CN215646333U - 一种多能互补智慧离网供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多能互补智慧离网供电系统，属于新能源供电领域。包括太阳能光伏板与第一DC‑DC变换器相连；第一DC‑DC变换器与蓄电池相连，再连接第二mosfet开关之后连接直流母线；第一DC‑DC变换器与第一mosfet开关相连再与PEM电解槽相连，再连接储氢罐，储氢罐连接机械开关，之后连接氢氧燃料电池，再连接直流母线；直流母线连接第二DC‑DC变换器和DC‑AC逆变器，再分别连接直流负载和交流负载；MCU控制器与第一DC‑DC变换器、第一mosfet开关、第二mosfet开关、机械开关、蓄电池相连。本实用新型采用多能互补模式，可有效解决弃光问题；且可实现对系统多种工作模式的智能调整。

Description

一种多能互补智慧离网供电系统

技术领域

本实用新型涉及一种多能互补智慧离网供电系统，属于新能源供电技术领域。

背景技术

近年来，随着世界各国对能源的需求的不断增长和环境保护的日益加强，可再生能源的推广应用已成必然趋势，同时，基于现存的大电源、大电网的单一运营模式，易出现大面积供电瘫痪的紧急事故。所以，我国能源未来发展重点必将转向多能互补分布式能源系统。

太阳能作为利用最为广泛的可再生资源，然而，其间歇性和不可控性而造成的弃光现象为光伏发电行业带来挑战。与此同时，光伏发电类产品很大程度上受地理环境、季节和气象条件的影响，许多地区太阳能资源贫乏，冬季、雨季太阳能辐射量降低，因此，光伏发电对环境依赖度比较高。其次，该类产品同样存在资源分布与配置不平衡的问题。

氢能与其他燃料相比是一种适合大规模长时间存储的清洁能源，产物无污染且能量密度高，热值高。对于可再生和可持续系统而言，将太阳能转化为氢能进行储存，有效降低了利用煤、石油、天然气等化石燃料制氢的成本。氢燃料电池是氢能利用的主要途径，是一种将燃料气体化学能直接转化为电能的装置，具有能量转化效率高、零噪声、无污染等特点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种多能互补智慧离网供电系统，以解决现有技术中存在的问题。

一种多能互补智慧离网供电系统，多能互补智慧离网供电系统包括MCU控制器、太阳能光伏板、第一DC-DC变换器、蓄电池、第一mosfet开关、电解槽、储氢设备、机械开关、氢氧燃料电池、第二mosfet开关、直流母线、DC-AC逆变器、第二DC-DC变换器和稳压电路，

MCU控制器的输出端分别连接第一DC-DC变换器的输入端、第一mosfet开关的栅极、第二mosfet开关的栅极和机械开关的输入端，太阳能光伏板的输出端连接第一DC-DC变换器的输入端，DC-DC变换器的输出端连接蓄电池的输入端，蓄电池的一个输出端连接第二mosfet开关的漏极相连，另一个输出端连接MCU控制器的输入端，第二mosfet开关的源极连接直流母线的输入端，直流母线的输出端分别与DC-AC逆变器、第二DC-DC变换器的输入端连接，DC-DC变换器的输出端连接稳压电路的输入端；

DC-DC变换器的输出端还连接第一mosfet开关的漏极，第一mosfet开关的源极连接电解槽的电源，电解槽的氢气输出端连接储氢设备的输入端，储氢设备的输出端通过机械开关连接氢氧燃料电池的输入端，氢氧燃料电池的输出端连接直流母线的输入端。

进一步的，多能互补智慧离网供电系统还包括光强监测系统，光强监测系统的输出端连接MCU控制器的输入端，用于向MCU控制器输出光强信号。

进一步的，当蓄电池电量大于等于90％，且光照强度较强时，第一mosfet开关闭合，第二mosfet开关闭合，机械开关断开，蓄电池对系统供电，多余的光能转换成氢能，为模式a；

当蓄电池电量大于等于90％，且光照强度弱时，第一mosfet开关断开，第二mosfet开关闭合，机械开关断开，蓄电池对系统供电，为模式b。

进一步的，当蓄电池电量大于60％小于90％，且光照强度较强时，第一mosfet开关闭合，第二mosfet开关闭合，机械开关断开，蓄电池对系统供电，多余的光能转换成氢能，工作在模式a；

当蓄电池电量大于60％小于90％，且光照强度弱时，第一mosfet开关断开，第二mosfet 开关闭合，机械开关闭合，蓄电池和氢氧燃料电池联合对系统供电，为模式c。

进一步的，当蓄电池电量小于60％，且光照强度较强时，第一mosfet开关断开，第二 mosfet开关断开，机械开关闭合，氢氧燃料电池对系统供电，同时为蓄电池充电，为模式d；

当蓄电池电量小于60％，且光照强度较弱时，第一mosfet开关断开，第二mosfet开关闭合，机械开关闭合，蓄电池和氢氧燃料电池联合对系统进行供电，为模式c。

本实用新型的有以下优点：

(1)本实用新型可实现多能互补，采用储电和储氢两种储能方式，解决弃光问题，将太阳能产生的余电通入电解槽，电解槽制得的氢气作为备用能源储存起来，当蓄电池供电不足时，储氢装置自动向燃料电池通入氢气发电。将太阳能转化为能量密度更高的氢能进行储存，可以解决夜间及阴雨天无法进行光伏发电的问题。

(2)输入本实用新型的系统的能量为太阳能，物质为水。不消耗化石能源，利用资源丰富的太阳能，整套系统实现可再生、无污染的离网供电模式，符合中国绿色能源理念，具有广阔的发展前景。

(3)本实用新型加入了智能监测模块，可通过监测光照强度和蓄电池电量来切换工作模式。

附图说明

图1为本实用新型的一种多能互补智慧离网供电系统的结构框图；

图2为本实用新型的一种多能互补智慧离网供电系统的工作模式流程图。

其中，1为光强监测系统、2为MCU控制器、3为太阳能光伏板、4为第一DC-DC变换器、5为蓄电池、6为第一mosfet开关、7为电解槽、8为储氢设备、9为机械开关、10 为氢氧燃料电池、11为第二mosfet开关、12为直流母线、13为DC-AC逆变器、14为第二DC-DC变换器、15为稳压电路。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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做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。

参照图1所示，本实用新型提出了一种多能互补智慧离网供电系统，多能互补智慧离网供电系统包括MCU控制器2、太阳能光伏板3、第一DC-DC变换器4、蓄电池5、第一 mosfet开关6、电解槽7、储氢设备8、机械开关9、氢氧燃料电池10、第二mosfet开关11、直流母线12、DC-AC逆变器13、第二DC-DC变换器14和稳压电路15，

MCU控制器2的输出端分别连接第一DC-DC变换器4的输入端、第一mosfet开关6的栅极、第二mosfet开关11的栅极和机械开关9的输入端，太阳能光伏板3的输出端连接第一DC-DC变换器4的输入端，DC-DC变换器4的输出端连接蓄电池5的输入端，蓄电池5的一个输出端连接第二mosfet开关11的漏极相连，另一个输出端连接MCU控制器2的输入端，第二mosfet开关11的源极连接直流母线12的输入端，直流母线12的输出端分别与DC-AC逆变器13、第二DC-DC变换器14的输入端连接，DC-DC变换器14的输出端连接稳压电路15的输入端；

DC-DC变换器4的输出端还连接第一mosfet开关6的漏极，第一mosfet开关6的源极连接电解槽7的电源，电解槽7的氢气输出端连接储氢设备8的输入端，储氢设备8的输出端通过机械开关9连接氢氧燃料电池10的输入端，氢氧燃料电池10的输出端连接直流母线12的输入端。

进一步的，多能互补智慧离网供电系统还包括光强监测系统1，光强监测系统1的输出端连接MCU控制器2的输入端，用于向MCU控制器2输出光强信号。

具体的，太阳光照射太阳能光伏板03，太阳能转化为电能，通过实现MPPT最大功率点追踪的第一DC-DC变换器4给蓄电池5充电。通过第二mosfet开关11控制蓄电池5是否与直流母线12接通；同时，第一DC-DC变换器4给电解槽7供电，由第一mosfet开关6控制其是否接通。电解槽7与储氢设备8相连，将水电解产生的氢气通入储氢设备8储存。当需要氢氧燃料电池10工作时，机械开关9导通。储氢设备8通过机械开关9向氢氧燃料电池10提供氢气。在氢氧燃料电池10中发生电化学反应，将氢能转化为电能，输送到直流母线12。直流母线12可通过DC-AC逆变器13将直流电转换为220v交流电，供家庭交流负载使用。直流母线12也可以通过第二DC-DC变换器14进入稳压电路15转化为稳定的直流电供家庭直流负载使用。此系统整体由MCU控制器2控制。由光强监测系统1接收太阳能光强信息，作用于MCU控制器2，MCU控制器2与蓄电池5的电量监测装置相连监测其电量，与第一mosfet开关6、第二 mosfet开关11以及机械开关9相连，通过光强信息与蓄电池电量信息共同判断系统处于何种运行模式。

本实用新型利用蓄电池5进行储存，并将多余太阳能通过电解槽7转化为氢能，利用储氢设备8进行储存，实现太阳能-电能-氢能多能互补模式。

控制器是基于ARM架构的MCU控制器2，可以对整个系统的各个部分进行控制，控制作用为：

1)与蓄电池5的电量检测装置和太阳能光伏板3的光强传感器相连，可根据其监测到的蓄电池5电量和太阳能光伏板3所受的光照强度来通过内部IO控制第一mosfet开关6、第二 mosefet开关11以及机械开关9的导通关断来切换能量支路，即切换工作模式；

2)通过DC-DC电路中的电压电流传感器对第一DC-DC变换器4进行控制，使其作为MPPT控制器(最大功率点跟踪太阳能控制器)来进行太阳能光伏板3最大功率点追踪，提高能量转化效率；

3)对DC-DC电路进行功率监测，可给用户直观显示光伏发电量，用户用电量。

进一步的，当蓄电池5电量大于等于90％，且光照强度较强时，利用MCU控制器2控制第一mosfet开关6闭合，第二mosfet开关11闭合，机械开关9断开，蓄电池5对系统供电，多余的光能转换成氢能，为模式a；

当蓄电池5电量大于等于90％，且光照强度弱时，利用MCU控制器2控制第一mosfet开关6断开，第二mosfet开关11闭合，机械开关9断开，蓄电池5对系统供电，为模式b。

进一步的，当蓄电池5电量大于60％小于90％，且光照强度较强时，利用MCU控制器2 控制第一mosfet开关6闭合，第二mosfet开关11闭合，机械开关9断开，蓄电池5对系统供电，多余的光能转换成氢能，工作在模式a；

当蓄电池5电量大于60％小于90％，且光照强度弱时，利用MCU控制器2控制第一mosfet开关6断开，第二mosfet开关11闭合，机械开关9闭合，蓄电池5和氢氧燃料电池 10联合对系统供电，为模式c。

进一步的，当蓄电池5电量小于60％，且光照强度较强时，利用MCU控制器2控制第一mosfet开关6断开，第二mosfet开关11断开，机械开关9闭合，氢氧燃料电池10对系统供电，同时为蓄电池5充电，为模式d；

当蓄电池5电量小于60％，且光照强度较弱时，利用MCU控制器2控制第一mosfet开关6断开，第二mosfet开关11闭合，机械开关9闭合，蓄电池5和氢氧燃料电池10联合对系统进行供电，为模式c。

本系统以氢能作为备用能源，采用多能互补模式，提高太阳能利用率，整套系统采用离网供电模式，可有效解决弃光问题；且本系统加入了智能控制模块，可实现对系统多种工作模式的智能调整。

以上实施示例只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种多能互补智慧离网供电系统，其特征在于，所述多能互补智慧离网供电系统包括MCU控制器(2)、太阳能光伏板(3)、第一DC-DC变换器(4)、蓄电池(5)、第一mosfet开关(6)、电解槽(7)、储氢设备(8)、机械开关(9)、氢氧燃料电池(10)、第二mosfet开关(11)、直流母线(12)、DC-AC逆变器(13)、第二DC-DC变换器(14)和稳压电路(15)，

所述MCU控制器(2)的输出端分别连接所述第一DC-DC变换器(4)的输入端、第一mosfet开关(6)的栅极、第二mosfet开关(11)的栅极和机械开关(9)的输入端，所述太阳能光伏板(3)的输出端连接所述第一DC-DC变换器(4)的输入端，所述DC-DC变换器(4)的输出端连接所述蓄电池(5)的输入端，所述蓄电池(5)的一个输出端连接所述第二mosfet开关(11)的漏极相连，另一个输出端连接所述MCU控制器(2)的输入端，所述第二mosfet开关(11)的源极连接所述直流母线(12)的输入端，所述直流母线(12)的输出端分别与DC-AC逆变器(13)、第二DC-DC变换器(14)的输入端连接，所述DC-DC变换器(14)的输出端连接所述稳压电路(15)的输入端；

所述DC-DC变换器(4)的输出端还连接所述第一mosfet开关(6)的漏极，所述第一mosfet开关(6)的源极连接所述电解槽(7)的电源，所述电解槽(7)的氢气输出端连接所述储氢设备(8)的输入端，所述储氢设备(8)的输出端通过所述机械开关(9)连接所述氢氧燃料电池(10)的输入端，所述氢氧燃料电池(10)的输出端连接所述直流母线(12)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种多能互补智慧离网供电系统，其特征在于，所述多能互补智慧离网供电系统还包括光强监测系统(1)，所述光强监测系统(1)的输出端连接所述MCU控制器(2)的输入端，用于向所述MCU控制器(2)输出光强信号。

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