CN206149006U - 一种用于大棚的光伏供电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种用于大棚的光伏供电装置，设置在大棚棚顶上的光伏电能采集单元、设置在大棚内的电能存储单元、配电单元、监测器及控制器；光伏电能采集单元与电能存储单元分别连接至配电单元，配电单元经直流母线连接至交流负载及直流负载；监测器分别与光伏电能采集单元、电能存储单元及控制器连接，控制器与配电单元连接。本实用新型可靠且智能地保证了对大棚的持续供电，其供电效率高、不易损毁且安装运输成本低，为种植在大棚中的作物提供了可靠的安全生长环境。

Description

一种用于大棚的光伏供电装置
技术领域
本实用新型涉及大棚供电技术，具体涉及一种用于大棚的光伏供电装置。
背景技术
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，因而光伏发电在长期的能源战略中具有重要地位。
而光伏发电在农业生产中的应用主要体现在大棚发电系统，该供电系统是利用的是现有农业大棚的棚顶，不占用宝贵的土地资源，也不会改变土地使用性质，因此能够节约土地资源，使原有土地实现增值。
目前，传统农业大棚的光伏发电系统是在棚顶设置光伏薄膜为大棚内负载供电，但由于薄膜的硅体过薄、供电效率低及在使用过程无法智能的控制电能流动的缺陷，易造成大棚的供电中断或减弱，会对种植在大棚中的作物造成巨大的经济损失。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种用于大棚的光伏供电装置，可靠且智能地保证了对大棚的持续供电，其供电效率高、不易损毁且安装运输成本低，为种植在大棚中的作物提供了可靠的安全生长环境。
本实用新型提供了一种用于大棚的光伏供电装置，所述装置包括设置在大棚棚顶上的光伏电能采集单元、设置在所述大棚内的电能存储单元、配电单元、监测器及控制器；
所述光伏电能采集单元与所述电能存储单元分别连接至所述配电单元，所述配电单元经直流母线连接至交流负载及直流负载；所述光伏电能采集单元及所述电能存储单元经所述配电单元为所述交流负载及直流负载供电；
所述监测器分别与光伏电能采集单元、电能存储单元及控制器连接，所述监测器实时监测所述光伏电能采集单元及电能存储单元中电压及电流，并将电压或电流值超出标准范围的单元信息发送至所述控制器；
所述控制器与所述配电单元连接，所述控制器根据所述单元信息，控制所述配电单元切换工作模式，使得超出标准范围所述电压或电流值恢复至标准范围内。
进一步的，所述配电单元包括汇流排、单向DC/DC变换器及双向DC/DC变换器；
所述汇流排的一次侧连接所述光伏电能采集单元，用于汇集所述光伏电能采集单元采集产生的电流；
所述汇流排的二次侧连接所述单向DC/DC变换器，用于将汇集得到的电流转换为电压发送至所述单向DC/DC变换器；
所述单向DC/DC变换器经直流母线连接至交流负载及直流负载，为所述交流负载及直流负载供电；
所述双向DC/DC变换器的一端连接所述电能存储单元、另一侧经直流母线连接至交流负载及直流负载，为所述交流负载及直流负载供电；
所述直流母线与交流负载之间依次连接有逆变器及升压电站。
进一步的，所述控制器分别连接所述单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器及逆变器；
若所述监测器监测到所述光伏电能采集单元的输出功率不足且电能存储单元的电压大于最小放电电压时，所述控制器控制所述双向DC/DC变换器切换工作模式，向直流母线输出电压；
若所述监测器监测所述光伏电能采集单元输出功率大于负载所需功率，所述控制器控制所述单向DC/DC变换器切换工作模式，将光伏电能采集单元中多余电能经直流母线传输至所述电能存储单元。
进一步的，所述光伏电能采集单元包括若干串联的光伏电池板，且若干串联的所述光伏电池板均铺设在所述大棚棚顶上；
所述光伏电池板与设置在所述大棚内部的所述汇流排的一次侧连接。
进一步的，所述单向DC/DC变换器为Boost型单向DC/DC变换器。
进一步的，所述双向DC/DC变换器为Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器；
若所述控制器接收到的单元信息中显示所述光伏电能采集单元输出功率不足且电能存储单元的电压大于最小放电电压，所述控制器控制所述Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器的开关管，将所述Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器从Zeta模式切换至Sepic模式，向直流母线输出电压；
若所述控制器接收到的单元信息中显示所述光伏电能采集单元无法输出功率，所述控制器控制所述Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器处于Zeta模式，同时所述单向DC/DC变换器暂停工作，使得所述电能存储单元单独向直流母线输出电压。
由上述技术方案可知，本实用新型一种用于大棚的光伏供电装置，可靠且智能地保证了对大棚的持续供电，其供电效率高、不易损毁且安装运输成本低，为种植在大棚中的作物提供了可靠的安全生长环境。
1、本实用新型的技术方案，光伏电能采集单元为太阳能电池板的设定，使得光伏电能采集单元不易损毁且电能采集效率高。
2、本实用新型的技术方案，电能存储单元的设置，实现了对多余电量的存储以及双设备的供电模式，提高了对大棚进行光伏供电的可靠性。
3、本实用新型的技术方案，单向DC/DC变换器及双向DC/DC变换器的设置，实现了对负载进行的双模式供电，提高了对负载进行供电的可靠性。
4、本实用新型的技术方案，监测器的设置，实现了对电能存储单元及光伏电能采集单元的电流及电压的实时监测，使得电能存储单元及光伏电能采集单元的电流及电压在超出标准范围时，能够及时的通知控制器控制配电单元对电能存储单元或光伏电能采集单元进行电量调节，保证了供电的可靠性。
5、本实用新型的技术方案，控制器的设置，实现了对电能存储单元或光伏电能采集单元电能的及时调度，大大降低了大棚停止供电的可能性，保证了种植在大棚中的作物的安全生长环境。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的一种城市森林环境中的空气质量监测方法的流程图；
图2为本实用新型的方法中的一种用于大棚的光伏供电装置的示意图；
图3为本实用新型的光伏供电装置的详细示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型提供了一种用于大棚的光伏供电装置，装置中具体设有：设置在大棚棚顶上的光伏电能采集单元100、设置在大棚内的电能存储单元101、配电单元102、监测器103及控制器104；
光伏电能采集单元100与电能存储单元101分别连接至配电单元102，配电单元102经直流母线连接至交流负载及直流负载；光伏电能采集单元100及电能存储单元101经配电单元102为交流负载及直流负载供电。
光伏电能采集单元100采集太阳能，将电流传输至配电单元102，配电单元102将电流转化为供电电压，为直流母线侧的交流负载及直流负载供电。
在光伏电能采集单元100足以为大棚内全部的交流负载及直流负载进行供电的同时，还有剩余电能时，这些剩余电能则由电能存储单元101进行存储，在光伏电能采集单元100无法支撑全部负载的电力需要时，电能存储单元101经由配电单元102，与光伏电能采集单元100一起为直流母线侧的交流负载及直流负载供电；这种双模式的供电方式提高了对大棚进行光伏供电的可靠性，大大降低了大棚停止供电的可能性，保证了种植在大棚中的作物的安全生长环境。
监测器103分别与光伏电能采集单元100、电能存储单元101及控制器104连接，监测器103实时监测光伏电能采集单元100及电能存储单元101中电压及电流，并将电压或电流值超出标准范围的单元信息发送至控制器104。
监测器103实时监测光伏电能采集单元100及电能存储单元101的端电流及端电压，在光伏电能采集单元100或电能存储单元101中的任意单元出现端电流或端电压不在预先设定的标准电流或电压范围内时，则判定需要对光伏电能采集单元100或电能存储单元101进行电力调整，此时，监测器103将监测结果传送至控制器104，由控制器104控制配电单元102对光伏电能采集单元100或电能存储单元101进行电力调整。
监测器103的设置，实现了对电能存储单元101及光伏电能采集单元100的电流及电压的实时监测，使得电能存储单元101及光伏电能采集单元100的电流及电压在超出标准范围时，能够及时的通知控制器104控制配电单元102对电能存储单元101或光伏电能采集单元100进行电量调节，保证了供电的可靠性。
控制器104与配电单元102连接，控制器104根据单元信息，控制配电单元102切换工作模式，使得超出标准范围电压或电流值恢复至标准范围内。
控制器104在接收到监测器103发出的单元信息后，读取单元信息，获得发生电流或电压变化的电能存储单元101或光伏电能采集单元100，控制器104控制配电单元102对电能存储单元101或光伏电能采集单元100进行电量调整，降低了大棚停止供电的可能性，保证了种植在大棚中的作物的安全生长环境。
如图2所示，配电单元102包括汇流排200、单向DC/DC变换器201及双向DC/DC变换器202；
直流母线与交流负载之间依次连接有逆变器及升压电站，把BOOST单向变换电路输出直流电通过逆变电路转化成交流电，通过升压变压器，提升电压供给大棚交流负载使用。
汇流排200的一次侧连接光伏电能采集单元100，用于汇集光伏电能采集单元100采集产生的电流；汇流排200将光伏电能采集单元100采集到的各个电流进行汇总，通过提高电流强度以保证供电效率。
汇流排200的二次侧连接单向DC/DC变换器201，用于将汇集得到的电流转换为电压发送至单向DC/DC变换器201；汇流排200将电流转化为电压发送给单向DC/DC变换器201，以保证为负载提供可用的供电电压。
单向DC/DC变换器201经直流母线连接至交流负载及直流负载，为交流负载及直流负载供电；光伏电能采集单元100通过单向DC/DC变换器201为负载进行供电。
双向DC/DC变换器202的一端连接电能存储单元101、另一侧经直流母线连接至交流负载及直流负载，为交流负载及直流负载供电；电能存储单元101通过双向DC/DC变换器202为负载进行供电。
其中，控制器104分别连接单向DC/DC变换器201、双向DC/DC变换器202及逆变器；
若监测器103监测到光伏电能采集单元100的输出功率不足且电能存储单元的电压大于最小放电电压时，控制器104控制双向DC/DC变换器202切换工作模式，向直流母线输出电压；
若监测器103监测光伏电能采集单元100输出功率大于负载所需功率，控制器104控制单向DC/DC变换器201切换工作模式，将光伏电能采集单元100中多余电能经直流母线传输至电能存储单元101。
其中，光伏电能采集单元100包括若干串联的光伏电池板300，且若干串联的光伏电池板300均铺设在大棚棚顶上；
光伏电池板300与设置在大棚内部的汇流排200的一次侧连接。
其中，单向DC/DC变换器201为Boost型单向DC/DC变换器。
其中，双向DC/DC变换器202为Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器；
若控制器104接收到的单元信息中显示光伏电能采集单元100输出功率不足且电能存储单元101的电压大于最小放电电压，控制器104控制Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器的开关管，将Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器从Zeta模式切换至Sepic模式，向直流母线输出电压；
若在夜间或阴雨天，控制器104接收到的单元信息中显示光伏电能采集单元100无法输出功率，控制器104控制Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器处于Zeta模式，同时单向DC/DC变换器201暂停工作，使得电能存储单元101单独向直流母线输出电压。
本实用新型提供一种用于大棚的光伏供电装置的具体应用例，具体如下：
光伏大棚的供电系统为大棚加热、降温、调光、遮光、灌溉系统提供能源，可靠的控制温室内光照、空气和土壤的温湿度，满足大棚内蔬菜作物生长的需要。
本实用新型采用的光伏系统仅供光伏大棚使用，因此采用独立供电模式，工作过程如图3所示，本实用新用新型用光伏电池板300代替传统的薄膜太阳能，光伏电池板300安装在光伏大棚屋顶，具体工作流程为：
由于每个光伏电池板300产生的电流小、电压低，因此光伏大棚在使用电能时是由多块光伏电池板300发电产能，产生光伏电流通过汇流排200，将电流汇集到一起。
汇流排200输出电压，由于输出电压较低不能满足负载需求，再由开关直流升压Boost型的单向DC/DC变换器201电路提高输出电压进行直-直变换，对直流负载供电，同时通过控制单向DC/DC变换器201的占空比实现最大功率跟踪(MPPT)，光伏电池板300多余能量由蓄电池组400储存供阴雨和夜间使用。
对于光伏大棚中的交流负载，需要把单向DC/DC变换器201电路输出直流电通过逆变电路转化成交流电，通过升压变压器，提升电压供给大棚交流负载使用，同时光伏发电电能不足时，有蓄电池组400释放电能供给交流负载使用。
一般光伏储能主要使BUCK/BOOST双向隔离DC/DC变换器，由于本实用新型研究对象光伏大棚，其负载功率小，因此，使用输出精度较好的双向Sepic/Zeta拓扑结构的双向DC/DC变换器202，通过调节Sepic/Zeta中IGBT开关管的占空比来控制Sepic/Zeta电路的输入和输出电压方向和大小。
具体能量输出和存储过程为：
当光伏电池板300输出功率不足以提供负载所需能量，且蓄电池组400的电压大于最小放电电压时，单向BOOST变换器工作在MPPT模式，双向变换器工作在Zeta模式，光伏电池板300和蓄电池组400共同向负载供电；
当光伏电池板300输出功率大于负载所需功率，此时太阳能电池阵列输出最大功率，并且通过控制器104使双向变换工作在Sepic模式，将太阳能电池多余的能量通过双向变换器给蓄电池组400充电，并且稳定输出直流母线端电压，供直流和交流负载使用；
如果光照强度很低或晚上，光伏阵列无法输出电能时，双向DC/DC变换器202工作在模式Zeta，单向DC/DC变换器201暂停工作，蓄电池组400单独向负载提供能量，并稳定直流母线电压。变换器的电流电压输出和电流方向均有控制器104控制开关管的控制极完成。
本实用新型的说明书中，各实施步骤的实现顺序均不仅限于实施例中给出的情况，各实施步骤在具体实施时，根据具体情况作出先后顺序的变动，同时，说明书中说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本实用新型公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种用于大棚的光伏供电装置，其特征在于，所述装置包括设置在大棚棚顶上的光伏电能采集单元、设置在所述大棚内的电能存储单元、配电单元、监测器及控制器；
所述光伏电能采集单元与所述电能存储单元分别连接至所述配电单元，所述配电单元经直流母线连接至交流负载及直流负载；所述光伏电能采集单元及所述电能存储单元经所述配电单元为所述交流负载及直流负载供电；
所述监测器分别与光伏电能采集单元、电能存储单元及控制器连接，所述监测器实时监测所述光伏电能采集单元及电能存储单元中电压及电流，并将电压或电流值超出标准范围的单元信息发送至所述控制器；
所述控制器与所述配电单元连接，所述控制器根据所述单元信息，控制所述配电单元切换工作模式，使得超出标准范围所述电压或电流值恢复至标准范围内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述配电单元包括汇流排、单向DC/DC变换器及双向DC/DC变换器；
所述汇流排的一次侧连接所述光伏电能采集单元，用于汇集所述光伏电能采集单元采集产生的电流；
所述汇流排的二次侧连接所述单向DC/DC变换器，用于将汇集得到的电流转换为电压发送至所述单向DC/DC变换器；
所述单向DC/DC变换器经直流母线连接至交流负载及直流负载，为所述交流负载及直流负载供电；
所述双向DC/DC变换器的一端连接所述电能存储单元、另一侧经直流母线连接至交流负载及直流负载，为所述交流负载及直流负载供电；
所述直流母线与交流负载之间依次连接有逆变器及升压电站。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器分别连接所述单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器及逆变器；
若所述监测器监测到所述光伏电能采集单元的输出功率不足且电能存储单元的电压大于最小放电电压时，所述控制器控制所述双向DC/DC变换器切换工作模式，向直流母线输出电压；
若所述监测器监测所述光伏电能采集单元输出功率大于负载所需功率，所述控制器控制所述单向DC/DC变换器切换工作模式，将光伏电能采集单元中多余电能经直流母线传输至所述电能存储单元。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光伏电能采集单元包括若干串联的光伏电池板，且若干串联的所述光伏电池板均铺设在所述大棚棚顶上；
所述光伏电池板与设置在所述大棚内部的所述汇流排的一次侧连接。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述单向DC/DC变换器为Boost型单向DC/DC变换器。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述双向DC/DC变换器为Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器；
若所述控制器接收到的单元信息中显示所述光伏电能采集单元输出功率不足且电能存储单元的电压大于最小放电电压，所述控制器控制所述Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器的开关管，将所述Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器从Zeta模式切换至Sepic模式，向直流母线输出电压；
若所述控制器接收到的单元信息中显示所述光伏电能采集单元无法输出功率，所述控制器控制所述Sepic/Zeta型双向DC/DC变换器处于Zeta模式，同时所述单向DC/DC变换器暂停工作，使得所述电能存储单元单独向直流母线输出电压。
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