自循環擴容的獨立式光伏電站的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種自循環擴容的獨立式光伏電站，包括光伏發電站和壓縮空氣儲能發電系統，所述光伏發電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統，所述可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路：一路輸送給光伏電池制造系統用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發電系統轉換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發電系統將存儲的壓縮空氣能轉換為電能輸送給光伏發電站的光伏電池制造系統用電，光伏電池制造系統生產的光伏電池板供應給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發電站的發電容量。本實用新型的自循環擴容的獨立式光伏電站能夠實現可以持續發電并且發電成本低于現有能源發電成本，對未來光伏發電系統的發展具有實質性的推動作用。
【專利說明】自循環擴容的獨立式光伏電站
【【技術領域】】
[0001]本實用新型涉及光伏電站，特別是自循環擴容的獨立式光伏電站。
【【背景技術】】
[0002]光伏發電是人類非常憧憬的生活，真正意義上的未來光伏發電系統必須滿足3個要求:1、光伏發電系統在沒有光照時能夠連續發電，現有能源發電處于輔助地位，2、光伏發電電力成本低于現有能源發電成本，3、有強大太陽能輸送能力的系統。
[0003]太陽能特點是:1、太陽能能量的分散性，每平方米只有1000瓦的能量；2、太陽晝夜光照區別，年區域光照時長差異，如:1、2類區域與4、5類的時長相差約I倍，3、年區域連續最長無光照時長差異。因此，這是太陽能利用的技術難點。
[0004]現有的光伏發電系統包括光伏產業系統、光伏電站系統，電網系統；光伏產業系統用電網的電力制造光伏電池，光伏電池供應給光伏電站系統建立光伏發電站，光伏發電站給電網供電；現有電網的電力主要來源于現有能源如煤、油、燃氣、水利等的發電；現有光伏產業系統由于使用現有能源的電力，這種光伏電池發電成本必定高于現有能源發電的成本；現有光伏電站系統都與電網系統并網使用，這使現有光伏發電系統技術只能在輔助發電的指導思維中進行研發，這必定達不到真正意義上的未來光伏發電系統的要求。
[0005]中國專利號201120413107.0—種集裝箱裝載式的獨立太陽能移動電站，中國專利號201020276816.9 —種太陽能牧場獨立發電系統，提出了脫離電網的技術方案，但無法實現連續發電。
[0006]光伏發電的 核心技術是太陽能利用的系統技術:
[0007]1、光伏電池的光電轉換效率僅是其中一個技術指標，即使光電轉換效率再好，可能由于太陽能利用系統資源配置不好，最終的發電效果也不好，如目前推廣的分布式光伏電站，由于各個地區的光照時長不同，效率低的電池安裝在光照時長的地區比效率高的電池安裝在光照時長短的地區發更多電。
[0008]2、光伏產業電池產品的主要成本是電力消耗成本，按現有技術也可以把光伏產業系統與光伏電站系統集成在一起，在有光照時用光伏電站電力制造光伏電池產品，沒有光照時用電網系統電力，但這種成本降低是有限的，因為制造過程主要還是消耗電網系統的電力。
[0009]3、光伏發電系統維持連續發電的一個重要技術是儲能發電技術，現有技術的能源存儲技術方式有很多，化學儲能方式由于儲能能力及環保要求在光伏發電系統中是不可行的，目前大家比較公認的技術是壓縮空氣儲能發電，如在國外已經有報道光伏電站儲能發電系統，把壓縮空氣存儲在山洞、礦井中；但現有的壓縮空氣儲能發電系統存在電-氣-電能量轉換效率低的問題。按現有技術可以把光伏電站系統與壓縮空氣儲能發電系統集成在一起，用光伏電站系統供給電網剩下的多余的電力供給壓縮空氣儲能發電系統轉換為壓縮空氣能存儲起來，電網需電時把壓縮空氣的能量轉換為電能供給電網；這種方案雖然可以維持連續供電，但光伏電站使用的光伏電池發電成本還是現有的成本。[0010]采用太陽能利用的系統技術對現有的光伏發電系統進行改進，提出未來光伏發電系統概念:包括自循環擴容的獨立式光伏電站、太陽能輸送系統；太陽能輸送系統包括電網系統、壓縮空氣輸送系統等。這種未來光伏發電系統是建立在系統集成技術上實現的，是應用系統集成技術對現有光伏發電系統資源進行配置，產生了最佳的效果；未來光伏發電系統不是現有技術基礎的商業模式能夠實現的；未來光伏發電系統的系統集成技術從根本上不同于現有光伏發電系統的技術路線，未來光伏發電系統的技術方案實施，對國家、社會在光伏發電系統的發展方向將產生意義深遠的影響。
【
【發明內容】
】
[0011]本實用新型的一種自循環擴容的獨立式光伏電站，提供了一種可以實現未來光伏發電系統的具體技術方案。
[0012]一種自循環擴容的獨立式光伏電站，包括光伏發電站和壓縮空氣儲能發電系統，所述光伏發電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統，所述可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發電系統轉換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發電系統將存儲的壓縮空氣能根據需要轉換為電能輸送給光伏發電站的光伏電池制造系統，所述的光伏電池制造系統生產的光伏電池供給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發電站的發電容量；所述可擴容光伏電池板模塊的光伏電池板模塊總面積應滿足以下設計公式:
[0013]S ≥(1+K2+D+K2*D)N1 / N2 / Kl ;其中:
[0014]S—光伏發電站太陽能電池板模塊總面積平方米，
[0015]NI光伏電池制造 系統的用電功率，
[0016]N2太陽能電池板模塊單位平方米發電功率，
[0017]Kl光伏發電站的系統能量轉換效率，
[0018]D—I年內連續陰天的最長天數，
[0019]Hl---天最長的夜時長，
[0020]K2天夜時長系數{K2=24 / (24-Η1)}。
[0021]所述的壓縮空氣儲能發電系統，包括直流發電機、空氣壓縮機、多個互不相通的儲氣罐、管道、壓力控制閥、壓力控制系統、氣動馬達及發電機；所述的氣動馬達設置有與儲氣罐數量一樣的進氣口，氣動馬達轉軸上設置有與進氣口數量一樣的對應葉片；所述的直流電動機與空氣壓縮機連接，空氣壓縮機的出氣口與各儲氣罐的進氣口連接，氣動馬達的每個進氣口用管道與對應的一個儲氣罐出氣口連接，氣動馬達進氣口與儲氣罐出氣口之間設置有壓力控制閥，氣動馬達與發電機連接；所述的壓力控制系統分別控制每個壓力控制閥，調節控制每個儲氣罐的出氣口壓力。
[0022]所述的多個不相通的儲氣罐是管道狀結構，儲氣罐設置有多個進氣口。
[0023]所述的儲氣罐的長度可延伸到任一可擴容電池板模塊處，直流電動機、空氣壓縮機沿儲氣罐長度方向多點分布設置與儲氣罐的進氣口連接。
[0024]本實用新型的一種自循環擴容的獨立式光伏電站優點在于:
[0025]1、由于可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發電系統轉換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發電系統將存儲的壓縮空氣能根據需要轉換為電能輸送給光伏發電站的光伏電池制造系統，光伏電池制造系統生產的光伏電池供給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發電站的發電容量。這樣可以實現了在沒有光照時光伏發電站內部連續供電；光伏發電站的電力成本比現有能源電力成本低得多，因為光伏發電站除投資折舊成本外，發電過程消耗的成本接近零；可擴容光伏電池板模塊面積得到自循環持續擴大，能極大限度滿足沒有光照期間的用電需求，這為光伏發電系統帶來明確的、成熟技術路線，使光伏發電系統的發展成為可持續的常態，社會、國家只要用愚公移山的方式，每天投入一點，光伏發電容量就增加一點，隨著時間的不斷過去、光伏發電容量就不斷增加，在有限的時間里，人類就能實現光伏發電的生活。
[0026]2、由于多個不相通的儲氣罐是管道狀結構，儲氣罐設置有多個進氣口，儲氣罐的長度可延伸到任一可擴容電池板模塊處，直流電動機、空氣壓縮機沿儲氣罐長度方向多點分布設置與儲氣罐的進氣口連接。這樣，在壓縮空氣中，直接采用光伏電池板的直流電產生壓縮空氣能，提高了電能轉換的效率；沿儲氣罐的長度方向與可擴容電池板模塊、儲氣罐對應配置，非常機動靈活，對于太陽能大面積采集的特點，具有很重要的現實意義；由于儲氣罐是管道狀結構，同時可以成為未來光伏發電系統中的太陽能輸送系統的手段，根據需要，通過管道儲氣罐延伸，既增加了儲氣罐容積，又可以把壓縮空氣輸送到需要的發電站。
[0027]3、由于氣動馬達的多個進氣口與多個儲氣罐出氣口通過各自的管道對應連接，壓力控制系統可以分別控制每個壓力控制閥，調節控制每個儲氣罐的出氣口壓力。這樣，在系統工作時，只要求多個儲氣罐的出氣口壓力的合力滿足氣動馬達額定轉速要求就可以，每個儲氣罐的壓力可以不同，每個儲氣罐的壓縮空氣理論上都可以用到幾乎接近零殘存。因此，本實用新型極大提高了壓縮空氣儲能方式的能效轉換效率。
[0028]因此，本實用新型的一種自循環擴容的獨立式光伏電站能夠實現可以持續的光伏發電，并且發電成本低于現有能源發電成本；自循環擴容可以使光伏發電站的發電規模不斷擴大，使光伏發電實現可持續的發展，對未來光伏發電系統的發展具有實質性的推動作用。
【【專利附圖】
【附圖說明】】`
[0029]下面參照附圖結合實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0030]圖1本實用新型的一種自循環擴容的獨立式光伏電站的整體流程圖
[0031]圖2本實用新型的一種自循環擴容的獨立式光伏電站的具體結構流程圖
[0032]圖3本實用新型的氣動馬達的結構示意圖
【【具體實施方式】】
[0033]本實用新型的一種實施例:
[0034]一種自循環擴容的獨立式光伏電站的流程圖，如圖1和圖2，主要包括光伏發電站、壓縮空氣儲能發電系統；光伏發電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統；壓縮空氣儲能發電系統包括直流發電機、空氣壓縮機、3個互不相通的管道狀結構的儲氣罐、管道、壓力控制閥、壓力控制系統、安裝在氣動馬達轉軸21上的轉速傳感器23、氣動馬達及發電機；氣動馬達設置有3進氣口，氣動馬達轉軸21上設置3個對應葉片22 ;直流電動機與空氣壓縮機連接，在空氣壓縮機的出氣口與各儲氣罐的進氣口連接，直流電動機與空氣壓縮機沿儲氣罐的長度方向間隔設置，氣動馬達的每個進氣口用管道與對應的一個儲氣罐出氣口連接，氣動馬達進氣口與儲氣罐出氣口之間設置有壓力控制閥，氣動馬達通過電機聯接軸24與發電機連接；壓力控制系統分別控制每個壓力控制閥，調節控制每個儲氣罐的出氣口壓力；光伏發電站的可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發電系統，通過直流電機驅動空氣壓縮機把電能轉換為壓縮空氣能存儲到3個儲氣罐中，壓縮空氣儲能發電系統將存儲在3個儲氣罐中的壓縮空氣通過各自的出氣口輸送到氣動馬達對應3個進氣口驅動氣動馬達轉軸拖動發電機發電供給光伏發電站的光伏電池制造系統用電；光伏電池制造系統生產的光伏電池供給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發電站的發電容量；壓縮空氣儲能發電系統的控制系統根據氣動馬達的轉軸上安置的轉度傳感器反饋的速度信號，分別控制3個儲氣罐的出氣口壓力來滿足發電機的穩定發電工作。設計:N1=1000KW(光伏電池制造系統的用電功率)，N2=0.1Kff / M2(太陽能電池板模塊單位平方米功率)，S光伏發電站太陽能電池板模塊總面積平方米。Kl=0.7(光伏發電站的系統能量轉換效率)，D=10天(I年內連續陰天的最長天數)，H=16小時(天最長的夜時長)，K2-天夜時長系數{K2=24 / (24-Η1)}，即光伏發電站的光伏電池板模塊總面積:S=(1+K2+D+K2*D)N1 / N2 / Kl=628571平方米。
[0035]所述的自循環擴容的獨立式光伏電站能夠實現可以持續的光伏發電并且發電成本低于現有能源發電成本；實現了在保證發電機穩定發電工作的同時，只要有一個儲氣罐壓力高于氣動馬達穩定工作要求，其他兩個儲氣罐存儲的壓縮空氣都可以用到幾乎接近零殘存，實現了電-氣-電的高效轉換，對未來光伏發電系統的發展具有實質性的推動作用。
【權利要求】
1.一種自循環擴容的獨立式光伏電站，包括光伏發電站和壓縮空氣儲能發電系統，其特征在于:所述光伏發電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統，所述可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發電系統轉換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發電系統將存儲的壓縮空氣能轉換為電能輸送給光伏發電站的光伏電池制造系統用電，所述的光伏電池制造系統生產的光伏電池供應給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發電站的發電容量；所述可擴容光伏電池板模塊的光伏電池板模塊總面積應滿足以下設計公式:
S ≥(1+K2+D+K2*D)N1 / N2 / Kl ； 其中: S-光伏發電站太陽能電池板模塊總面積平方米， NI—光伏電池制造系統的用電功率， N2太陽能電池板模塊單位平方米發電功率， Kl---光伏發電站的系統能量轉換效率， D—I年內連續陰天的最長天數， Hl---天最長的夜時長， K2天夜時長系數{K2=24 / (24-Η1)}。
2.根據權利要求1所述的自循環擴容的獨立式光伏電站，其特征在于:所述的壓縮空氣儲能發電系統，包括直流發電機、空氣壓縮機、多個互不相通的儲氣罐、管道、壓力控制閥、壓力控制系統、氣動馬達及發電機；所述的氣動馬達設置有與儲氣罐數量一樣的進氣口，氣動馬達轉軸上設置有與進氣口數量一樣的對應葉片；所述的直流電動機與空氣壓縮機連接，空氣壓縮機的出氣口與儲氣罐的進氣口連接，氣動馬達的每個進氣口用管道與對應的一個儲氣罐出氣口連接，氣動馬達進氣口與儲氣罐出氣口之間設置有壓力控制閥，氣動馬達與發電機連接；所述的壓力控制系統分別控制調節每個儲氣罐的出氣口壓力的壓力控制閥。
3.根據權利要求2所述的自循環擴容的獨立式光伏電站，其特征在于:所述的多個不相通的儲氣罐是管道狀結構，儲氣罐設置有多個進氣口。
4.根據權利要求2或3所述的自循環擴容的獨立式光伏電站，其特征在于:所述的儲氣罐的長度可延伸到任一可擴容電池板模塊處，直流電動機、空氣壓縮機沿儲氣罐長度方向多點分布設置與儲氣罐的進氣口連接。
【文檔編號】H02S10/00GK203660956SQ201320784086
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】賴勇清, 郝長中 申請人:賴勇清