CN103001307A - 一种再生能源供电***及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种再生能源供电***及其供电方法，此***可以将太阳能等再生能源回馈给电网或者输出能量给用电设备或者给储能装置充电；根据不同的应用情况，用电设备可由电网供电也可由再生能源和储能装置供电；储能装置也可由电网充电或再生能源充电；本***由于不需要将可再生能源首先存储到储能元件或回馈到电网，可直接提供给用电设备，从而提高可再生能源的利用效率；由于此供电***可由多种能源供电，所以可以避免由于可再生能源的不稳定而造成的输出不稳定，防止了随天气和时间的变化而使用电设备的正常工作受到影响。

Description

一种再生能源供电***及其供电方法

技术领域

本发明涉及一种再生能源，特别是涉及一种再生能源供电***及其供电方法。

背景技术

随着社会的发展与进步，再生能源尤其是太阳能的利用越来越受到人们的关注，其中将太阳能转化为电能为太阳能诸多应用中的一种，而怎样实现太阳能的高效利用就成为了亟待解决的问题之一。

传统上，在多能源输入的再生能源利用***中，通常要先利用再生能源对电池进行充电，即将再生能源转化为储存在电池内的化学能，然后再由电池放电释放化学能转换成电能，最终将能量回馈给电网或者负载，其典型拓扑图可参考图1。图1是以太阳能为再生能源，以二次电池为储能装置为例。传统的再生能源供电***1包括再生能源装置10、储能装置11、直流/直流转换器12、13、直流/交流转换器14、切换模块15、电网16与用电设备17。再生能源装置10产生的能量通过直流/直流转换器12传送至储能装置11。储能装置11的能量可以通过直流/交流转换器14与切换模块15传送至电网16或用电设备17。电网16的能量也可以通过切换模块15传送至用电设备17。在此应用中所述的利用太阳能发出的电能过程中，由于太阳能板产生的直流电的电压不稳定，需要先将电能转化为化学能储存在二次电池内，而这个环节既影响能源利用的高效性。同时，所用二次电池一直处在充电放电的过程中，太阳能所转化的能量都要经过二次电池这个环节，从而严重影响二次电池的使用寿命，这与我们追求的绿色环保的目的背道而驰。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了利用再生能源的混合能源供电***。该发明可根据再生能源的有无、强弱和事先设定的供电优先级来决定再生能源是用于回馈至电网、提供给用电设备或通过储能装置储存，也可决定供电设备是由再生能源或由电网或由储能装置提供能量。尤其是，可将再生能源所产生的能量直接提供给用电设备而并非一定需要经过储能装置储能的应用，由此减少了不必要的能量转换，并提高了再生能源的利用效率。

本发明提供一种新型再生能源供电***，包括再生能源装置、一储能装置、总线模块、第一直流/直流模块、直流充放电模块、直流/交流模块与切换模块。总线模块分别电性耦接该再生能源装置以及该储能装置，该总线模块侦测流过该总线模块的电流与电压，该总线模块依据侦测结果控制通过该总线模块的能量所传递的方向。第一直流/直流模块电性耦接于再生能源装置与总线模块之间。直流充放电模块电性耦接于储能装置与总线模块之间，用以对储能装置充放电。切换模块电性耦接直流/交流模块，且用以电性耦接电网以及用电设备，切换模块传送来自于该直流/交流模块或该电网的能量至该用电设备。直流/交流模块电性耦接总线模块。再生能源装置所产生的能量被提供至储能装置或该直流/交流模块。

本发明还提供一种新型再生能源供电方法，应用于再生能源供电***，其中再生能源供电***包括再生能源装置、第一直流/直流模块、总线模块、储能装置、直流充放电模块以及直流/交流模块，第一直流/直流模块电性耦接于再生能源装置与总线模块之间，总线模块分别电性耦接直流充放电模块以及直流/交流模块，直流充放电模块电性耦接储能装置。此再生能源供电方法包括，使再生能源装置产生的能量通过第一直流/直流模块传送至总线模块，再使传送至总线模块的能量通过直流充放电模块传送至储能装置或直接传送至直流/交流模块。

综上所述，本发明所提供的再生能源供电***及其方法可以通过对总线模块电压和能量的检测与控制，以控制能量的流动方向，从而同时提高了再生能源与非再生能源的利用效率。

为了能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利要求作任何的限制。

附图说明

图1为传统的再生能源供电***的示意图；

图2为本发明再生能源供电***的示意图；

图3至图14为本发明再生能源供电***的工作状态示意图。

【主要元件附图标记说明】

1：传统的再生能源供电***

10、20：再生能源装置

11、21：储能装置

12、13：直流/直流转换器

14：直流/交流转换器

15、25：切换模块

16、26：电网

17、27：用电设备

2：再生能源供电***

22：总线模块

231：第一直流/直流模块

232：第二直流/直流模块

233：第三直流/直流模块

24：直流/交流模块

a、b、c、d：连接端

C1、C2：电容

具体实施方式

本发明提供一种再生能源供电***及其供电方法，通过此***，可以将太阳能等再生能源回馈给电网或者输出能量给用电设备或者给二次电池等储能装置充电。根据不同的应用情况，用电设备可由电网供电也可由再生能源和储能装置供电。同样储能装置也可由电网充电或再生能源充电。本***由于不需要将可再生能源首先存储到储能装置或回馈到电网，可直接提供给用电设备，从而提高再生能源的利用效率。由于此供电***可由多种能源供电，所以可以避免由于再生能源的不稳定而造成的输出不稳定，防止了随天气和时间的变化而使用电设备的正常工作受到影响。

请参照图2，图2为本发明再生能源供电***的示意图。本发明的再生能源供电***2主要包括：再生能源装置20、储能装置21、总线模块22、第一直流/直流模块231、第二直流/直流模块232、第三直流/直流模块233、直流/交流模块24、切换模块25、电网26与用电设备27。再生能源装置20、储能装置21、电网26与用电设备27分别具有连接端a、b、c、d。

再生能源装置20通过连接端a电性耦接第一直流/直流模块231。第一直流/直流模块231电性耦接至总线模块22。储能装置21通过连接端b电性耦接第二直流/直流模块232与第三直流/直流模块233。第二直流/直流模块232与第三直流/直流模块233分别电性耦接总线模块22。直流/交流模块24电性耦接总线模块22与切换模块25。电网26通过连接端c电性耦接切换模块25。用电设备27通过连接端d电性耦接切换模块25。

在本发明中，再生能源装置20主要以太阳能装置为例来进行介绍，但本发明并不因此限定。第一直流/直流模块231通常为升压模块，且当再生能源装置20为太阳能装置时，第一直流/直流模块231主要实现最大功率追踪(MPPT)的功能。然而，在太阳能装置产生的直流源电压大于总线模块22的电压时，可借助于直流/交流模块24或第二直流/直流模块232的控制来实现最大功率追踪。在这样的应用中，可以不需要第一直流/直流模块231或者第一直流/直流模块231在此工作状态时不起作用。

总线模块22为各方能量连接的关键环节，并且总线模块22的电压为相对稳定。第一直流/直流模块231可以将再生能源装置20所产生的能传送到总线模块22，总线模块22通过第二直流/直流模块232或第三直流/直流模块233可吸收储能装置21的能量或提供能量到储能装置21。总线模块22可通过直流/交流模块24从电网26吸收能量或提供能量给电网26。总线模块22也可通过直流/交流模块24提供能量到用电设备27。如此，减少了太阳能供电(或其他再生能源供电)情况下要先将能量转化为化学能的环节(不必要的中间环节)，由此提高了太阳能(或其他再生能源)的利用效率，同时实现了不同应用条件下能量流向的灵活控制。

依据上述，总线模块22为能量流动的枢纽，且可以为单总线模块或双总线模块。对于不同的总线模块22的结构各模块可有相应的不同的拓扑。例如：当采用单总线模块时，直流/交流模块24可以使用全桥逆变器，而采用双总线模块时，直流/交流模块24可以使用半桥逆变器。

第二直流/直流模块232和第三直流/直流模块233主要实现对储能装置21的充放电。对于非隔离应用(即储能装置21和总线模块22未经过隔离)，第二直流/直流模块232和第三直流/直流模块233可以整合为一个能量双向流动的电路，此时可只用一个直流充放电模块。然而，对于隔离型应用，通常用两个直流/直流模块：第二直流/直流模块232为充电直流/直流模块，用于给储能装置21充电，第三直流/直流模块233为放电直流/直流模块，用于将储能装置21的能量提供到总线模块22。储能装置21通常是二次电池，例如：锂电池、镍氢电池或镍镉电池。

直流/交流模块24为能量双向流动的电路，可根据来自于再生能源装置20的能量强弱及电网26的连接情况决定是将总线模块22上的直流电转化为交流电直接并入电网26或者是将电网26上的交流电转化为直流电送入总线模块22然后对储能装置21进行充电。若直流/交流模块24设计为能量单相传输的电路，则再生能源供电***2只能回馈能量到电网26或供电给用电设备27，而不能将电网26的能量提供给储能装置21充电。

切换模块25主要实现控制交流部分能量的供给状况，切换模块25通常是继电器(relay)。第一种情况是直流/交流模块24将直流与交流两侧断开，用电设备27由电网26直接供电，总线模块22上的能量对储能装置21进行充电；第二种情况是将电网26断开，总线模块22经由直流/交流模块24提供能量给用电设备；第三种情况是将用电设备27断开，直流/交流模块24和电网26相连，电网26可以提供电功率(能量)到储能装置21或吸收来自于再生能源装置20或储能装置21的能量；第四种情况为直流/交流模块24、电网26、用电设备27连接在一起，用电设备27所需的电压和电网26的电压一样，直流/交流模块24可以提供能量到用电设备27或回馈能量到电网26，直流/交流模块24也可以从电网26吸收能量用以给储能装置21充电；第五种情况是直流/交流模块24、电网26、用电设备27之间皆彼此断开，在交流电的部分没有能量的相互流动。

在某些应用中，并非以上所有的模块都必须的。例如，如果此***不需要回馈到电网26，或从电网26供电，那么电网26的连接端c以及与电网26以及切换模块25就可以省去。换句话说，直流/交流模块24可以直接连接用电设备27。

请同时参照图2至图14，基于前面的叙述，图2的再生能源供电***2可以有多种工作状态，图3至图14为本发明再生能源供电***2在各种工作状态的示意图。值得注意的是，图3至图14中的箭头方向即是能量传递的方向。如图3所示，再生能源装置20产生的能量通过第一直流/直流模块231、总线模块22与第二直流/直流模块232提供给储能装置21充电。如图4所示，再生能源装置20产生的能量通过第一直流/直流模块231、总线模块22与直流/交流模块24传送至电网26。此时，切换模块25将直流/交流模块24与电网26电性耦接。

如图5所示，电网26的能量通过直流/交流模块24、总线模块22与第二直流/直流模块232传送至储能装置21，以对储能装置21充电。如图6所示，电网26也可以直接对用电设备27供电。此时，切换模块25将电网26与用电设备27电性耦接，并将包括电网26与用电设备27的交流侧与包括直流/交流模块24的直流侧隔离。

如图7所示，储能装置21可以通过第三直流/直流模块233、总线模块22与直流/交流模块24对用电设备27供电。此时，切换模块25将直流/交流模块24与用电设备27电性耦接。

如图8所示，再生能源装置20所产生的能量通过第一直流/直流模块231、总线模块22传送至直流/交流模块24，以将能量转化为交流电。此时，切换模块25将直流/交流模块24、电网26与用电设备27电性耦接。在这种工作状态，直流/交流模块24与电网26可以一起对用电设备27供电。当由再生能源装置20产生并转化为交流电的能量超过用电设备27所需能量时，剩余的能量可以被送入电网26。当由再生能源装置20产生并转化为交流电的能量不足以供给用电设备27时，不足的那部分能量可以由电网26提供。

如图9所示，再生能源装置20所产生的能量可以通过第一直流/直流模块231传送至总线模块22，再经由第二直流/直流模块232对储能装置21进行充电。如果能量有剩余，则可将剩余的能量并入电网26。如果用来对储能装置21充电的能量不足，则电网26可提供能量以补足不足的部份。

请同时参照图10与图11，再生能源装置20所产生的能量可以通过第一直流/直流模块231传送到总线模块22，再传送至直流/交流模块24以负责对用电设备27供电。如果直流/交流模块24可以供电的能量过剩，则将剩余能量对储能装置21充电。反之，如果直流/交流模块24可以供电的能量不足以对用电设备27供电，则储能装置21可以放电以补足不足的部份。

如图12所示，电网26可以供电给用电设备27，且电网26的能量也可以通过直流/交流模块24、总线模块22与第二直流/直流模块232对储能装置21充电。

如图13所示，再生能源装置20所产生的能量通过第一直流/直流模块231传送至总线模块22，且此能量经由第二直流/直流模块232对储能装置21进行充电。在此同时，若有剩余的能量，则将剩余的能量传送至直流/交流模块24并转换成满足并网要求的交流电对用电设备27供电。若仍有剩余能量，则此胜于能量可被并入电网26。相反地，若直流/交流模块24所提供的交流电并不足以对用电设备27供电，则用电设备27所需的能量由电网26补充。另外，若再生能源装置20所产生的能量不足以对储能装置21充电，则电网26的能量可以通过直流/交流模块24传送至总线模块22，以让再生能源装置20与电网26的能量一起对储能装置21充电。

如图14所示，再生能源装置20所产生的能量通过第一直流/直流模块231传送至总线模块22，再经由第二直流/直流模块232对储能装置21充电。在此同时，电网26供电给用电设备27。

依据图3至图14对于再生能源供电***2在各种工作状态的描述，再生能源供电***2可根据再生能源的有无、强弱和事先设定的供电优先级来决定再生能源是用于回馈至电网26、提供给用电设备27或由储能装置21储存，也可决定提供能量的供电设备是再生能源装置20或由电网26或由储能装置21。对于不同的应用状态，再生能源供电***2可以在上述的工作状态之间自动切换，例如：通过总线模块22的检测与控制电路或者上述的各个元件可具有控制电路以判断上述的工作状态。或者，也可由外部的控制电路(未图标)统一控制再生能源供电***2各个元件的工作与切换。本领域具有通常知识者可轻易推知控制电路的实施方式，不再赘述。

根据本发明，上述的再生能源供电***可以通过对总线模块电压和能量的检测与控制，以控制能量的流动方向，从而同时提高了非再生能源的利用效率。另外，由于不需要将可再生能源首先存储到储能元件或回馈到电网，再生能源可直接提供给用电设备，从而提高再生能源的利用效率。此供电***可由多种能源供电，所以可以避免由于可再生能源的不稳定而造成的输出不稳定，防止了随天气和时间的变化而使用电设备的正常工作受到影响。

以上所述仅是本发明的实施例，其并非用以局限本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种再生能源供电***，其特征在于，包括：

一再生能源装置；

一储能装置；

一总线模块，分别电性耦接该再生能源装置以及该储能装置，该总线模块侦测流过该总线模块的电流与电压，该总线模块依据侦测结果控制通过该总线模块的能量所传递的方向；

一第一直流/直流模块，电性耦接于该再生能源装置与该总线模块之间；

一直流充放电模块，电性耦接于该储能装置与该总线模块之间，用以对该储能装置充放电；

一直流/交流模块，电性耦接该总线模块；以及

一切换模块，电性耦接该直流/交流模块，且用以电性耦接一电网以及一用电设备，该切换模块传送来自于该直流/交流模块或该电网的能量至该用电设备；

其中，该再生能源装置所产生的能量通过该总线模块被提供至该储能装置或该直流/交流模块。

2.如权利要求1所述的再生能源供电***，其特征在于，其中该直流充放电模块更包括：

一第二直流/直流模块，电性耦接于该储能装置与该总线模块之间，用以对该储能装置充电；以及

一第三直流/直流模块，电性耦接于该储能装置与该总线模块之间，用以将该储能装置的能量提供至该总线模块。

3.如权利要求1所述的再生能源供电***，其特征在于，其中该总线模块更包括一检测与控制电路，用以检测该总线模块的电压与流过该总线模块的能量，并据此控制该再生能源供电***的工作状态。

4.一种再生能源供电方法，应用于一再生能源供电***，其特征在于，其中该再生能源供电***包括一再生能源装置、一第一直流/直流模块、一总线模块、一储能装置、一直流充放电模块以及一直流/交流模块，该第一直流/直流模块电性耦接于该再生能源装置与该总线模块之间，该总线模块分别电性耦接该直流充放电模块以及该直流/交流模块，该直流充放电模块电性耦接该储能装置，该再生能源供电方法包括：

使该再生能源装置产生的能量通过该第一直流/直流模块传送至该总线模块，再使传送至该总线模块的能量通过该直流充放电模块传送至该储能装置或直接传送至该直流/交流模块。

5.如权利要求4项所述的再生能源供电方法，其特征在于，更包括：

使该储能装置的能量通过该直流充放电模块以及该总线模块传送至该直流/交流模块。

6.如权利要求4所述的再生能源供电方法，其特征在于，其中该直流充放电模块更包括一第二直流/直流模块以及一第三直流/直流模块，该再生能源供电方法更包括：

使该再生能源装置产生的能量通过该第一直流/直流模块、该总线模块以及该第二直流/直流模块传送至该储能装置；以及

使该储能装置的能量通过该第三直流/直流模块以及该总线模块传送至该直流/交流模块。

7.如权利要求4所述的再生能源供电方法，其特征在于，其中该再生能源供电***更包括一切换模块，该切换模块用以电性耦接该直流/交流模块、一电网以及一用电设备，该再生能源供电方法更包括：

使该用电设备通过该切换模块接收来自于该直流/交流模块或该电网的能量。

8.如权利要求7所述的再生能源供电方法，其特征在于，更包括：

使该电网的能量通过该切换模块、该直流/交流模块、该总线模块以及该直流充放电模块传送至该储能装置。

9.如权利要求7所述的再生能源供电方法，其特征在于，更包括：

使该直流交流模块接收自该总线模块的能量通过该切换模块传送至该电网，其中接收自该总线模块的能量来自于该再生能源装置或该储能装置。

10.如权利要求7所述的再生能源供电方法，其特征在于，其中该直流充放电模块更包括一第二直流/直流模块以及一第三直流/直流模块，该再生能源供电方法更包括：

使该电网的能量通过该切换模块、该直流/交流模块、该总线模块以及该第二直流/直流模块传送至该储能装置；以及

使该储能装置的能量通过该第三直流/直流模块以及该总线模块传送至该直流/交流模块，其中传送至该直流/交流模块的能量通过该切换模块传送至该电网或该用电设备。

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