離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法
2023-09-17 06:19:15 2
專利名稱：離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法
技術領域：
本發明屬於太陽能蓄電供電技術領域，具體涉及一種離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法。
背景技術：
可再生清潔能源技術是21世紀世界經濟發展中最具有決定性影響的技術領域之一，具有普遍存在、用之不竭、無環境汙染等優越性，在世界和我國能源可持續發展中發揮越來越大的作用。新能源電力的應用普及的重大意義是不言而喻的，而其新能源應用技術也是全人類在不斷研究和創新的一個課題。對於無電網供電的地區在全球仍有不少，僅在我國，政府2010年公布的數據就有約100萬戶偏遠地區農牧民生活用電問題，期待著採用光伏發電系統技術解決，因此，針對 這一需求的離網獨立太陽能供電系統是一個重要技術與應用方向之一。雖然現有技術已經有不少的方案和產品，但比較單一和初級化，主要是電廠方式的併網和用戶方式的蓄電、照明以及特定方式獨立供電系統。普遍意義上的可以讓用戶適用的技術方案並不多見。因此，有必要更好地設計高效實用、性價比優越的新能源電力系統，服務於人類，貢獻於社會。從太陽能發電與供電方式系統特點以及條件要求上看可知
發電模式供電方式__系統構成特點__條件要求_
電網模式單向併網供€發電、MPPT、併網逆變具有電網需滿足併網
____質量要求_
用戶模式離網獨立供電―控制器發電、MPPT、蓄無電網；需滿足負^
___電、DC/DC、逆變要求_
用戶電廠共用雙向連網控制器發電、MPPT、蓄具有電網；需滿足電模式__電、DC/DC、併網逆變網和負載要求_要解決好普通用戶的離網獨立太陽能供電系統的技術方案，就有必要對太陽能電力及應用做進一步分析太陽能供電的特點之一，是電力不穩定，同樣的太陽能發電電池組件，在不同光照、不同溫度以及不同的輸出電壓的情況下，其發電的功率是不同的，也就是電力在變，功率和效率也在變。因此，太陽能供電系統首先要設法獲取最大功率，使其發電效率最高。其二，是要解決其不穩定的問題，因為大多數普通用戶用電負載都是需要穩定的電力供應，才能正常運行。對此現有技術是採用發電後先蓄電，再由蓄電池對負載供電，其優點是控制簡單，但現有技術方案為了要滿足負載需求，其蓄電池用量就需按所配負載正常用電量的數倍，再加上考慮到蓄電池充電的同時，還要為負載供電，所以好一些的技術方案採用兩組蓄電池，使得蓄電池的用量還要翻翻，若考慮負載可能為電動機類電器，其啟動功率是標定電量的數倍，那就要配備更多的蓄電池才能維持負載的正常啟動和運行，因此對普通用戶來說其巨大蓄電池投資和浪費的缺點是致命，也就是佔用資源多，效率低，太陽能電力資源浪費嚴重，使得發電成本加大，普通用戶很難接受，這裡普通用戶是指一戶一家擁有生活必需的常用電器，例如，不僅有電燈、電腦、電視，還有電飯煲、洗衣機、電冰箱，甚至還有熱水器和空調等，即有直流電器負載，又有交流電器負載。另一個特點是蓄電池是離網獨立太陽能供電系統的關鍵環節部件。眾所周知，蓄電池對充、放電控制要求非常高，任何過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接以及欠充、過放、過充和不適當的充電方法都會損傷蓄電池，使其充放電效率降低、壽命減少。特別是太陽能供電還具有時效性，每天能發電供電時間有限，一般有效發電時間不過5-6個小時。這對於普通用戶常用的免除維護型鉛酸蓄電池來說，要完成合理的進行中深度充、放電(如50%)過程，至少需要10個小時以上的充電，採用快充方法也要7個小時以上，否則蓄電池就會處於欠充或虧電的狀態，長期如此，嚴重影響蓄電池壽命與效率，現有技術方案對此均無解決措施。
發明內容
本發明的目的就是為了有效解決現有技術的缺陷與不足，提供全面合理的系統解 決方案，本發明提出了離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法。其實現的技術方案是離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，是由太陽能發電組件、監測保護電路A、MPPT及DC/DC電路、充電電路、監測及選控開關電路A、多蓄電池組、蓄電電容、監測及選控開關電路B、自動補電電路、電壓調節電路、逆變電路、系統控制模塊、監測保護電路B、監測保護電路C、系統操控裝置、系統總線以及直流負載、交流負載組成，其特徵是由太陽能發電組件、監測保護電路A、MPPT及DC/DC電路、電壓調節電路、監測保護電路B、直流負載相連構成太陽能電至直流負載的供電路徑；由太陽能發電組件、監測保護電路A、MPPT及DC/DC電路、電壓調節電路、逆變電路、監測保護電路C、交流負載相連構成太陽能電路至交流負載的供電路徑；同時多蓄電池組、監測及選控開關電路B、自動補電電路、電壓調節電路相連以及蓄電電容、自動補電電路、電壓調節電路相連共同構成補電電路路徑，使不穩定的太陽能電路通過補電方式達到穩定並可滿足負載功率變化時的用電需求；由多蓄電池組通過監測及選控開關電路B連接充電電路構成輔助充電供電路徑；由太陽能發電組件、監測保護電路A、MPPT及DC/DC電路、充電電路、監測及選控開關電路A、多蓄電池組相連構成太陽能蓄電充電路徑；由系統控制模塊通過系統總線與監測保護電路A、MPPT及DC/DC電路、充電電路、監測及選控開關電路A、監測及選控開關電路B、自動補電電路、逆變電路、監測保護電路B、監測保護電路C、相連，構成系統信息路徑，實現系統控制模塊採集信息和發布控制指令的功能，系統控制模塊與系統操控裝置相連構成用戶操控界面。本發明所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是多蓄電池組至少分為四組，可以並行異步工作在輔助充電供電、蓄電、補電供電及負載供電和備用電四種模式，每組蓄電池由系統控制模塊通過監測及選控開關電路A和監測及選控開關電路B調控其相應工作模式。本發明所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是自動補電電路分別設有對應多蓄電池組和蓄電電容相應電力路徑的電力閾值電路，根據負載電力需求及系統控制模塊的指令連通多蓄電池組或蓄電電容；大電流需求時連通蓄電電容，在太陽能發電組件為負載正常運行供電時連通多蓄電池組。本發明所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是監測保護電路具有電力參數採集電路和防雷、防電湧、防短路、防電力回流、常用安全防護電路。本發明所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是電壓調節電路設有調壓、穩壓電路，將太陽能電力和蓄電池補電供電及蓄電電容補電供電的電力進行調整並分別供給逆變電路和直流負載。本發明所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是監測及選控開關電路設有蓄電池電性能採樣、檢測和防過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接的保護電路，與系統控制模塊連通交互信息並通過電控開關電路選通或斷關蓄電池組的相應路徑，實現蓄電池組工作模式的轉換。本發明所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是系統控制模塊預先嵌入了系統控制程序和優先級控制的相應數據，其預置控制方法為太陽能電力直供負 載，餘電進行充電蓄電，充電時，蓄電電容優先，放電時，補電供電及負載供電優先，輔助充電排後；在陰雨天發電異常時，具有智能限電提醒和控制功能，保證重要用電負載的用電需求和延長供電時間；在發電充足和蓄電有餘時，自動調控充電供電模式和蓄電模式的兩組蓄電池組進入維護性的完全充電方式進行充放電；充電控制方法為，利用荷電量方式對D0D50 %鉛酸蓄電池控制3-4小時ClO放電深度，並根據監測及選控開關電路提供的蓄電池電性能參數，由程序自動處理和智能調整充電方式和充放電深度，使多蓄電池組得到輪流調整和維護，始終處於健康高效狀態；對於不同的應用需求或需求發生變化，用戶通過系統操控裝置查看和調整充電方式和充放電深度。本發明實現的離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，具有顯著的技術優勢和極大的有益效果，特別是體現在I.採用太陽能電力直供負載，利用蓄電池組和蓄電電容補電供電功能，在太陽能發電組件為負載正常運行提供不穩定的電力供電時，系統自動補電，在保證供電的穩定性同時通過蓄電電容的補電供電有效解決了瞬間大電流對蓄電池的影響和損傷，並且可以在同樣供電能力的前提下，節省60%以上蓄電池配備和投資並極大提高了太陽能電力的利用率。2.利用中放、快充、輪流補充的方法，使充電過程基本完成在太陽能發電期內。3.利用蓄電池組輔助供電，使各蓄電池組分別輪流、周期性進行滿充滿放維護性充電，達到蓄電池的康復作用，提高蓄電池的效能，減少帶病工作的機率和程度，使獨立的太陽能系統提高蓄電和供電效率和能力，延長使用壽命。4.利用蓄電池組為充電蓄電池組提供輔助充電電力，使不穩定的太陽能電力滿足充電過程的電力控制，減少蓄電池的欠充或過充，提高充電效率。將多組蓄電池組，分成4組或以上，各組並行異步工作在不同功能模式，並利用荷電量方式對普通免維護鉛酸蓄電池控制3-4小時ClO放電深度，使得同樣快速充電可節省1-2小時完成，並且系統控制模塊根據監測及選控開關電路提供的蓄電池電性能參數，由程序自動處理和智能調整充電方式和充放電深度，使多蓄電池組得到輪流調整和維護，始終處於健康高效狀態，不僅大大提高了效率，還大大延長了蓄電池的壽命。
圖I是離網獨立太陽能蓄電供電系統功能原理示意圖。
具體實施例方式作為實施例子，結合附圖對本發明的離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法給予說明，但是，本發明的技術與方案不限於本實施例子給出的內容。本發明具體實施方式
結合附圖I說明如下，如圖I所示，離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，是由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A(2)、MPPT&DC/DC電路(3)、充電電路(4)、監測及選控開關電路A(5)、多蓄電池組(6)、蓄電電容(7)、監測及選控開關電路B(8)、自動補電電路(9)、電壓調節電路(10)、逆變電路(11)、系統控制模塊(12)、監測保護電路B(13)、監測保護電路C(14)、系統操控裝置(15)、系統總線(16)以及直流負載(17)、交流負載(18)組成，其特徵是由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A(2)、MPPT及DC/DC電 路(3)、電壓調節電路(10)、監測保護電路B(13)、直流負載(17)相連構成太陽能電至直流負載的供電路徑；由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A⑵、MPPT及DC/DC電路(3)、電壓調節電路(10)、逆變電路(11)、監測保護電路C(14)、交流負載(18)相連構成太陽能電路至交流負載的供電路徑；同時多蓄電池組(6)、監測及選控開關電路B(S)、自動補電電路(9)、電壓調節電路(10)相連以及蓄電電容(7)、自動補電電路(9)、電壓調節電路(10)相連共同構成補電電路路徑，使不穩定的太陽能電路通過補電方式達到穩定並可滿足負載功率變化時的用電需求；由多蓄電池組(6)通過監測及選控開關電路B(8)連接充電電路⑷構成輔助充電供電路徑；由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A(2)、MPPT及DC/DC電路(3)、充電電路
(4)、監測及選控開關電路A(5)、多蓄電池組(6)相連構成太陽能蓄電充電路徑；由系統控制模塊(12)通過系統總線(16)與監測保護電路A⑵、MPPT及DC/DC電路(3)、充電電路(4)、監測及選控開關電路A(5)、監測及選控開關電路B(S)、自動補電電路
(9)、逆變電路(11)、監測保護電路B(13)、監測保護電路C(14)、相連，構成系統信息路徑，實現系統控制模塊(12)採集信息和發布控制指令的功能，系統控制模塊(12)與系統操控裝置(15)相連構成用戶操控界面。所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是多蓄電池組(6)至少分為四組，可以並行異步工作在輔助充電供電、蓄電、補電供電及負載供電和備用電四種模式，每組蓄電池由系統控制模塊(12)通過監測及選控開關電路A(5)和監測及選控開關電路B(8)調控其相應工作模式。所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是自動補電電路(9)分別設有多蓄電池組(6)和蓄電電容(7)相應電力路徑的電力閾值電路，根據負載電力需求及系統控制模塊(12)的指令連通多蓄電池組(6)或蓄電電容(7)。大電流需求時連通蓄電電容
(7)，在太陽能發電組件(I)為負載正常運行供電時連通多蓄電池組(6)。所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是監測保護電路具有電力參數採集電路和防雷、防電湧、防短路、防電力回流、常用安全防護電路。所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是電壓調節電路(10)設有調壓、穩壓電路，將太陽能電力和蓄電池補電供電及蓄電電容補電供電的電力進行調整並分別供給逆變電路(11)和直流負載(17)。所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是監測及選控開關電路設有蓄電池電性能採樣、檢測和防過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接的保護電路，與系統控制模塊(12)連通交互信息並通過電控開關電路選通或斷關蓄電池組的相應路徑，實現蓄電池組工作模式的轉換。權利要求I所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是系統控制模塊
(12)預先嵌入了系統控制程序和優先級控制的相應數據，其預置控制方法為太陽能電力直 供負載，餘電進行充電蓄電，充電時，蓄電電容優先，放電時，補電供電及負載供電優先，輔助充電排後；在陰雨天發電異常時，具有智能限電提醒和控制功能，保證重要用電負載的用電需求和延長供電時間；在發電充足和蓄電有餘時，自動調控充電供電模式和蓄電模式的兩組蓄電池組進入維護性的完全充電方式進行充放電；充電控制方法為，利用荷電量方式對D0D50 %鉛酸蓄電池控制3-4小時ClO放電深度，並根據監測及選控開關電路提供的蓄電池電性能參數，由程序自動處理和智能調整充電方式和充放電深度，使多蓄電池組(6)得到輪流調整和維護，始終處於健康高效狀態；對於不同的應用需求或需求發生變化，用戶通過系統操控裝置(15)查看和調整充電方式和充放電深度。
權利要求
1.離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，是由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A(2)、MPPT及DC/DC電路(3)、充電電路(4)、監測及選控開關電路A (5)、多蓄電池組(6)、蓄電電容⑵、監測及選控開關電路B(8)、自動補電電路(9)、電壓調節電路(10)、逆變電路(11)、系統控制模塊(12)、監測保護電路B(13)、監測保護電路C(14)、系統操控裝置(15)、系統總線(16)以及直流負載(17)、交流負載(18)組成，其特徵是由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A(2)、MPPT及DC/DC電路(3)、電壓調節電路(10)、監測保護電路B(13)、直流負載(17)相連構成太陽能電至直流負載的供電路徑； 由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A(2)、MPPT&DC/DC電路(3)、電壓調節電路(10)、逆變電路(11)、監測保護電路C(14)、交流負載(18)相連構成太陽能電路至交流負載的供電路徑；同時多蓄電池組(6)、監測及選控開關電路B(S)、自動補電電路(9)、電壓調節電路(10)相連以及蓄電電容(7)、自動補電電路(9)、電壓調節電路(10)相連共同構成補電電路路徑，使不穩定的太陽能電路通過補電方式達到穩定並可滿足負載功率變化時的用電需求； 由多蓄電池組(6)通過監測及選控開關電路B(8)連接充電電路(4)構成輔助充電供電路徑； 由太陽能發電組件(I)、監測保護電路A(2)、MPPT&DC/DC電路(3)、充電電路⑷、監測及選控開關電路A(5)、多蓄電池組(6)相連構成太陽能蓄電充電路徑； 由系統控制模塊(12)通過系統總線(16)與監測保護電路4(2)、1^^及0(/1^電路(3)、充電電路(4)、監測及選控開關電路A(5)、監測及選控開關電路B(8)、自動補電電路(9)、逆變電路(11)、監測保護電路B (13)、監測保護電路C(14)、相連，構成系統信息路徑，實現系統控制模塊(12)採集信息和發布控制指令的功能，系統控制模塊(12)與系統操控裝置(15)相連構成用戶操控界面。
2.權利要求I所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是多蓄電池組(6)至少分為四組，可以並行異步工作在輔助充電供電、蓄電、補電供電及負載供電和備用電四種模式，每組蓄電池由系統控制模塊(12)通過監測及選控開關電路A(5)和監測及選控開關電路B (8)調控其相應工作模式。
3.權利要求I所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是自動補電電路(9)分別設有對應多蓄電池組(6)和蓄電電容(7)相應電力路徑的電力閾值電路，根據負載電力需求及系統控制模塊(12)的指令連通多蓄電池組(6)或蓄電電容(7)。大電流需求時連通蓄電電容(7)，在太陽能發電組件(I)為負載正常運行供電時連通多蓄電池組(6)。
4.權利要求I所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是監測保護電路具有電力參數採集電路和防雷、防電湧、防短路、防電力回流、常用安全防護電路。
5.權利要求I所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是電壓調節電路(10)設有調壓、穩壓電路，將太陽能電力和蓄電池補電供電及蓄電電容補電供電的電力進行調整並分別供給逆變電路(11)和直流負載(17)。
6.權利要求I所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是監測及選控開關電路設有蓄電池電性能採樣、檢測和防過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接的保護電路，與系統控制模塊(12)連通交互信息並通過電控開關電路選通或斷關蓄電池組的相應路徑，實現蓄電池組工作模式的轉換。
7.權利要求I所述離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法，其特徵是系統控制模塊(12)預先嵌入了系統控制程序和優先級控制的相應數據，其預置控制方法為太陽能電力直供負載，餘電進行充電蓄電，充電時，蓄電電容優先，放電時，補電供電及負載供電優先，輔助充電排後；在陰雨天發電異常時，具有智能限電提醒和控制功能，保證重要用電負載的用電需求和延長供電時間；在發電充足和蓄電有餘時，自動調控充電供電模式和蓄電模式的兩組蓄電池組進入維護性的完全充電方式進行充放電；充電控制方法為，利用荷電量方式對D0D50 %鉛酸蓄電池控制3-4小時ClO放電深度，並根據監測及選控開關電路提供的蓄電池電性能參數，由程序自動處理和智能調整充電方式和充放電深度，使多蓄電池組(6)得到輪流調整和維護，始終處於健康高效狀態；對於不同的應用需求或需求發生變化，用戶通過系統操控裝置(15)查看和調整充電方式和充放電深度。
全文摘要
本發明屬於太陽能蓄電供電技術領域，具體涉及一種離網獨立太陽能蓄電供電系統與方法。系統由太陽能發電組件、監測保護電路A、MPPT及DC/DC電路、電壓調節電路、逆變電路、監測保護電路C、交流負載相連構成太陽能電路至交流負載的供電路徑；同時多蓄電池組、監測及選控開關電路B、自動補電電路、電壓調節電路相連以及蓄電電容、自動補電電路、電壓調節電路相連共同構成補電電路路徑，使不穩定的太陽能電路通過補電方式達到穩定並可滿足負載功率變化時的用電需求，在保證供電的穩定性同時通過蓄電電容的補電供電有效解決了瞬間大電流對蓄電池的影響和損傷，並且可以在同樣供電能力的前提下，節省60％以上蓄電池配備和投資並極大提高了太陽能電力的利用率。
文檔編號H02N6/00GK102780419SQ20111012256
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者周錫衛 申請人:長沙正陽能源科技有限公司