CN212486132U - 一种模块化分布式光伏储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块化分布式光伏储能系统，包括逆变器、集中控制器、多个光伏单元；光伏单元包括箱体，箱体设有单元控制模块和分别与单元控制模块连接的光伏电池、储能模块、DC‑DC转换器、直流输出接口；箱体上设有前级接口和后级接口，每个光伏单元通过自身的前级接口与另一个光伏单元的后级接口连接实现依次连接，接口线缆依次贯穿各个光伏单元的箱体并与每个光伏单元电气连接。与现有技术相比，本实用新型不需要每个光伏单元将输出引至汇流排，独立的光伏单元箱体自行对自身进行检测及控制，集中控制器则对各个光伏单元进行调度控制，实现了布线简洁的分布式储能、分布式控制，简化了部署难度，降低了部署成本。

Description

一种模块化分布式光伏储能系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电和储能领域，尤其是涉及一种模块化分布式光伏储能系统。

背景技术

光伏发电及储能，即光伏电池板将所接收到的光能转化为电能，然后经过各种变换存储在储能器件中，在需要使用电力的时候再通过控制系统和逆变系统将储能器件内保存或者光伏电池输出的能量变换为所需使用的电力供应源。光伏发电和储能清洁稳定，成为将会成为实现我们未来最基础的能源获取技术之一。

现有的光伏发电及储能系统从施工、安装到控制调整都非常复杂、人工成本高、维护成本高。现有的光伏发电及储能系统由光伏电池板、储能电池柜、逆变系统组成，在安装部署上需要首先安装光伏板，然后将光伏板的输出引至储能电池柜的汇流排，储能电池柜再输出到逆变系统进行逆变转换，具有实施复杂、占地面积大、安全性不高、维护和控制困难等缺点，不适合家庭及一般企业的应用。

为此，有必要设计一款能快速部署、安全可靠、占地面积小并且维护操作容易，适合家庭及一般企业使用的模块化分布式光伏及储能系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化分布式光伏储能系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模块化分布式光伏储能系统，包括逆变器和与逆变器连接的集中控制器，还包括分别与所述逆变器和集中控制器连接的多个光伏单元；所述光伏单元包括箱体，所述箱体设有单元控制模块和分别与单元控制模块连接的光伏电池、储能模块、DC-DC转换器、直流输出接口，所述储能模块经DC-DC转换器与直流输出接口连接；

所述箱体上设有前级接口和后级接口，每个光伏单元通过自身的前级接口与另一个光伏单元的后级接口连接实现依次连接，接口线缆依次贯穿各个光伏单元的箱体并与每个光伏单元电气连接。

优选的，所述单元控制模块采用低导通内阻的PMOS管来控制光伏电池输出的导通及关断。

优选的，所述单元控制模块通过CAN通信线与所述集中控制器通信连接。

优选的，所述接口线缆包括主电源线、CAN通信线和控制线，所述主电源线与所述储能模块连接，所述CAN通信线和控制线分别都与单元控制模块连接。

优选的，所述前级接口和后级接口都采用防反接结构。

优选的，所述单元控制模块和储能模块都设置在光伏电池的背面。

优选的，所述光伏电池设置在箱体的一面，所述单元控制模块和储能模块都设置在箱体中，所述前级接口和后级接口分别设于箱体的左右两侧。

优选的，所述储能模块包括赝电容、锂电容或者磷酸铁锂电池。

优选的，所述前级接口和后级接口均为防水接口。

优选的，所述箱体上还设有用于指示状态的指示灯

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、将光伏电池、储能部件、单元控制模块组合成一个独立的单元，通过防水接头进行串联，不需要每个光伏电池板将输出引至汇流排；独立的光伏单元箱体自行对本身的光伏电池、储能器件进行检测及控制，集中控制器则对各个光伏单元进行调度控制，实现了布线简洁的分布式储能、分布式控制，简化了部署难度，降低了部署成本。

2、系统部署完成后，由集中控制器进行各个光伏单元系统箱的连接设置，极大地提高了系统的灵活性，大大简化了光伏电池系统地部署要求，使得部署成本、运维成本都大大降低。

3、单元控制模块采用低导通内阻的PMOS管来控制光伏电池输出的导通及关断，并且确保光伏电池的正负极颠倒后不会导通，从而防止异常光伏板导通造成的光伏电池板进一步损坏以及正负颠倒造成系统损坏。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中光伏单元的结构示意图；

图3为本实用新型中光伏单元内部连接示意图；

图4为本实用新型中接口线缆的截面示意图；

图5为光伏单元接线示意图。

图中标注：1、逆变器，2、集中控制器，3、光伏单元，4、前级接口，5、后级接口，6、光伏电池，7、单元控制模块，8、储能模块，9、DC-DC转换器，10、直流输出接口，11、单芯连接线，12、箱体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本申请提出一种模块化分布式光伏储能系统，包括逆变器1和与逆变器1连接的集中控制器2，还包括分别与逆变器1和集中控制器2连接的多个光伏单元3。

如图2、3所示，光伏单元3为箱体结构，包括箱体12。箱体12设有单元控制模块7和分别与单元控制模块7连接的光伏电池6、储能模块8、DC-DC转换器9、直流输出接口10，储能模块8经DC-DC转换器9与直流输出接口10连接。单元控制模块7对光伏电池6、储能模块8、DC-DC转换器9和直流输出接口10进行控制。

箱体12上设有前级接口4和后级接口5，每个光伏单元3通过自身的前级接口4与另一个光伏单元3的后级接口5连接实现依次连接，接口线缆依次贯穿各个光伏单元3的箱体12并与每个光伏单元3电气连接。前后依次连接不需要每个光伏单元3都引出接线到统一的汇流排，这使得部署变得非常简单快速，并且成本低、维护轻松。本实施例中，单元控制模块7和储能模块8都设置在光伏电池6的背面，加上密封壳体，形成一个表面为光伏电池6，内部设置单元控制模块7、储能模块8、DC-DC转换器9、直流输出接口10，同时在两侧面分别设置前级接口4和后级接口5的光伏单元箱。此外为了便于维护，光伏单元3的箱体12还安装有用于指示身份及状态的指示灯。

如果所需连接的光伏单元3较多，则通信线可采用CAN总线通信，可以使用具备CAN总线接口的单片机作为单元控制模块7的MCU，例如STM32系列加上CAN接口芯片；如果光伏单元3不多，RS485通信方式也可以适用，则可以使用具备UART接口的单片机作为单元控制模块7的MCU，加上RS485接口芯片。本实施例中，单元控制模块7通过2线的CAN通信接口与集中控制器2通信连接，采用CAN接口可以确保连接简单、可靠、实现距离远。

每个光伏单元3包括前级接口4和后级接口5，为进、出两套防水接口，本实施例中，设定光伏单元3靠近逆变器1的一端为前级接口4，另一端为后级接口5，接口采用防反接结构。如图4所示，接口线缆的其中2条为CAN通信用的双绞线，分别为CAN_H和CAN_L；还有根据电流大小来确定截面积的主电源线，因为采用直流输入逆变器，因此分正极和负极两条线。本系统中光伏单元3可以采用传统的并联方式，如图5所示，本实施例全部光伏单元3通过并联接到接口线缆连接到集中控制器2和逆变器1，每个光伏单元3的电路板依次通过单芯连接线11连接。

光伏单元3的接入模式由集中控制器2指令控制，即确定光伏单元3为串联接入还是并联接入。对于一些不需要灵活设置各个光伏单元3拓扑结构的情况，也可以通过光伏单元3内的单元控制模块7上的开关来固定其入网方式，这样虽然缺少灵活性，但可以防止控制系统紊乱造成的风险。连接好的光伏单元3的正负极接入逆变器1，CAN通信总线则接入集中控制器2。集中控制器2和逆变器1之间根据应用需要可以再增加连接，例如需要控制逆变器1开关等。因为采用就近连接的结构，因此施工非常简单，成本低，并且更加可靠，也降低了维护成本。

单元控制模块7可以选择实现如下功能：

(1)对本光伏单元3的光伏电池6开关控制并进行检测，将相关状态数据发送给集中控制器2；

(2)对储能模块8性能进行检测并将各种检测数据发送到集中控制器2，控制储能模块8输入/输出，并且通过MPPT算法对储能模块8进行高效充电管理，同时也控制储能模块8的放电并且根据设置对输出进行DC转换；

(3)根据集中控制器2发送的控制指令，对输入/输出接口进行调整，实现电力调度功能、光伏单元3的入网/脱网功能；

(4)使用工业高标准的两线制CAN通信总线和集中控制器2进行通信控制，也可以根据应用需要实现光伏单元3之间的通信；

(5)对输入/输出进行过流/过压控制，同时监控系统及储能模块8温度，有效阻止可能损坏系统的事故发生。

(6)控制指示灯表示检测结果、运行状态等。

光伏电池6输出电能到单元控制模块7，为了降低功率损耗和对异常的光伏电池6进行保护，单元控制模块7采用低导通内阻的PMOS管来控制光伏电池6输出的导通及关断，并且确保光伏电池6的正负极颠倒后不会导通，从而防止异常光伏板导通造成的光伏电池6板进一步损坏以及正负颠倒造成系统损坏。单元控制模块7检测到光伏电池6输出异常后会关闭该光伏电池6，并且将故障信息发送给集中控制器2。单元控制模块7根据所设置存储的储能模块8的参数，对储能模块8进行检测，如果检测到异常将关闭储能部件的使用，并且上报故障信息给集中控制器2。如果储能模块8正常，则采用相应的MPPT算法对光伏电池6的输出进行最大功率点跟踪，同时根据储能模块8参数进行高效充电。

如果用户需要使用电力，则优先使用光伏电池6的输出，当光伏电池6输出功率不够时，开启储能模块8进行输出，单元控制模块7对储能模块8进行放电管理。如果光伏电池6的输出功率大于用户使用功率，则光伏电池6输出给逆变器1的同时，通过MPPT充电控制及通信模块给储能模块8进行充电，这样能尽量降低储能模块8的循环频率，延长储能模块8的使用寿命。

集中控制器2可以采用常用的STM32F103等具备CAN通信接口或者USART接口的控制芯片。集中控制器2可采用图形化界面对整个系统进行设置和控制，其功能包括：

1)设置整个系统的光伏电池6拓扑结构，即设置每个光伏单元3的串并联接入方式，设置各个光伏单元3的入网和脱网，该设置通过给各个光伏单元3发送控制指令实现；

2)确定逆变器1的输入电源参数，控制逆变器1运行/停止及其它功能；

3)设置储能模块8类型和充放电参数；

4)设置和记录各种关键运行参数及测量数据；

5)可以通过外部网络实现远程服务器连接，进行远程数据传输及控制。

储能模块8采用温宽、循环寿命长和安全系数高的赝电容、锂电容或者磷酸铁锂电池。

逆变器1可以使用市面上符合要求的现有产品，如果需要由集成控制器控制其启停，则需要具备符合要求的控制端口。

Claims (10)

1.一种模块化分布式光伏储能系统，包括逆变器(1)和与逆变器(1)连接的集中控制器(2)，其特征在于，还包括分别与所述逆变器(1)和集中控制器(2)连接的多个光伏单元(3)；所述光伏单元(3)包括箱体(12)，所述箱体(12)设有单元控制模块(7)和分别与单元控制模块(7)连接的光伏电池(6)、储能模块(8)、DC-DC转换器(9)、直流输出接口(10)，所述储能模块(8)经DC-DC转换器(9)与直流输出接口(10)连接；

所述箱体(12)上设有前级接口(4)和后级接口(5)，每个光伏单元(3)通过自身的前级接口(4)与另一个光伏单元(3)的后级接口(5)连接实现依次连接，接口线缆依次贯穿各个光伏单元(3)的箱体(12)并与每个光伏单元(3)电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述单元控制模块(7)采用低导通内阻的PMOS管来控制光伏电池(6)输出的导通及关断。

3.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述单元控制模块(7)通过CAN通信线与所述集中控制器(2)通信连接。

4.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述接口线缆包括主电源线、CAN通信线和控制线，所述主电源线与所述储能模块(8)连接，所述CAN通信线和控制线分别都与单元控制模块(7)连接。

5.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述前级接口(4)和后级接口(5)都采用防反接结构。

6.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述单元控制模块(7)和储能模块(8)都设置在光伏电池(6)的背面。

7.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述光伏电池(6)设置在箱体(12)的一面，所述单元控制模块(7)和储能模块(8)都设置在箱体(12)中，所述前级接口(4)和后级接口(5)分别设于箱体(12)的左右两侧。

8.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述储能模块(8)包括赝电容、锂电容或者磷酸铁锂电池。

9.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述前级接口(4)和后级接口(5)均为防水接口。

10.根据权利要求1所述的一种模块化分布式光伏储能系统，其特征在于，所述箱体(12)上还设有用于指示状态的指示灯。

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