專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到光電和常規(guī)電力進(jìn)行切換的全自 動(dòng)控制系統(tǒng)和電力儲(chǔ)能領(lǐng)域。
技術(shù)背景眾所周知，太陽(yáng)能是一種清潔的、取之不盡的可再生能源資源，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。 太陽(yáng)每年輻射到地球的能量為1. 5xl(AcWh,而人類(lèi)消耗的每年總能量(原始能量)大約 10"kWh，太陽(yáng)發(fā)出的能量比人類(lèi)消耗的能量多了 15,000多倍，研究和利用太陽(yáng)能將大有可 為。目前我國(guó)尚有幾千萬(wàn)人口生活在無(wú)電網(wǎng)覆蓋地區(qū)，電力需求十分迫切。大力推廣太陽(yáng)能 技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用是一項(xiàng)長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)的投資。電力供應(yīng)不足已經(jīng)嚴(yán)重的制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而這 些地方往往又是太陽(yáng)能資源非常豐富的地方，因此利用太陽(yáng)能光伏技術(shù)解決這一 問(wèn)題無(wú)疑是 一種上佳的方案。而實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的關(guān)鍵就在控制系統(tǒng)上，市場(chǎng)上的控制系統(tǒng)絕大部分都是 獨(dú)立的系統(tǒng)，遇到多連續(xù)陰雨天就不能使用，而且都是小功率的應(yīng)用，功率大了就不穩(wěn)定， 價(jià)格也^:高，在實(shí)際應(yīng)用存在著諸多不便，限制了其推廣應(yīng)用的范圍。中國(guó)光伏工業(yè)還處于起步階段，發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，同時(shí)也落后于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā) 展的需求。但是，隨著近年來(lái)的快速發(fā)展，我國(guó)光伏技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比，差距正在不 斷縮小。2002年國(guó)家啟動(dòng)西部省份"送電到鄉(xiāng)"工程項(xiàng)目，在滿(mǎn)足邊遠(yuǎn)地區(qū)人們生活用電需 求，提高西部地區(qū)人們生活水平的進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用，也給國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的市 場(chǎng)。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2010年全球的光伏市場(chǎng)和生產(chǎn)將繼續(xù)保持20 ~ 30%或更高的速率 增長(zhǎng)。隨著技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)，預(yù)測(cè)到2020年住宅并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的價(jià)格將從目 前的$7. O/kWp下降到$1. 52/kWp,發(fā)電成本將從目前的$0. 245/kWh下降到$0. 053/跳，從而 逐漸具備一定的市場(chǎng)竟?fàn)幜Α?008年奧運(yùn)會(huì)將在北京舉行，科技部，北京市等十個(gè)部門(mén)共同 推出"奧運(yùn)科技(2 008)行動(dòng)計(jì)劃"，提出采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，使包括奧林匹克公園、 各場(chǎng)館的路燈、草畔燈、公共廁所照明、綠地灌溉等，全部使用太陽(yáng)能。此外，我國(guó)目前的 能耗中將近70%由煤炭供給，這種過(guò)度依賴(lài)化石燃料的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了很大的環(huán)境、經(jīng) 濟(jì)和社會(huì)負(fù)面影響；如不改善能源結(jié)構(gòu)，到2015年我國(guó)溫室氣體的總排放將超過(guò)美國(guó)成為全 球第一排放大戶(hù)，按目前趨勢(shì)發(fā)展，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)C02的排放量將占全球總排放的 28%。從長(zhǎng)遠(yuǎn)到2050年的能源形勢(shì)來(lái)看，只有光伏運(yùn)用能解決缺電問(wèn)題風(fēng)能也能解決一部分。 國(guó)際聶著名的能源專(zhuān)家預(yù)言，"太陽(yáng)能時(shí)代不是夾不失的問(wèn)穎,是2 0 2 O年來(lái)，還是2 03 0年來(lái)或是2 0 5 O年來(lái)的問(wèn)題"。根據(jù)計(jì)算，如果太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電的效率是15%,每平方米的面積將能提供約0. 036千瓦 的電能其日平均將能提供約0. 41千瓦小時(shí)的電能如果沙漠地區(qū)每年有360天的日照時(shí)間， 那么每平方米面積的沙漠，將能年提供約360 x 0. 41=150千瓦小時(shí)的電能。85.4萬(wàn)平方公里 的沙漠將能年提供85. 4 x 150 x 1010=1. 28 x 1014度電。以火力發(fā)電的年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為6400小時(shí) 來(lái)計(jì)算，上述太陽(yáng)能供電將等價(jià)于2 x 1010千瓦的電力裝機(jī)。如以每標(biāo)準(zhǔn)核電站能提供106 千瓦的電功率來(lái)計(jì)算，那么85萬(wàn)平方公里的沙漠地區(qū)將能提供約20000座核電站的電功率。 某些人估計(jì)，到2050年，可能約需2500 x 106千瓦的電力。因此，僅由沙漠地區(qū)的12. 5%的 面積，亦即約為10萬(wàn)平方公里的面積，就能提供所需要的電力。內(nèi)蒙古自治區(qū)的面積約110 萬(wàn)平方公里，其中沙漠和沙漠化面積約為20~ 30萬(wàn)平方公里，所以，僅內(nèi)蒙古自治區(qū)的沙漠 地區(qū)的太陽(yáng)能就能為中國(guó)在2 0 5 0年以及今后的發(fā)展提供所需要的足夠的電力。 實(shí)用新型內(nèi)容為克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種性能穩(wěn)定、價(jià)格合理、功率高達(dá)1500w的 可以和市電自動(dòng)切換的光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)。為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，包括能夠向負(fù)載提供電能的太陽(yáng)能蓄能 供電單元和市電供電單元；還包括太陽(yáng)能市電切換單元，用于太陽(yáng)能蓄能供電單元和市電供 電單元切換。其中，上述的太陽(yáng)能蓄能供電單元包括太陽(yáng)能電池、控制逆變裝置和蓄電池組組成。 其中，上述的控制逆變裝置包括用于將蓄電池中的儲(chǔ)蓄的電能轉(zhuǎn)換成交流電的供電部分 和用于將太陽(yáng)能電池所發(fā)出的電存儲(chǔ)到蓄電池組的充電部分。 其中，上述的供電部分為DC-AC逆變電路。其中，上述的充電部分包括BUCK電路，設(shè)置在太陽(yáng)能能電池與蓄電池組之間，作為充電 主電路；充電控制電路，由最大功率點(diǎn)控制電路，P麗脈寬調(diào)制電路，直流電壓控制和蓄電 池智能控制電路組成；其中，最大功率點(diǎn)控制電路用以監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池輸出的電流和電壓， 并將相關(guān)信息通過(guò)直流電壓控制電路輸出至PWM脈寬調(diào)制電路；蓄電池智能控制電路用以監(jiān) 測(cè)蓄電池組的電流和電壓，并將相關(guān)信息輸出至P麗脈寬調(diào)制電路；P麗脈寬調(diào)制電路用以 根據(jù)相關(guān)信息對(duì)BUCK電路進(jìn)行電阻變換。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是將控制器、逆變器、常規(guī)電力切換電路集成在一起成為一個(gè)系統(tǒng)， 便于系統(tǒng)的安裝、維護(hù)，采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)，使電池組件始終保持最大功率 輸出，使整個(gè)系統(tǒng)的效率大幅度提高，降低了系統(tǒng)的成本，更有利于大面積的推廣應(yīng)用。
圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理圖。 圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)作新型的光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)作進(jìn)一步地說(shuō)明。如圖l所示，本實(shí)作新型的光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，包括能夠向負(fù)載提供電能的太陽(yáng)能蓄能 供電單元和市電供電單元；還包括太陽(yáng)能市電切換單元，用于太陽(yáng)能蓄能供電單元和市電供 電單元切換。其中，上述的太陽(yáng)能蓄能供電單元包括太陽(yáng)能電池、控制逆變裝置和蓄電池組 組成。白天太陽(yáng)能電池發(fā)電，通過(guò)控制逆變器給蓄電池充電，晚上給負(fù)栽供電，當(dāng)電力不足 時(shí)，由常規(guī)電力給負(fù)載提供電力。其系統(tǒng)原理圖為圖1。為使本實(shí)用新型最大限度的達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，供電方式由太陽(yáng)能供電為主，常規(guī)電 力為輔，可以實(shí)現(xiàn)與常規(guī)電力進(jìn)行切換太陽(yáng)能供電充足時(shí)，由太陽(yáng)能供電；當(dāng)太陽(yáng)能供電 不足時(shí)，由系統(tǒng)自動(dòng)切換，由常規(guī)市電供電。 一旦電池充電到恢復(fù)點(diǎn)量后，系統(tǒng)又切換到太 陽(yáng)能供電，極大的保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)電池的使用壽命。整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)控制，光、時(shí)控開(kāi)啟， 光、時(shí)控關(guān)閉，無(wú)需人工操作，使用方便，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。充電電路構(gòu)成了本實(shí)用新型主回路部分，配合太陽(yáng)能電池與儲(chǔ)能蓄電池工作。它既要實(shí) 現(xiàn)太陽(yáng)能電池的最大功率輸出(即MPPT)，又要對(duì)蓄電池進(jìn)行最小損耗模式充電，是整個(gè)系 統(tǒng)十分重要的環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)各種拓樸的主電路進(jìn)行理論分析和計(jì)算機(jī)仿真，比較后選取了 BUCK電路作為充電 電i 各主電^各形式。如圖2所示。充電電路的主要功能優(yōu)點(diǎn)在于與太陽(yáng)能電池、蓄電池的電壓、容量等級(jí)匹配，保證充 電時(shí)穩(wěn)定可靠工作；充電主回路結(jié)構(gòu)能適應(yīng)控制需要，采用BUCK電路，方便實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池 的最大功率點(diǎn)跟蹤；高效率、低損耗；供電電路主要有DC-AC逆變電恭常規(guī)電力切換電路組成，當(dāng)蓄電池電能充足時(shí)將蓄電池 提供的12 ~ 48v直流電逆變成50Hz、 220v交流電，并給負(fù)載提供電力，當(dāng)系統(tǒng)片全測(cè)到蓄電池 電力不足時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到常規(guī)電力供電，這樣既節(jié)省電能又確保用電安全。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是將控制器、逆變器、常規(guī)電力切換電路集成在一起成為一個(gè)系統(tǒng)， 便于系統(tǒng)的安裝、維護(hù)，采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)，使電池組件始終保持最大功率 輸出，使整個(gè)系統(tǒng)的效率大幅度提高，降低了系統(tǒng)的成本，更有利于大面積的推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求1、一種光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，其特征在于包括能夠向負(fù)載提供電能的太陽(yáng)能蓄能供電單元和市電供電單元；還包括太陽(yáng)能市電切換單元，用于太陽(yáng)能蓄能供電單元和市電供電單元切換。
2、 如權(quán)利要求1所述的光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能蓄能供電單元包 括太陽(yáng)能電池、控制逆變裝置和蓄電池組組成。
3、 如權(quán)利要求2所述的光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制逆變裝置包括用于 將蓄電池中的儲(chǔ)蓄的電能轉(zhuǎn)換成交流電的供電部分和用于將太陽(yáng)能電池所發(fā)出的電存儲(chǔ)到蓄 電池組的充電部分。
4、 如權(quán)利要求3所述的光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的供電部分為DC-AC逆變 電路。
5、 如權(quán)利要求3所述的光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的充電部分包括 BUCK電路，設(shè)置在太陽(yáng)能能電池與蓄電池組之間，作為充電主電路； 充電控制電路，由最大功率點(diǎn)控制電路，PWM脈寬調(diào)制電路，直流電壓控制和蓄電池智能控制電路組成；其中，最大功率點(diǎn)控制電路用以監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池輸出的電流和電壓，并將相關(guān)信息通過(guò) 直流電壓控制電路輸出至P麗脈寬調(diào)制電路；蓄電池智能控制電路用以監(jiān)測(cè)蓄電池組的電流 和電壓，并將相關(guān)信息輸出至PWM脈寬調(diào)制電路；PWM脈寬調(diào)制電路用以根據(jù)相關(guān)信息對(duì)BUCK 電路進(jìn)行電阻變換。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光電互補(bǔ)控制系統(tǒng)，為解決現(xiàn)有能源緊缺的問(wèn)題而設(shè)計(jì)。包括能夠向負(fù)載提供電能的太陽(yáng)能蓄能供電單元和市電供電單元；還包括太陽(yáng)能市電切換單元，用于太陽(yáng)能蓄能供電單元和市電供電單元切換。本實(shí)用新型將控制器、逆變器、常規(guī)電力切換電路集成在一起成為一個(gè)系統(tǒng)，便于系統(tǒng)的安裝、維護(hù)，采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)，使電池組件始終保持最大功率輸出，使整個(gè)系統(tǒng)的效率大幅度提高，降低了系統(tǒng)的成本，更有利于大面積的推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02J7/35GK201018312SQ20072000000
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
發(fā)明者云 徐, 趙曉飛 申請(qǐng)人:北京中關(guān)村國(guó)際環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心有限公司