分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統的製作方法

2023-12-10 06:36:52

專利名稱：分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統。
背景技術：
目前國家對建築節能減排工作以及對新能源和可再生能源的開發和利用給予高度的重視和大力的政策支持，使得中國在太陽能利用的投入不斷加大，取得了很好的節能效益，同時也暴露出一些問題(1)在民用建築領域，太陽能僅用於採暖(制熱)，太陽能發電仍未在建築領域大規模投入使用，太陽能綜合利用率只有不到40% (太陽能採暖、制熱)，仍有近10%的太陽能(太陽能發電)沒有得到應用。(2)在民用建築領域，冷熱源設備使用時不進行適當的分類，籠統地並聯在市電網中，並依賴於城市電網。市電網屬於高品質電能，而有部分冷熱源設備只需要一般的較低品質電能即可驅動，這樣浪費了大量的高品質能源，增加了供電和用電成本的同時，也加大了對環境的破壞。另一方面，當並聯的冷熱源設備或其他負載過多時，尤其是在用電高峰期， 城市電網往往因為用電負荷過大而採取分區分時限電的方式，嚴重影響了用戶的正常生活和工作。(3)在民用建築領域，由於建築面積、建築圍護結構形式、建築高度層次以及建築不同的當陽面受到的太陽輻射強度不同、能夠實現持續性光電的時間也不同的影響，加上不同的光電裝置的發電量和發電效率不一致，最終導致光伏發電的電能品質不同，從而傳統的光伏發電和應用模式不能直接套用在建築領域中，加大了光電在建築領域的應用難度。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題就是提供一種能夠有效解決因為各種物理因素造成的光伏發電品質不同而不便於統一併網的問題以及傳統光伏發電系統太陽能利用率不充分的問題，最大限度地利用太陽能這種可再生型能源；同時可以對建築冷熱源設備進行準確分類並智能供電驅動的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統。為了解決上述技術問題，本實用新型提供的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，多組鋪設在不同建築當陽面和建築層的光電池板各自配套對應串聯有DC-DC變換器， 各個所述的DC-DC變換器各自串聯有蓄(供)電控制器，每個所述的蓄(供)電控制器各自並聯有蓄電池組，各個所述的蓄(供)電控制器分別串聯有DC-AC逆變器，每個優先控制器設有四組埠，每個所述的DC-AC逆變器各自與所述的優先控制器的一組輸入埠串聯，所述的優先控制器的一組輸出埠與冷熱源設備電連接，還有兩組輸入輸出混合埠， 用來優先控制器之間的相互並聯和輸出至城市電網。所述的冷熱源設備包括1. 5KW級別的空調裝置，3-5KW級別的熱泵裝置、5KW以上級別的冷熱源裝置。[0009]由優先控制器構成的優先控制系統可以對建築冷熱源進行智能分類和判斷然後優先匹配相應電能品質的分布式電源，並且可以根據實際應用情況同城市電網併網。所述的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統就是一種微型的電網系統。採用上述技術方案的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，根據建築的外圍護結構形式和不同的建築空地，在不同的當陽面鋪設太陽能光電池板，並在不同的建築空地處設置光伏發電裝置；然後，不同當陽面、不同建築層以及不同的光伏發電裝置的太陽能光電池板單獨連接逆變器，轉換成為負載可直接使用的市電。這樣，實際上不同當陽面、不同建築層或不同發電裝置的太陽能光電池組便是一個相對獨立的分布式電源。最後，由同用戶負載連接的優先控制器來判斷建築冷熱源設備或其他負載的用電需求，並優先同不同的分布式電源進行匹配，自適應選擇不同的分布式電源進行供電驅動。由此，每個獨立的分布式電源與負載就構成了一種微型的電網。富裕的光電則可以對蓄電池進行充電，以滿足應急要求以及晚上無法產生光電時的用電需求。本實用新型是一種微型的電網系統，採用了分布式電源供電的理念，不僅能夠有效解決因為各種物理因素造成的光伏發電品質不同而不便於統一併網的問題以及傳統光伏發電系統太陽能利用率不充分的問題，最大限度地利用太陽能這種可再生型能源；同時可以對建築冷熱源設備進行準確分類並智能供電驅動，減小建築冷熱源設備對用電高峰期城市電網的壓力，有效緩解當今社會的能源壓力、用電壓力和用戶的使用費用。本實用新型成功解決了太陽能發電在建築中不能批量集中應用的難題，為建築、 光電一體化技術提供了一個良好的發展方向，為建築綠色節能技術提供了一種新的模式。 此項技術的應用可以帶來較好的生態效果以及顯著的節能效果，在不影響建築美觀的情況下，有效利用建築圍護結構和空間，為建築冷熱源設備或其他負載提供獨立的電力支持，在用電高峰期減少建築冷熱源設備對市電網的依賴，起到一定的電力調峰作用，可以有效減少20%的電力負荷。綜上所述，本實用新型是一種能夠在不影響建築美觀的情況下，充分合理利用太陽能這種綠色可再生能源，可以為建築冷熱源設備提供輔助電力支持並可適當進行電力調峰的微型電網系統。

圖1是本實用新型太陽能電池板布置建築物左視圖；圖2是本實用新型太陽能電池板布置建築物前視圖；圖3是本實用新型太陽能電池板布置建築物後視圖；圖4是本實用新型太陽能電池板布置建築物右視圖；圖5是本實用新型建築空地一種形式的太陽能發電裝置示意圖；圖6是本實用新型耦合系統示意圖；圖7是本實用新型耦合系統獨立運行模式示意圖；圖8是本實用新型耦合系統脫網運行模式示意圖；圖9是本實用新型耦合系統併網運行模式示意圖。
具體實施方式
[0024]
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，由以下各部分系統或組件構成太陽能電池板、蓄電系統、DC-AC逆變器、優先控制器，下面對其進行具體說明(1)太陽能電池板由於每塊太陽能電池板地功率一般在50w左右，電壓在17v左右，無法提供給用戶直接使用。因此，在傳統的太陽能發電系統中，為了獲得相對穩定可靠的電壓以及足夠的功率，把很多塊型號太陽能電池直接進行串聯和並聯，組成光伏矩陣。而串並聯的光電池板越多，其控制越複雜，產生的電能也越不穩定。本實用新型中，在原有太陽能電池發電系統的基礎上，引入了分布式電源的理念， 因此不必為了一定的電壓、功率要求而刻意地增加光電池板串聯和並聯數量。完全根據實際的建築圍護結構和太陽能電池板鋪設情況，來確定太陽能的發電品質並確定太陽能電池板的連接方式。如圖1建築物左視圖中所示紅色的網格即為鋪設在建築外圍護結構上的光電池板9。對於第一區域1，其受太陽輻射強度以及持續時間一致，因此可以將該區域的所有太陽能電池板串並聯在一起作為一個分布式電源。如圖2建築物前視圖中所示對於第二區域3和第四區域5區域，分別屬於建築物的第一層和第二層，由於第二層有陽臺，對第一層起到一定的這樣作用，因而一二層前視面受太陽輻射強度以及持續時間不一致，所以每一層單獨作為一個分布電源。而第三區域 4是第二層陽臺區域，第五區域6是坡屋面，當陽面不同，所受太陽輻射強度亦不同，都要單獨設置為分布電源。同樣，在圖3建築物後視圖和圖4建築物右視圖中，第六區域8、第七區域7和第八區域2區域都應該設置為分布電源。按照不同的區域劃分，設置好太陽能電池板地連接方式之後，不同的分布電源再同各自相對應的DC-DC變換器連接。如圖5所示，該圖是本實用新型中布置在建築空地處的一種形式的太陽能發電裝置示意圖。其設置在建築物周圍的空地處。該裝置的結構較為簡單和任意，可以根據建築空地的實際面積等因素，選擇不同的結構形式，例如可以智能地旋轉跟蹤太陽或者簡單方便地固定在空地上。其結構形式不在本實用新型之列，本實用新型以跟蹤式的為例。由該光伏裝置發出的電，同上述一樣，經過連接導線送至各自適配的DC-DC變換器。(2)蓄(供)電系統蓄電系統是本系統中重要的組成部分，具體由DC-DC變換器、鉛蓄電池組、蓄(供) 電控制電路組成。由圖6系統示意圖可以看出鋪設在不同建築當陽面和建築層的光電池板9以及不同位置的光伏發電裝置與各自配套對應的DC-DC變換器10串聯，各個所述的DC-DC變換器10各自串聯有蓄(供)電控制器11，每個所述的蓄(供)電控制器11各自並聯有蓄電池組12，各個所述的蓄(供)電控制器11分別串聯有DC-AC逆變器13，每個優先控制器14 設有四組埠，每個所述的DC-AC逆變器13各自與所述的優先控制器14的一組輸入埠串聯，所述的優先控制器14的一組輸出埠與冷熱源設備16電連接，還有兩組輸入輸出混合埠，用來優先控制器14之間的相互並聯和輸出至城市電網15。[0037]在本實用新型中，由於引入了分布式電源的概念，因而光電板的組合併不是按照電壓、電流和功率需求進行簡單的串聯或並聯的。因而，為了得到足夠的電壓，引入了直流升壓電路，此電路的作用就是將直流電升壓到一定的電壓，如400V左右。然後再進行逆變， 得到工頻50Hz的交流電，再供給負載或併網使用。在本實用新型中，蓄電系統一方面可以將富裕的光伏電能儲存起來，最大限度提高太陽能的有效利用效率；另一方面又可以作為獨立的電源，在無法進行光電轉換或光電不足時使用，或者作為備用應急電源，滿足用戶緊急需求。(3) DC-AC 逆變器由光電池板9光伏作用發出的電能和蓄電池組12提供的電能都是直流電，一般是無法直接用於生活和工作用電的，而且無法同市電網進行併網，此時就需要將直流電轉換為交流電。由圖6可以看出，DC-AC逆變器13串聯在蓄(供)電系統和優先控制器14之間，用以將蓄(供)電系統輸出的直流電轉換成為工頻50H ζ的交流電，然後經過優先控制器選擇輸出到相應的負載端或者市電網。(4)優先控制器如圖6所示，在本實用新型中，優先控制器14串聯在DC-AC逆變器13之後，優先控制器14之間相互並聯。每個優先控制器14都有一組輸入埠、一組輸出埠，兩組輸入輸出混合埠。其中優先控制器14的輸出埠接建築冷熱源設備16，混合埠分別接城市電網15和另一組優先控制器；其他優先控制器的輸出埠接如1. 5KW級別的空調裝置， 3-5KW級別的熱泵裝置、5KW以上級別的冷熱源裝置，混合埠用於優先控制器14之間的並聯。其主要作用是判斷冷熱源設備的用電需求，並優先同蓄(供)電系統提供的電能進行匹配。低品質需求的負載匹配低品質電源，高品質需求則匹配高品質電源或者混合電源，多餘的電能則併網使用。在本實用新型中，分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統存在以下三種工作模式。模式1，耦合系統獨立工作模式。此種模式，一般運行在光照充足的條件下，此時光伏發電系統脫網運行，分布式光伏電源獨立供電時就是一個微型的電網系統。其運行示意圖如圖7所示。耦合系統的優先控制器首先對用戶側的建築冷熱源進行分類判斷，例如1. 5KW 級別的空調裝置，3-5KW級別的熱泵空調裝置以及5KW以上級別的冷熱源輔助驅動設備等。 然後，控制器將其優先與不同品質的分布式光伏電源進行匹配。經優先控制器判斷不匹配的電源，其判斷信號反饋至蓄(供)電控制器，由蓄 (供)電控制器再對蓄電池組進行判斷，並做出控制是否對蓄電池組進行充電。如果經過優先控制器的判斷，電能品質仍然較低，單一電源無法滿足用戶需求，則此時優先控制器開啟多電源聯合供電，在進行太陽能光伏發電直接供電的同時，蓄(供)電控制器控制光電板斷開對蓄電池充電並開啟各蓄電池組進行輔助供電。當開啟蓄電池組供電的時候，蓄(供)電控制器對蓄電池組的電壓、電量參數進行跟蹤和判斷，當所監控參數在設定安全值之外的時候，報警提示管理人員切換電源，並自動斷開蓄電池供電系統，以達到系統的自我保護。模式2，耦合系統脫網工作模式。這種模式下，通常是處在陰雨天氣或者夜晚，光伏發電無法正常工作，此時只能靠蓄電池組工作為冷熱源設備輔助供電。其運行示意圖如圖 8所示。這種模式下，優先控制器同樣對用戶側的建築冷熱源進行判斷並同供給的電能進行匹配。同時，蓄(供)電控制器切斷光電板、DC-DC變換器和蓄電池組之間的聯繫。如果經過優先控制器的判斷，電能品質仍然較低，單一電源無法滿足用戶需求，則此時優先控制器開啟多蓄電池組進行多電源聯合供電。在蓄電池組進行供電的同時，蓄 (供)電控制器時刻對蓄電池組的電量、電壓進行監控，當所監控參數在設定安全值之外的時候，報警提示管理人員切換電源，並自動斷開蓄電池供電系統，以達到系統的自我保護。模式3，耦合系統併網工作模式。這種模式同模式1類似，工作在較好的光照條件下。光伏發電系統可以發出充足的電能，既可以滿足所有的負載，又有富裕的電能給蓄電池充電；當蓄電池組充電完成的時候，又可以併網運行。其工作示意圖見圖9所示。首先，優先控制器對用戶側負載的實際用電需求進行判斷，然後將其同不同品質的電源進行匹配。經過優先控制器的判斷篩選，不匹配的電源，其判斷信號反饋至蓄(供)電控制器，由蓄(供)電控制器再對蓄電池組進行判斷，並做出控制是否對蓄電池組進行充電。如果蓄電池組需要充電，則蓄(供)電控制器開啟蓄電池組充電電路，關閉蓄電池組供電電路。如果不需要充電，則可以關閉蓄電池組充電電路和供電電路，直接將光伏發電進行升壓和逆變，然後再併網運行。如果經過優先控制器的判斷，電能品質仍然較低，單一電源無法滿足用戶需求，則此時優先控制器開啟多電源聯合供電，並斷開併網電路，在進行太陽能光伏發電直接供電的同時，蓄(供)電控制器控制光電板斷開對蓄電池充電並開啟各蓄電池組進行輔助供電。當開啟蓄電池組供電的時候，蓄(供)電控制器對蓄電池組的電壓、電量參數進行跟蹤和判斷，當所監控參數低於設定安全值的時候，報警提示管理人員並自動斷開蓄電池供電系統，以達到系統的自我保護。
權利要求1.一種分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，其特徵是多組鋪設在建築當陽面和建築層的光電池板(9)各自配套對應串聯有DC-DC變換器(10)，各個所述的DC-DC變換器 (10)各自串聯有蓄(供)電控制器(11)，每個所述的蓄(供)電控制器(11)各自並聯有蓄電池組(12)，各個所述的蓄(供)電控制器(11)分別串聯有DC-AC逆變器(13)，每個優先控制器(14)設有四組埠，每個所述的DC-AC逆變器(1 各自與所述的優先控制器 (14)的一組輸入埠串聯，所述的優先控制器(14)的一組輸出埠與冷熱源設備(16)電連接，還有兩組輸入輸出混合埠，用來優先控制器(14)之間的相互並聯和輸出至城市電網(15)。
2.根據權利要求1所述的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，其特徵是所述的冷熱源設備包括1. 5KW級別的空調裝置，3-5KW級別的熱泵裝置、5KW以上級別的冷熱源裝置。
3.根據權利要求1或2所述的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，其特徵是由優先控制器(14)構成的優先控制系統可以對建築冷熱源進行智能分類和判斷然後優先匹配相應電能品質的分布式電源，並且可以根據實際應用情況同城市電網併網。
4.根據權利要求1或2所述的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，其特徵是所述的分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統就是一種微型的電網系統。
專利摘要本實用新型公開了一種分布式光伏發電與建築冷熱源耦合系統，多組鋪設在不同建築當陽面和建築層的光電池板(9)各自配套對應串聯有DC-DC變換器(10)，各個DC-DC變換器(10)各自串聯有蓄(供)電控制器(11)，每個蓄(供)電控制器(11)各自並聯有蓄電池組(12)，各個蓄(供)電控制器(11)分別串聯有DC-AC逆變器(13)，每個優先控制器(14)設有四組埠，每個DC-AC逆變器(13)各自與優先控制器(14)的一組輸入埠串聯，優先控制器(14)的一組輸出埠與冷熱源設備(16)電連接，還有兩組輸入輸出混合埠，用來優先控制器(14)之間的相互並聯和輸出至城市電網(15)。本實用新型既是一種具有良好節能效果的微電網系統，又是一種具有一定參考研究價值的綠色建築與可再生能源技術綜合應用的創新平臺。
文檔編號H02N6/00GK202178721SQ20112022352
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者王晨光, 蘇歡, 龔光彩 申請人:湖南大學