CN218335410U - 具备稳流功能的光伏发电离网系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具备稳流功能的光伏发电离网系统，增加以超级电容模组、DC/DC转换器及稳流控制器为核心元件构成的稳流控制系统，利用超级电容模组没有启动要求，只要有电能输入就能保持充电状态的特性，因而能收集弱电能，再通过稳流控制器自动控制电能的吸收和释放，调节光伏发电的输出曲线，使输出曲线平缓。既能将太阳能光伏板在弱光照条件下产生的弱电能收集并存储起来，又能平缓光伏发电曲线。能够使得输出到储能系统(如蓄电池)的能量处于较平稳的状态，几乎不会受光伏发电量的影响，优化了蓄电池的工作过程，减少了充放电小循环，可以避免蓄电池过早失效和容量损失，延长蓄电池的循环寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种具备稳流功能的光伏发电离网系统。
背景技术
能源是人类社会存在和发展的重要物质基础，随着社会的发展，能源日渐减少。因此新能源规模在稳步扩大，同时高比例新能源发电接入电力系统的安全稳定运行、新能源消纳、送出面临巨大挑战。太阳能作为重要的新能源之一，以其永不枯竭，无污染等优点，正得到迅速的发展。随着光伏发电技术的大力发展，光伏发电系统在世界上各个国家得到了越来越广泛的推广。
光伏发电离网系统指独立光伏发电系统，通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能达到供电的目的；光伏发电离网系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等场所。光伏发电离网系统将太阳能光伏板转换的电能通过控制器向蓄电池充电，然后通过逆变器将交流电单独供给用电设备使用。
太阳能光伏板是一种把光能转换成电能的半导体器件，其输出的电能受光照强度、光照角度及温度等多种因素的影响，因此其发电功率在一个较宽的范围内动态变化，如图1所示，为太阳能光伏板为储能系统充电的示意图，图1中的阴影部分区域A表示储能系统正常充电的范围。正常光照情况下，带载电压高于储能系统的实时电压，可以实时给储能系统充电，直至充满。而在清晨、黄昏、阴雨天、夜间等弱光照条件下，太阳能光伏板的输出能力下降，使得带载电压等于或低于储能系统的实时电压，在这种条件下，常规的光伏发电系统不能给储能系统进行充电，从而导致太阳能光伏板在弱光照条件下产生的电能被浪费了。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具备稳流功能的光伏发电离网系统，能够提高光伏发电效能，提高光伏发电系统的稳定性，从而优化储能系统的工作过程，减少了充放电小循环。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种具备稳流功能的光伏发电离网系统，包括太阳能光伏板、MPPT控制器、超级电容模组、DC/DC转换器、稳流控制器、及储能系统；
所述太阳能光伏板、MPPT控制器、超级电容模组、及DC/DC转换器均与稳流控制器电性连接，所述太阳能光伏板与MPPT控制器电性连接，所述超级电容模组与DC/DC转换器电性连接，所述储能系统与MPPT控制器电性连接；
所述太阳能光伏板用于将太阳能转换为电能，并以直流电输出；
所述超级电容模组充满电后通过DC/DC转换器及MPPT控制器放电给储能系统；
所述太阳能光伏板将输出的直流电通过MPPT控制器传输给储能系统。
所述太阳能光伏板通过直流浪涌保护器电性连接所述MPPT控制器及稳流控制器，所述直流浪涌保护器用于吸收浪涌能量及防雷电。
所述超级电容模组包括多个超级电容。
所述DC/DC转换器为升降压型双向DC/DC转换器。
所述MPPT控制器通过逆变器与交流负载电性连接，以为交流负载供电。
所述储能系统与直流负载电性连接，以为直流负载供电。
所述储能系统包括蓄电池。
所述储能系统与电池管理系统电性连接。
本实用新型的有益效果：本实用新型的具备稳流功能的光伏发电离网系统，增加以超级电容模组、DC/DC转换器及稳流控制器为核心元件构成的稳流控制系统，利用超级电容模组没有启动要求，只要有电能输入就能保持充电状态的特性，因而能收集弱电能，再通过稳流控制器自动控制电能的吸收和释放，调节光伏发电的输出曲线，使输出曲线平缓。既能将太阳能光伏板在弱光照条件下产生的弱电能收集并存储起来，又能平缓光伏发电曲线。能够提高光伏发电效能，稳定光伏发电的输出功率，延长储能系统循环寿命，提高光伏发电系统的稳定性，从而使得输出到储能系统(如蓄电池)的能量处于较平稳的状态，几乎不会受光伏发电量的影响，优化了蓄电池的工作过程，减少了充放电小循环，可以避免蓄电池过早失效和容量损失，延长蓄电池的循环寿命。
附图说明
为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。
附图中，
图1为现有技术的太阳能光伏板为储能系统充电的示意图；
图2为本实用新型的具备稳流功能的光伏发电离网系统的结构框图；
图3为本实用新型的一优选实施例的稳流控制器实现控制过程的原理电路图；
图4为深圳市龙岗区爱南路666号的光伏项目在2022年6月5日监测到的光伏发电量曲线图；
图5为本实用新型增加以超级电容模组、DC/DC转换器及稳流控制器为核心元件构成的稳流控制系统之后，对应于图4的光伏发电量曲线图；
图6为本实用新型的太阳能光伏板为超级电容模组充电的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以下结合本实用新型的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图2，本实用新型提供一种具备稳流功能的光伏发电离网系统，包括太阳能光伏板1、MPPT控制器(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪太阳能控制器)2、超级电容模组3、DC/DC转换器4、稳流控制器5、及储能系统6。
所述太阳能光伏板1、MPPT控制器2、超级电容模组3、及DC/DC转换器4均与稳流控制器5电性连接，所述太阳能光伏板1与MPPT控制器2电性连接，所述超级电容模组3与DC/DC转换器4电性连接，所述储能系统6与MPPT控制器2电性连接。
所述太阳能光伏板1用于将太阳能转换为电能，并以直流电输出。
所述稳流控制器5用于实时检测太阳能光伏板1输出的直流电的总电压，并在总电压小于预设电压值时控制所述太阳能光伏板1为超级电容模组3充电，所述超级电容模组3充满电后通过DC/DC转换器4及MPPT控制器2放电给储能系统6；而在总电压大于等于预设电压值时所述稳流控制器5检测出太阳能光伏板1输出的直流电的总电流，从而获取所述太阳能光伏板1的输出总功率。
所述稳流控制器5还用于在输出总功率大于等于预设功率值时控制所述太阳能光伏板1将输出的直流电通过MPPT控制器2传输给储能系统6；所述稳流控制器5还用于同时控制所述太阳能光伏板1为超级电容模组3充电，所述超级电容模组3充满电后通过DC/DC转换器4及MPPT控制器2放电给储能系统6。
所述稳流控制器5还用于在输出总功率小于预设功率值时控制所述超级电容模组3通过DC/DC转换器4放电给MPPT控制器2，以补偿太阳能光伏板1发电量的不足，从而所述太阳能光伏板1将输出的直流电通过MPPT控制器2传输给储能系统6。
具体地，所述太阳能光伏板1通过直流浪涌保护器8电性连接所述MPPT控制器2及稳流控制器5，所述直流浪涌保护器8用于吸收浪涌能量及防雷电。
具体地，所述超级电容模组3包括多个超级电容。
具体地，所述DC/DC转换器4为升降压型双向DC/DC转换器。
具体地，所述MPPT控制器2通过逆变器9与交流负载10电性连接，以为交流负载10供电。
具体地，所述储能系统6与直流负载13电性连接，以为直流负载13供电。
具体地，所述储能系统6包括蓄电池。
进一步地，所述储能系统6与电池管理系统(BMS)14电性连接，所述电池管理系统14能够智能化管理及维护蓄电池，防止蓄电池出现过充电和过放电，延长蓄电池的使用寿命，监控蓄电池的状态。
具体地，所述预设电压值为200V。
如图3所示，为本实用新型一优选实施例的稳流控制器5实现控制过程的原理电路图(图3中的超级电容模组3仅示意出了一个超级电容)，所述稳流控制器5控制开关K2闭合，开关K1和K3断开，并控制所述太阳能光伏板1为超级电容模组3充电。所述稳流控制器5控制开关K1和K2闭合，开关K3断开，并在输出总功率大于等于预设功率值时控制所述太阳能光伏板1通过MPPT控制器2传输电能给储能系统6及逆变器9，同时所述太阳能光伏板1为超级电容模组3充电；所述超级电容模组3充满电后，所述稳流控制器5控制开关K3闭合，开关K1和K2断开，并控制所述超级电容模组3通过DC/DC转换器4及MPPT控制器2放电给储能系统6。而在输出总功率小于预设功率值时所述稳流控制器5控制开关K3闭合，开关K1和K2断开，并控制所述超级电容模组3通过DC/DC转换器4放电给MPPT控制器2，以补偿太阳能光伏板1发电量的不足。
本实用新型以超级电容模组、DC/DC转换器及稳流控制器为核心元件，构成稳流控制系统，超级电容模组没有启动要求，只要有电能输入就能保持充电状态并将电能储存起来，所以能够收集弱光照条件下的电能。在弱光照条件(即当太阳能光伏板的输出总电压小于预设电压值时)下，此时太阳能光伏板为超级电容模组充电，并且超级电容模组充满电后通过DC/DC转换器及MPPT控制器放电给储能系统。而在正常光照条件(即当太阳能光伏板的输出总电压大于等于预设电压值时)下，如果太阳能光伏板输出的总功率大于等于预设功率值，除了经MPPT控制器将太阳能光伏板输出的电能传输给储能系统，或者通过逆变器将直流电转为交流电，并连接交流负载以供用户用电；还将多余电能储存到超级电容模组。如果太阳能光伏板输出的总功率小于预设功率值，则通过超级电容模组放电给MPPT控制器，从而补偿太阳能光伏板的输出功率，因此太阳能光伏板的发电曲线较为平滑，避免急速的跌落及上升。
本实用新型的具备稳流功能的光伏发电离网系统中，太阳能光伏板转换太阳能得到的大部分电能都经MPPT控制器存入储能系统中，通过MPPT控制器保证存入储能系统中的发电功率最大化，储能系统中的电能在需要的时候即可使用。小部分电能存入超级电容模组，并且在超级电容模组充满电后存入储能系统中，在太阳能光伏板发电量不足时，超级电容模组可以放电给MPPT控制器，再传输给储能系统，优化了储能系统的工作过程，减少了充放电小循环，可以避免储能系统过早失效和容量损失，延长储能系统的循环寿命。
如图4所示，为深圳市龙岗区爱南路666号的光伏项目在2022年6月5日监测到的光伏发电量曲线图(横轴表示时刻，纵轴表示功率)。该光伏项目容量为110KW，平均每天发电量为380度电，预计峰值功率(功率最高点)为100KW，功率范围在90KW-100KW之间的发电时间约为2小时，由于天气因素等影响，该发电曲线为锯齿状抛物线。
而本实用新型增加以超级电容模组、DC/DC转换器及稳流控制器为核心元件构成的稳流控制系统之后，该光伏项目的光伏发电量曲线图如图5所示，对于该光伏项目而言，所述预设功率值为90KW。对于不同光伏发电系统项目，预设功率值是不同的，应该根据实际情况而定。在光伏发电系统中加入超级电容模组、DC/DC转换器及稳流控制器等元件后，能够让太阳能光伏板在清晨、黄昏、阴雨天、夜间等弱光照条件下产生的弱电能收集并存储起来，并且光伏发电曲线更为平滑。经过多次实验的测试记录表明，可以使光伏发电效能提升10-20％。如图6所示，为太阳能光伏板为超级电容模组充电的示意图，图6中阴影部分B区域表示与图1相比，新增的可收集电能范围。
综上所述，本实用新型提供的一种具备稳流功能的光伏发电离网系统，增加以超级电容模组、DC/DC转换器及稳流控制器为核心元件构成的稳流控制系统，利用超级电容模组没有启动要求，只要有电能输入就能保持充电状态的特性，因而能收集弱电能，再通过稳流控制器自动控制电能的吸收和释放，调节光伏发电的输出曲线，使输出曲线平缓。既能将太阳能光伏板在弱光照条件下产生的弱电能收集并存储起来，又能平缓光伏发电曲线。能够提高光伏发电效能，稳定光伏发电的输出功率，延长储能系统循环寿命，提高光伏发电系统的稳定性，从而使得输出到储能系统(如蓄电池)的能量处于较平稳的状态，几乎不会受光伏发电量的影响，优化了蓄电池的工作过程，减少了充放电小循环，可以避免蓄电池过早失效和容量损失，延长蓄电池的循环寿命。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型后附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，包括太阳能光伏板(1)、MPPT控制器(2)、超级电容模组(3)、DC/DC转换器(4)、稳流控制器(5)、及储能系统(6)；
所述太阳能光伏板(1)、MPPT控制器(2)、超级电容模组(3)、及DC/DC转换器(4)均与稳流控制器(5)电性连接，所述太阳能光伏板(1)与MPPT控制器(2)电性连接，所述超级电容模组(3)与DC/DC转换器(4)电性连接，所述储能系统(6)与MPPT控制器(2)电性连接；
所述太阳能光伏板(1)用于将太阳能转换为电能，并以直流电输出；
所述超级电容模组(3)充满电后通过DC/DC转换器(4)及MPPT控制器(2)放电给储能系统(6)；
所述太阳能光伏板(1)将输出的直流电通过MPPT控制器(2)传输给储能系统(6)。
2.如权利要求1所述的具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，所述太阳能光伏板(1)通过直流浪涌保护器(8)电性连接所述MPPT控制器(2)及稳流控制器(5)，所述直流浪涌保护器(8)用于吸收浪涌能量及防雷电。
3.如权利要求1所述的具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，所述超级电容模组(3)包括多个超级电容。
4.如权利要求1所述的具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，所述DC/DC转换器(4)为升降压型双向DC/DC转换器。
5.如权利要求1所述的具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，所述MPPT控制器(2)通过逆变器(9)与交流负载(10)电性连接，以为交流负载(10)供电。
6.如权利要求1所述的具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，所述储能系统(6)与直流负载(13)电性连接，以为直流负载(13)供电。
7.如权利要求1所述的具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，所述储能系统(6)包括蓄电池。
8.如权利要求7所述的具备稳流功能的光伏发电离网系统，其特征在于，所述储能系统(6)与电池管理系统(14)电性连接。
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