CN210577824U - 一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力系统微网发电相关技术领域，其公开了一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，该装置包括发电组件、控制器组件、储能组件及配电输出组件，该发电组件连接于该控制器组件，该储能组件连接该控制器组件及该配电输出组件，该控制器组件还连接于国家电网，其用于控制该发电组件以生物质能及太阳能进行互补发电，同时控制该国家电网作为辅助能源，由此实现电能的持续稳定供应；该发电组件包括沼气发电机、调频稳压器、整流器及太阳能电池板，该调频稳压器及该整流器分别连接于该沼气发电机；该整流器及该太阳能电池板分别连接于该控制器组件。本实用新型提高了生物质能使用效率，实现了持续供能。

Description

一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置

技术领域

本实用新型属于电力系统微网发电相关技术领域，更具体地，涉及一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置。

背景技术

近几年，国家重视对农畜业节能减排的大量投入，大力鼓励生物质的再利用。据不完全统计，到2015年，全国已建成大中小型生物质沼气工程26万次，加上农村户用生物质沼气工程3850处，有近3900万处的规模。

然而，由于生物质利用途径普遍单一，仅少部分用于养殖场生活用气，同时存在建设和维护成本高，配套服务体系不完善等问题。部分生物质工程虽配有沼气发电设备，但是沼气的产出量受温度、季节、粪料发酵程度等因素影响波动较大，单一沼气发电机工作不稳定，并不能满足用户的用电要求。到目前为止，全国有60％基本处于闲置的状态，生物质工程使用效率低下已成为一个普遍的社会问题，新能源行业已经成为未来能源发展的必然趋势。相应地，本领域存在着发展一种能够实现持续供电的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置的技术需求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其基于现有生物质能的利用特点，研究及设计了一种能够实现持续发电的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置。该发电装置基于生物质发电及充分利用当地风光资源为目标，其是以生物质互补发电为主体的、集配电输出、蓄电、智能检测、控制、电网切换于一体的分布式智能微网发电装置。所述发电装置在国家电网的辅助下对养殖企业日常生产生活进行供电，可有效利用农村过剩的生物质和当地充足的光照进行发电，改变养殖企业目前普遍存在的生物质用途单一、传统生物质发电机不能持续稳定供电的状况，增加了沼气池换料率，提升沼气池对粪便等生物质的吞吐量，直接降低了养殖企业的商业用电成本，提高了节能减排效果，实现了电能的持续供应。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，该发电装置包括发电组件、控制器组件、储能组件及配电输出组件，所述发电组件连接于所述控制器组件，所述储能组件连接所述控制器组件及所述配电输出组件，所述控制器组件还连接于国家电网，其用于控制所述发电组件以生物质能及太阳能进行互补发电，同时控制所述国家电网作为辅助能源，由此实现电能的持续稳定供应；

所述发电组件包括沼气发电机、调频稳压器、整流器、太阳能电池板及太阳能跟踪控制器，所述调频稳压器及所述整流器分别连接于所述沼气发电机，所述调频稳压器用于连接负载；所述整流器及所述太阳能跟踪控制器分别连接于所述控制器组件；所述太阳能电池板连接于所述太阳能跟踪控制器。

进一步地，所述控制器组件用于控制所述沼气发电机使得所述沼气发电机发的电能一部分经过所述调频稳压器调频稳压后直接对负载进行供电，其余的电能储存在所述储能组件内。

进一步地，所述储能组件用于进行电能存储并在所述控制器组件的控制下将电能进行转换后输出给负载。

进一步地，所述太阳能电池板用于发电，其所发的电能经所述太阳能跟踪控制器后直接存储在所述储能组件内。

进一步地，所述控制器组件用于对所述太阳能电池板的工作状态、所述沼气发电机的工作状态、所述储能组件的电量及所述配电输出组件进行实时监测，并对采集到的数据进行运算分析，继而相应地控制所述太阳能电池板、所述沼气发电机、所述储能组件及所述配电输出组件。

进一步地，所述控制器组件包括电源管理模块、单片机控制系统、继电器、数据采集模块及液晶显示屏，所述电源管理模块、所述数据采集模块、所述液晶显示屏及所述继电器分别连接于所述单片机控制系统。

进一步地，所述数据采集模块包括传感器；所述传感器包括第一电压传感器、第二电压传感器及第三电压传感器，所述第一电压传感器、所述第二电压传感器及所述第三电压传感器分别连接于所述太阳能电池板、所述沼气发电机及所述储能组件。

进一步地，所述数据采集模块用于分别采集所述太阳能电池板的两端电压、所述调频稳压器的输出电压及所述储能组件两极间的电压，并将检测到的电压信号传输给所述单片机控制系统，所述单片机控制系统用于将接受到的数据与对应的预设阈值进行比较，以判断所述太阳能电池板的工作状态、所述沼气发电机是否工作及所述储能组件的电量。

进一步地，所述储能组件包括蓄电池；所述配电输出组件包括逆变器及限流保护器，所述逆变器连接所述蓄电池及所述限流保护器，所述蓄电池连接于所述控制器组件，所述限流保护器用于连接负载。

进一步地，所述控制器组件用于对所述蓄电池的端电压进行检测，进而根据检测到的数据来控制所述逆变器的导通。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，本实用新型提供的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置主要具有以下有益效果：

1.所述发电装置的控制器组件结合了单片机控制技术、传感器技术及继电保护技术，实现了对太阳能电池板的工作状态、沼气发电机的工作状态、蓄电池的电量及配电输出组件的输出电压进行实时监测，所述控制器组件还对采集到的数据进行运算分析并根据分析结果来控制开关电路的通断，具有实时监测、智能判断及自动切换的功能，可智能识别用户用电状态及设备本身工作状态，进而进行调整设备工作状态，以实现不间断可靠供电。

2.所述发电装置采用生物质能与光伏互补加电网切换一体化发电，克服了沼气光伏单方面发电的间歇性和不稳定性，可在生物质能发电与电网间切换，为用户提供持续、稳定、廉价、绿色的电能。

3.所述沼气发电机及所述太阳能电池板的容量可以方便地根据实际情况进行调整搭配，有较强的用户适应性，不但可作为电网的辅助能源，同时也可以作为主流电源使用，适用于养殖场、沼气用户及偏远地区的电力配给。

4.所述发电装置通过将粪便、秸秆等生物质进行处理产生沼气，并利用沼气与太阳能互补产生可利用电能，实现了真正意义上的废物利用，节能减排，绿色环保。

附图说明

图1是本发明提供的一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置的功能框图。

图2是图1中的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置的发电组件、储能组件及控制器组件之间的链接示意图。

图3是图1中的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置的控制器组件的原理示意图。

图4是图1中的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置的控制器组件、储能组件及配电输出组件之间的链接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，所述发电装置包括发电组件、控制器组件、储能组件及配电输出组件，所述发电组件连接于所述控制器组件，所述储能组件连接所述控制器组件及配电输出组件。所述控制器组件还连接于国家电网，其用于控制所述发电组件以生物质能及太阳能进行互补发电，同时控制所述国家电网作为辅助能源，由此实现电能的持续稳定供应。

所述发电组件包括沼气发电机、调频稳压器、整流器、太阳能电池板及太阳能跟踪控制器，所述调频稳压器及所述整流器分别连接于所述沼气发电机，所述整流器连接于所述控制器组件，所述调频稳压器用于连接负载。所述太阳能跟踪控制器连接所述太阳能电池板及所述控制器组件。

其中，通过沼气池将生物质能转换为沼气，继而所述沼气发电机利用沼气进行发电，由此转换成电能；所述太阳能电池板进行发电以补充电能。所述控制器组件控制所述沼气发电机使得所述沼气发电机所发的电能一部分经过所述调频稳压器调频稳压后直接对负载进行供电，其余的电能则储存在所述储能组件内。所述储能组件用于进行电能存储并在所述控制器组件的控制下将电能进行转换后输出给负载。本实施方式中，所述太阳能电池板所发的电能经所述太阳能跟踪控制器后直接存储在所述储能组件内，且所述太阳能跟踪控制器为MPPT跟踪控制器，由此采用了MPPT技术，使得所述太阳能电池板的转换效率提高了10％。

所述控制器组件用于对所述太阳能电池板的工作状态、所述沼气发电机的工作状态、所述储能组件的电量及所述配电输出组件进行实时监测，并将采集来的数据进行运算分析，继而控制开关电路的通断，具有实时监测、智能判断、完全自动切换的功能。

所述控制器组件的传感器会自动采集所述太阳能电池板的两端电压，以对太阳能电池板的工作状态进行判断；若所述太阳能电池板的端电压在16V以上，所述控制器组件会自动控制器内部的继电器将充电切换至所述太阳能电池板的两端，否则采用所述沼气发电机进行充电。所述太阳能电池板对所述储能组件进行充电时，所述太阳能跟踪控制器会自动检测所述太阳能电池板的电量并做出快充、浮充模式的切换。同样，对外输出电能也需要类似的切换过程。

对负载进行供电时，所述控制器组件内的传感器会自动采集所述调频稳压器的输出电压，以对所述沼气发电机是否工作进行判断。若所述沼气发电机工作，所述控制器组件会驱动其内部的继电器打开所述沼气发电机的对外输出开关，同时关闭所述储能组件的输出开关；若发电机停止工作，所述控制器组件会自动导通所述储能组件的输出开关以对负载进行供电，同时关闭所述沼气发电机的对外输出开关，若所述沼气发电机停止工作，且所述储能组件的剩余电量不足以给负载供电时，所述控制器组件将控制所述国家电网为负载进行供电。

所述控制器组件包括扫描按键、LED显示屏、电源管理模块、单片机控制系统、继电器、数据采集模块及液晶显示屏，所述扫描按键、所述LED显示屏、所述电源管理模块、所述数据采集模块、所述液晶显示屏及所述继电器分别连接于所述单片机控制系统。所述数据采集模块包括所述传感器。本实施方式中，所述液晶显示屏用于显示所述沼气发电机的端电压、所述太阳能电池板的电压、所述蓄电池的电能及当前运行状态(如所述沼气发电机的发电状态、负载状态等)。

所述传感器包括第一电压传感器、第二电压传感器及第三电压传感器，所述第一电压传感器连接于所述太阳能电池板，其用于采集所述太阳能电池板的两端电压，并将检测到的数据传输给所述单片机控制系统，继而所述单片机控制系统根据接受到的数据判断所述太阳能电池板的工作状态。所述第二电压传感器连接于所述沼气发电机，用于采集所述调频稳压器的输出电压，并将检测到的数据传输给所述单片机控制系统，继而所述单片机控制系统根据接收到的数据来判断所述沼气发电机的工作状态。所述第三电压传感器连接于所述储能组件，其用于采集所述储能组件两极间的电压，并将检测到的所述数据传输给所述单片机控制系统，继而所述单片机控制系统根据接收到的数据判断所述储能组件的电量。

所述数据采集模块采集到的电压信号经过A/D转换后输入到所述单片机控制系统的I/O口，所述单片机控制系统将接受到的数值与对应的预设阈值进行比较，以判断所述太阳能电池板的工作状态、所述储能组件的电量及所述沼气发电机是否工作。所述继电器包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器及第七继电器。其中，所述储能组件包括蓄电池；所述配电输出组件包括逆变器及限流保护器，所述逆变器连接所述蓄电池及限流保护器，所述蓄电池连接于所述控制器组件，所述限流保护器用于连接负载。所述控制器组件通过对所述蓄电池的端电压进行检测，如果所述蓄电池的端电压在10.5V以上，则可判断所述蓄电池此时的电量可以对外放电，所述控制器组件控制所述逆变器导通，所述蓄电池内的电能经过所述逆变器逆变后为负载供电。

本实施方式中，所述第一继电器连接于所述太阳能电池板及所述沼气发电机；所述第二继电器连接于所述蓄电池的第一蓄电池与第二蓄电池；所述第三继电器连接于所述第一蓄电池及所述逆变器；所述第四继电器连接于所述第二蓄电池及所述逆变器；所述第五继电器连接于所述沼气发电机及所述负载；所述第六继电器连接于所述蓄电池及负载；所述第七继电器连接于所述国家电网及负载；所述单片机控制系统通过控制上述七个继电器的通断，继而实现对所述发电组件、所述储能组件、所述配电输出组件及所述国家电网进行实时控制。

本发明提供的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，所述发电装置基于充分利用农村过剩的生物质及当地充足的光照来改变养殖企业目前普遍存在的生物质用途单一、传统生物质发电机不能持续稳定供电的状况，增加了沼气池换料率，提升了沼气对粪便等生物质的吞吐量，从而降低了养殖企业的商业用电成本，提高了节能减排效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其适用于养殖企业日常生产生活的供电，其特征在于：

所述发电装置为生物质能与光伏互补加电网切换一体化发电装置，其包括发电组件、控制器组件、储能组件及配电输出组件，所述发电组件连接于所述控制器组件，所述储能组件连接所述控制器组件及所述配电输出组件，所述控制器组件还连接于国家电网，其用于控制所述发电组件以生物质能及太阳能进行互补发电，同时控制所述国家电网作为辅助能源，由此实现电能的持续稳定供应；其中，所述储能组件的剩余电量不足以给负载供电时，所述控制器组件用于控制所述国家电网为负载进行供电；

所述发电组件包括沼气发电机、调频稳压器、整流器、太阳能电池板及太阳能跟踪控制器，所述调频稳压器及所述整流器分别连接于所述沼气发电机，所述调频稳压器用于连接负载；所述整流器及所述太阳能跟踪控制器分别连接于所述控制器组件；所述太阳能电池板连接于所述太阳能跟踪控制器。

2.如权利要求1所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述控制器组件用于控制所述沼气发电机使得所述沼气发电机发的电能一部分经过所述调频稳压器调频稳压后直接对负载进行供电，其余的电能储存在所述储能组件内。

3.如权利要求1所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述储能组件用于进行电能存储并在所述控制器组件的控制下将电能进行转换后输出给负载。

4.如权利要求3所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述太阳能电池板用于发电，其所发的电能经所述太阳能跟踪控制器后直接存储在所述储能组件内。

5.如权利要求1-4任一项所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述控制器组件用于对所述太阳能电池板的工作状态、所述沼气发电机的工作状态、所述储能组件的电量及所述配电输出组件进行实时监测，并对采集到的数据进行运算分析，继而相应地控制所述太阳能电池板、所述沼气发电机、所述储能组件及所述配电输出组件。

6.如权利要求1-4任一项所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述控制器组件包括电源管理模块、单片机控制系统、继电器、数据采集模块及液晶显示屏，所述电源管理模块、所述数据采集模块、所述液晶显示屏及所述继电器分别连接于所述单片机控制系统。

7.如权利要求6所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述数据采集模块包括传感器；所述传感器包括第一电压传感器、第二电压传感器及第三电压传感器，所述第一电压传感器、所述第二电压传感器及所述第三电压传感器分别连接于所述太阳能电池板、所述沼气发电机及所述储能组件。

8.如权利要求6所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述数据采集模块用于分别采集所述太阳能电池板的两端电压、所述调频稳压器的输出电压及所述储能组件两极间的电压，并将检测到的电压信号传输给所述单片机控制系统，所述单片机控制系统用于将接受到的数据与对应的预设阈值进行比较，以判断所述太阳能电池板的工作状态、所述沼气发电机是否工作及所述储能组件的电量。

9.如权利要求1-4任一项所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述储能组件包括蓄电池；所述配电输出组件包括逆变器及限流保护器，所述逆变器连接所述蓄电池及所述限流保护器，所述蓄电池连接于所述控制器组件，所述限流保护器用于连接负载。

10.如权利要求9所述的孤岛式生物质能与光能复合智能发电装置，其特征在于：所述控制器组件用于对所述蓄电池的端电压进行检测，进而根据检测到的数据来控制所述逆变器的导通。

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