电系统能够适用于互联网络服务器集中监控管理。

2、本实用新型的城市社区光伏发电系统可以在楼房住户不用电时，将太阳能电池板转换的电能经过逆变后供应到城市电力回收电路中，实现电能回收，从而增加光伏发电资源的利用效率。

附图说明

图1为本实用新型城市社区光伏发电系统的系统构架图。

图2为本实用新型城市社区光伏发电系统进一步改进方案中太阳能电池板供电电路部分的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型城市社区光伏发电系统进行进一步的说明。

本实用新型提供了一种城市社区光伏发电系统，如图1所示，该城市社区光伏发电系统依然包括分别设置于城市社区各栋楼房楼顶的光伏发电机组1；每个所述光伏发电机组1包括固定于楼顶的安装架，安装架上安装有蓄电池、转向控制器和转动调节支架，转动调节支架的安装板上安装有太阳能电池板，且由转动调节支架上的两个输出轴相互垂直的电机分别控制安装板在横向和纵向上的转动角度；其中，转向控制器的控制信号输出端分别与转动调节支架上两个电机的电控制端电信号连接，太阳能电池板的供电输出端依次通过整流电路和充电控制电路电连接至蓄电池的充电输入端，蓄电池的供电输出端电连接至光伏发电机组所在楼房的住户供电回路中，通过住户供电回路为用户侧供电。但在此基础上，本实用新型的城市社区光伏发电系统进行了构架改造，在每个光伏发电机组1中增设了安装在安装架上的无线信号收发装置以及安装在安装板上的光线跟踪传感器。其中，光线跟踪传感器的感测头朝向与安装板上太阳能电池板的朝向相一致，且由于安装在安装板上，因此光线跟踪传感器能够与太阳能电池板随安装板的转动而同步转动，始终与太阳能电池板保持朝向一致，并使得光伏发电机组具备了光线跟踪状态数据采集能力。无线信号收发装置的数据通信端则分别与光线跟踪传感器的感测数据输出端和转向控制器的数据收发端进行电信号连接，由无线信号收发装置将光线跟踪传感器感测的光线跟踪状态数据和转向控制器的方位控制数据进行对外发送，并将接收到的信息指令回传给转向控制器。此外，本实用新型的城市社区光伏发电系统中还包括分布设置在社区内且相互建立中继无线通信连接的多个无线节点传输设备2，其中至少一个无线节点传输设备2与一个设置在社区内且连接在互联网络中的网关通信设备3无线通信连接，且各个无线节点传输设备2在社区内的分布位置使得社区内的每个光伏发电机组1中的无线信号收发装置至少在一个无线节点传输设备2的通信覆盖范围内并与之建立无线通信连接；这样以来，每个光伏发电机组1中的无线信号收发装置均能够通过分布设置在社区内的各个无线节点传输设备2的中继无线通信实现与网关通信设备3之间的无线通信连接，进而借助网关通信设备3与互联网络的连接，间接地使得城市社区光伏发电系统中的光伏发电机组1具备了互联网络数据通信能力，从而达到能够适用于互联网络服务器集中监控管理的目的。

本实用新型的城市社区光伏发电系统能够通过其互联网络数据通信能力与互联网络中的服务器进行数据通信，从而由服务器对其进行集中监控管理。具体的应用方式为：城市社区光伏发电系统中的每个光伏发电机组依然通过其转向控制器借助太阳角度跟踪算法来控制和调节太阳能电池板的朝向，并通过其光线跟踪传感器感测其太阳能电池板的光线跟踪状态数据，且由无线信号收发装置将光线跟踪传感器感测的光线跟踪状态数据和转向控制器的方位控制数据发送给社区内的一个无线节点传输设备，然后经过社区内各个无线节点传输设备之间的中继转发后传输至设置在社区内的网关通信设备，再由网关通信设备通过互联网络将光伏发电机组的光线跟踪状态数据和方位控制数据传送给服务器；当然，城市社区光伏发电系统中有多个不同的每个光伏发电机组，其各自的光线跟踪状态数据和方位控制数据可以通过添加对应的机组ID标识的方式加以区分和识别；服务器则利用强大的数据处理能力对伏发电机组的光线跟踪状态数据和方位控制数据进行分析，若根据实际的光线跟踪状态数据所分析得到的光线跟踪朝向信息判断转向控制器的方位控制数据存在较大的偏差，或者在转向控制器的自行控制下并未将太阳能电池板控制朝向光照最强的方向，服务器便通过互联网络向社区内的网关通信设备返回带有相应光伏发电机组的机组ID标识的方位修正指令；社区内的网关通信设备接收到该带有机组ID标识的方位修正指令后，通过社区内各个无线节点传输设备之间的中继转发而传输给具有相应机组ID标识的光伏发电机组，由该光伏发电机组的无线信号收发装置接收方位修正指令并传输给转向控制器，转向控制器则可以根据方位修正指令控制转动调节支架上的两个电机对安装板进行转向调整，从而修正太阳能电池板的朝向，使其朝向当前光照最强的方向。

在具体实施时，本实用新型城市社区光伏发电系统中光伏发电机组的无线信号收发装置与无线节点传输设备之间、各无线节点传输设备之间以及无线节点传输设备与网关通信设备之间的无线通信，可以采用多种无线通信方式，例如射频通信、蓝牙通信等，但最好采用Zigbee通信，因为Zigbee通信具有低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率的特点，技术非常成熟，且组网硬件成本较低。而网关通信设备所接入的互联网络也是广义上的，可以是Internet网络（英特网），也可以是移动通信网络（例如3G、4G网络），只要能够实现与服务器之间的数据互通即可。

本实用新型城市社区光伏发电系统中所采用的光线跟踪传感器是技术成熟的现有技术设备，可以市购获得市场上已有的光线跟踪传感器产品，当然也可以采用自行设计而得到。自行设计的光线跟踪传感器可以采用如下的结构：光线跟踪传感器具有一个侧壁为圆筒状且顶端开口、底端封闭的遮光筒，遮光筒顶端的开口处设置有能够聚光的透镜组，遮光筒的内侧底面为与遮光筒的圆筒状侧壁的轴向相垂直的平面，遮光筒的内侧底面上平铺安装有四象限光电探测器，且四象限光电探测器的中心与遮光筒内侧底面的中心相重合；所述遮光筒的底端还安装有感测数据采集电路，感测数据采集电路的数据采集输入端与四象限光电探测器的探测信号输出端电信号连接，感测数据采集电路的数据输出端作为光线跟踪传感器的感测数据输出端。该设计结构的光线跟踪传感器，能够借助其遮光筒顶端开口处的透镜组将光线聚焦于遮光筒底部的四象光电限探测器上，并在光线没有垂直射入镜面时，利用光的折射原理加大光斑偏移中心点的距离，更有利于在四象光电限探测器上各个不同象限光电探测器上产生较大差异的光电感测值，从而在借助四象光电限探测器的输出数据分析光线跟踪状态时能够获得更准确的光线跟踪状态分析结果，进而达到提高光线跟踪传感器灵敏度的目的。

此外，作为进一步的技术改进，在本实用新型的城市社区光伏发电系统中，如图2所示，还可以在光伏发电机组中整流电路的输出端与充电控制电路的输入端之间通过选通切换开关电路并联连接供电输出支路，通过选通切换开关电路将整流电路的输出端选择连通至充电控制电路的输入端或选择连通至供电输出支路；该供电输出支路通过逆变电路电连接至城市电力回收电路。其中，如图2所示，选通切换开关电路包括单刀双掷继电器J、互感电路和交流采样变换电路；单刀双掷继电器J的动触点端与整流电路的输出端电连接，单刀双掷继电器J的常闭静触点端与供电输出支路电连接，单刀双掷继电器J的常开静触点端与充电控制电路的输入端电连接，单刀双掷继电器J的电磁控制端串联在互感电路的第一感应回路中；而交流采样变换电路的交流输入端并联在光伏发电机组所在楼房的住户供电回路中，交流采样变换电路的直流采样输出端串联在互感电路的第二感应回路中。这样以来，在光伏发电机组所在的楼房有住户用电时，交流采样变换电路能够采样到住户供电回路中的电流，在交流采样变换电路的直流采样输出端会输出采样的直流电流到互感电路的第二感应回路中，通过互感作用，串联在互感电路的第一感应回路中的单刀双掷继电器J的电磁控制端上电，进而控制单刀双掷继电器J的动触点端与常开静触点端导通，使得整流电路的输出端选择连通至充电控制电路的输入端，此时太阳能电池板的供电输出端则依次通过整流电路和充电控制电路电连接至蓄电池的充电输入端，对蓄电池进行充电；而当光伏发电机组所在的楼房没有住户用电时，交流采样变换电路不会采样到住户供电回路中的电流，交流采样变换电路的直流采样输出端无输出，因此互感电路的第一感应回路和第二感应回路之间的互感电流消失，单刀双掷继电器J的电磁控制端失电，单刀双掷继电器J的动触点端恢复导通至常闭静触点端，使得整流电路的输出端选择连通至供电输出支路，此时太阳能电池板的供电输出端则通过供电输出支路所连接的逆变电路电连接至城市电力回收电路，将太阳能电池板转换的电能经过逆变后供应到城市电力回收电路中，实现电能回收。

综上所述，可以看到，本实用新型的城市社区光伏发电系统通过其构架改造，使得系统中的光伏发电机组备了光线跟踪状态数据采集能力，并借助无线节点传输设备的中继无线通信和网关通信设备与互联网络的接入间接地具备了互联网络数据通信能力，从而使得城市社区光伏发电系统能够适用于互联网络服务器集中监控管理；此外，本实用新型的城市社区光伏发电系统还可以在楼房住户不用电时，将太阳能电池板转换的电能经过逆变后供应到城市电力回收电路中，实现电能回收，从而增加光伏发电资源的利用效率；可见，本实用新型的城市社区光伏发电系统能够有效的帮助推动城市社区分布式光伏发电应用技术的进一步发展。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种城市社区光伏发电系统，其特征在于，包括分别设置于城市社区各栋楼房楼顶的光伏发电机组；每个所述光伏发电机组包括固定于楼顶的安装架，安装架上安装有蓄电池、转向控制器和转动调节支架，转动调节支架的安装板上安装有太阳能电池板，且由转动调节支架上的两个输出轴相互垂直的电机分别控制安装板在横向和纵向上的转动角度；所述转向控制器的控制信号输出端分别与转动调节支架上两个电机的电控制端电信号连接；所述太阳能电池板的供电输出端依次通过整流电路和充电控制电路电连接至蓄电池的充电输入端，蓄电池的供电输出端电连接至光伏发电机组所在楼房的住户供电回路中；其特征在于：

所述光伏发电机组中还包括安装在安装架上的无线信号收发装置以及安装在安装板上的光线跟踪传感器，所述光线跟踪传感器的感测头朝向与安装板上太阳能电池板的朝向相一致，所述无线信号收发装置的数据通信端分别与光线跟踪传感器的感测数据输出端和转向控制器的数据收发端进行电信号连接；还包括分布设置在社区内且相互建立中继无线通信连接的多个无线节点传输设备，其中至少一个无线节点传输设备与一个设置在社区内且连接在互联网络中的网关通信设备无线通信连接，且各个无线节点传输设备在社区内的分布位置使得社区内的每个光伏发电机组中的无线信号收发装置至少在一个无线节点传输设备的通信覆盖范围内并与之建立无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的城市社区光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电机组的无线信号收发装置与无线节点传输设备之间、各无线节点传输设备之间以及无线节点传输设备与网关通信设备之间的无线通信均采用Zigbee通信。

3.根据权利要求1所述的城市社区光伏发电系统，其特征在于，所述光线跟踪传感器具有一个侧壁为圆筒状且顶端开口、底端封闭的遮光筒，所述遮光筒顶端的开口处设置有能够聚光的透镜组，遮光筒的内侧底面为与遮光筒的圆筒状侧壁的轴向相垂直的平面，遮光筒的内侧底面上平铺安装有四象限光电探测器，且四象限光电探测器的中心与遮光筒内侧底面的中心相重合；所述遮光筒的底端还安装有感测数据采集电路，感测数据采集电路的数据采集输入端与四象限光电探测器的探测信号输出端电信号连接，感测数据采集电路的数据输出端作为光线跟踪传感器的感测数据输出端。

4.根据权利要求1所述的城市社区光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电机组中整流电路的输出端与充电控制电路的输入端之间通过选通切换开关电路并联连接有供电输出支路，通过选通切换开关电路将整流电路的输出端选择连通至充电控制电路的输入端或选择连通至供电输出支路；所述供电输出支路通过逆变电路电连接至城市电力回收电路。

5.根据权利要求4所述的城市社区光伏发电系统，其特征在于，所述选通切换开关电路包括单刀双掷继电器、互感电路和交流采样变换电路；所述单刀双掷继电器的动触点端与整流电路的输出端电连接，单刀双掷继电器的常闭静触点端与供电输出支路电连接，单刀双掷继电器的常开静触点端与充电控制电路的输入端电连接，单刀双掷继电器的电磁控制端串联在互感电路的第一感应回路中；所述交流采样变换电路的交流输入端并联在光伏发电机组所在楼房的住户供电回路中，交流采样变换电路的直流采样输出端串联在互感电路的第二感应回路中。