CN103825042A - 用于离网型太阳能发电***的液流电池*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，包括：与光伏方阵和太阳能充放电控制器相连接的第一电堆单元；与直流负载和太阳能充放电控制器相连接、以及通过逆变器连接交流负载的第二电堆单元；正极储液罐；负极储液罐；第一电堆单元的正极电解液出口、第二电堆单元的正极电解液出口与所述正极储液罐相连；第一电堆单元的负极电解液出口、第二电堆单元的负极电解液出口与所述负极储液罐相连；所述正极储液罐与第一电堆单元的正极电解液入口、第二电堆单元的正极电解液入口相连；所述负极储液罐与第一电堆单元的负极电解液入口、第二电堆单元的负极电解液入口相连；本发明降低了液流电池***放电过程的功耗。

Description

用于离网型太阳能发电***的液流电池***
技术领域
本发明涉及一种液流电池***，具体为一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***。
背景技术
离网型太阳能发电***被广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通信基站等应用场所，其一般包括由太阳能电池组件构成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、逆变器、直流负载和交流负载；光伏方阵在有光照时将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器控制光伏方阵给直流负载供电以及给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器控制蓄电池组给直流负载供电，逆变器实现将光伏方阵或蓄电池组输出的直流电变换为交流电，给交流负载供电。
一些负载如通讯基站等的负荷运行模式为24小时连续运行，在城市一般由市电直接供应，在偏远无市电地区，正如上述内容所说，由离网型太阳能发电***提供电力供应，对于通信基站等这种24小时连续运行负荷的负载，离网型太阳能发电***的设计一般是输出功率大于负载功率，通常光伏方阵的输出功率为负载功率的6～10倍，以便保证利用多余的输出功率在白天光照好的有限时间内快速充满蓄电池组，故蓄电池组的充电功率一般与光伏方阵的输出功率相匹配，而放电功率基本与负载功率一致，因此离网型太阳能发电***中采用的蓄电池组处于大功率充电、小功率放电的运行模式。
由于液流电池具有充放电性能好、容量大、寿命长、安全性高等优点，其日益在太阳能光伏发电***中替代常规的蓄电池使用，当将液流电池应用于离网型太阳能发电***时，为满足光伏方阵的充电功率，液流电池***功率一般接近光伏方阵的额定功率，液流电池***包括电堆、电解液储罐、和其他附属设备如循环泵和液体输送管路均是按照充电功率的大小进行配置的，这样在放电模式下，由于负载功率相对较低，故液流电池***内部功耗极大、效率很低，整个液流电池***的运行效果不好。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***。
本发明的技术手段如下：
一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，所述离网型太阳能发电***包括光伏方阵、太阳能充放电控制器、逆变器、直流负载和交流负载，
所述液流电池***包括：
与光伏方阵和太阳能充放电控制器相连接的第一电堆单元；
与直流负载和太阳能充放电控制器相连接、以及通过逆变器连接交流负载的第二电堆单元；
正极储液罐；
负极储液罐；
第一电堆单元的正极电解液出口、第二电堆单元的正极电解液出口分别通过液体输送管路与所述正极储液罐相连；第一电堆单元的负极电解液出口、第二电堆单元的负极电解液出口分别通过液体输送管路与所述负极储液罐相连；所述正极储液罐分别经循环泵通过液体输送管路与第一电堆单元的正极电解液入口、第二电堆单元的正极电解液入口相连；所述负极储液罐分别经循环泵通过液体输送管路与第一电堆单元的负极电解液入口、第二电堆单元的负极电解液入口相连；
进一步地，所述第一电堆单元功率是所述第二电堆单元功率的一定倍数；
进一步地，所述第一电堆单元在太阳能充放电控制器的控制下，将光伏方阵输出电能转换为化学能储存至正极储液罐中的正极电解液和负极储液罐中的负极电解液；所述第二电堆单元在太阳能充放电控制器的控制下，将正极储液罐中的正极电解液和负极储液罐中的负极电解液所储存的化学能转换为电能输出给直流负载、或通过逆变器输出给交流负载；
进一步地，所述第一电堆单元和第二电堆单元均至少包括一个电堆；
进一步地，所述一定倍数为4～20倍；
进一步地，所述液流电池***为全钒液流电池***。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的用于离网型太阳能发电***的液流电池***，采用第一电堆单元和第二电堆单元共用一套正极储液罐和负极储液罐，不仅节约成本，且第一电堆单元用于充电，将光伏方阵输出电能转换为化学能储存至正极储液罐中的正极电解液和负极储液罐中的负极电解液；所述第二电堆单元用于放电，将正极储液罐中的正极电解液和负极储液罐中的负极电解液所储存的化学能转换为电能输出给直流负载、或通过逆变器输出给交流负载；进一步地，第一电堆单元功率是所述第二电堆单元功率的一定倍数，使得光照强时光伏方阵能够尽快的充满液流电池，保证正极储液罐和负极储液罐内的电解液处于高容量状态，光照弱或无光照时与负载功率相匹配的第二电堆单元进行小功率放电，降低了液流电池***放电过程的功耗，提高了用于离网型太阳能发电***的液流电池***的运行效率，本发明在相同光伏条件下，供电时间延长，增加收益，降低了储能成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、光伏方阵，2、太阳能充放电控制器，3、液流电池***，4、逆变器，5、交流负载，6、直流负载，31、第一电堆单元，32、正极储液罐，33、第二电堆单元，34、负极储液罐，35、循环泵，311、第一电堆单元的正极电解液出口，312、第一电堆单元的正极电解液入口，313、第一电堆单元的负极电解液出口，314、第一电堆单元的负极电解液入口，331、第二电堆单元的正极电解液出口，332、第二电堆单元的正极电解液入口，333、第二电堆单元的负极电解液出口，334、第二电堆单元的负极电解液入口。
具体实施方式
如图1所示的一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，所述离网型太阳能发电***包括光伏方阵1、太阳能充放电控制器2、逆变器4、直流负载6和交流负载5，所述液流电池***3包括：与光伏方阵1和太阳能充放电控制器2相连接的第一电堆单元31；与直流负载6和太阳能充放电控制器2相连接、以及通过逆变器4连接交流负载5的第二电堆单元33；正极储液罐32；负极储液罐34；第一电堆单元的正极电解液出口311、第二电堆单元的正极电解液出口331分别通过液体输送管路与所述正极储液罐32相连；第一电堆单元的负极电解液出口313、第二电堆单元的负极电解液出口333分别通过液体输送管路与所述负极储液罐34相连；所述正极储液罐32分别经循环泵35通过液体输送管路与第一电堆单元的正极电解液入口312、第二电堆单元的正极电解液入口332相连；所述负极储液罐34分别经循环泵35通过液体输送管路与第一电堆单元的负极电解液入口314、第二电堆单元的负极电解液入口334相连；进一步地，所述第一电堆单元31功率是所述第二电堆单元33功率的一定倍数；进一步地，所述第一电堆单元31在太阳能充放电控制器2的控制下，将光伏方阵1输出电能转换为化学能储存至正极储液罐32中的正极电解液和负极储液罐34中的负极电解液；所述第二电堆单元33在太阳能充放电控制器2的控制下，将正极储液罐32中的正极电解液和负极储液罐34中的负极电解液所储存的化学能转换为电能输出给直流负载6、或通过逆变器4输出给交流负载5；所述第一电堆单元31和第二电堆单元33均至少包括一个电堆；进一步地，所述一定倍数为4～20倍；所述液流电池***为全钒液流电池***；所述交流负载5可以为通信基站，此时所述一定倍数为6～10倍；所述第一电堆单元和第二电堆单元均至少包括一个电堆；当第一电堆单元和第二电堆单元分别包括一个电堆时，第一电堆单元的正极电解液出口和入口、以及负极电解液出口和入口，则为该电堆的正极电解液出口和入口、以及负极电解液出口和入口；当第一电堆单元和第二电堆单元分别包括多个电堆时，多个电堆通过串并联的方式构成第一电堆单元和第二电堆单元，各电堆的正极电解液出口和入口、以及负极电解液出口和入口分别通过分支管路连接至共用的液体输送管路，该共用的液体输送管路与正极储液罐和负极储液罐相连。
本发明采用第一电堆单元和第二电堆单元共用一套正极储液罐和负极储液罐，不仅节约成本，且第一电堆单元用于充电，将光伏方阵输出电能转换为化学能储存至正极储液罐中的正极电解液和负极储液罐中的负极电解液；所述第二电堆单元用于放电，将正极储液罐中的正极电解液和负极储液罐中的负极电解液所储存的化学能转换为电能输出给直流负载、或通过逆变器输出给交流负载；进一步地，第一电堆单元功率是所述第二电堆单元功率的一定倍数，优选地，该一定倍数为4～20倍，使得光照强时光伏方阵能够尽快的充满液流电池，保证正极储液罐和负极储液罐内的电解液处于高容量状态，光照弱或无光照时与负载功率相匹配的第二电堆单元进行小功率放电，降低了液流电池***放电过程的功耗，提高了用于离网型太阳能发电***的液流电池***的运行效率，本发明能够确保第一电堆单元和第二电堆单元均处于额定功率下工作，延长液流电池***的使用寿命，在相同光伏条件下，供电时间延长，增加收益，降低了储能成本。
表1示出了负载功率为500W、光伏方阵的输出功率为8kW、充电功率即第一电堆单元功率为8kW、放电功率即第二电堆单元功率为500W的本发明液流电池***，与负载功率为500W、光伏方阵的输出功率为8kW、充放电功率为8kW的正常液流电池***的不同运行效率数据，表2示出了负载功率为1kW、光伏方阵的输出功率为20kW、充电功率即第一电堆单元功率为20kW、放电功率即第二电堆单元为1kW的本发明液流电池***，与负载功率为1kW、光伏方阵的输出功率为20kW、充放电功率为20kW的正常液流电池***的不同运行效率数据，所述正常液流电池***只含有一个电堆单元，既用于充电同时也用于放电。
表1.负载功率为500W、光伏方阵的输出功率为8kW、充电功率即第一电堆单元功率为8kW、放电功率即第二电堆单元功率为500W的本发明液流电池***，与负载功率为500W、光伏方阵的输出功率为8kW、充放电功率为8kW的正常液流电池***的不同运行效率数据。
Figure BDA0000476641250000051
表2.负载功率为1kW、光伏方阵的输出功率为20kW、充电功率即第一电堆单元功率为20kW、放电功率即第二电堆单元为1kW的本发明液流电池***，与负载功率为1kW、光伏方阵的输出功率为20kW、充放电功率为20kW的正常液流电池***的不同运行效率数据。
Figure BDA0000476641250000052
表3.负载功率为1.25kW、光伏方阵的输出功率为5kW、充电功率即第一电堆单元功率为5kW、放电功率即第二电堆单元为1.25kW的本发明液流电池***，与负载功率为1.25kW、光伏方阵的输出功率为5kW、充放电功率为5kW的正常液流电池***的不同运行效率数据。
表4.负载功率为1kW、光伏方阵的输出功率为10kW、充电功率即第一电堆单元功率为10kW、放电功率即第二电堆单元为1kW的本发明液流电池***，与负载功率为1kW、光伏方阵的输出功率为10kW、充放电功率为10kW的正常液流电池***的不同运行效率数据。
Figure BDA0000476641250000061
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，所述离网型太阳能发电***包括光伏方阵（1）、太阳能充放电控制器（2）、逆变器（4）、直流负载（6）和交流负载（5），
其特征在于所述液流电池***（3）包括：
与光伏方阵（1）和太阳能充放电控制器（2）相连接的第一电堆单元（31）；
与直流负载（6）和太阳能充放电控制器（2）相连接、以及通过逆变器（4）连接交流负载（5）的第二电堆单元（33）；
正极储液罐（32）；
负极储液罐（34）；
第一电堆单元的正极电解液出口（311）、第二电堆单元的正极电解液出口（331）分别通过液体输送管路与所述正极储液罐（32）相连；第一电堆单元的负极电解液出口（313）、第二电堆单元的负极电解液出口（333）分别通过液体输送管路与所述负极储液罐（34）相连；所述正极储液罐（32）分别经循环泵（35）通过液体输送管路与第一电堆单元的正极电解液入口（312）、第二电堆单元的正极电解液入口（332）相连；所述负极储液罐（34）分别经循环泵（35）通过液体输送管路与第一电堆单元的负极电解液入口（314）、第二电堆单元的负极电解液入口（334）相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，其特征在于所述第一电堆单元（31）功率是所述第二电堆单元（33）功率的一定倍数。
3.根据权利要求1所述的一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，其特征在于所述第一电堆单元（31）在太阳能充放电控制器（2）的控制下，将光伏方阵（1）输出电能转换为化学能储存至正极储液罐（32）中的正极电解液和负极储液罐（34）中的负极电解液；所述第二电堆单元（33）在太阳能充放电控制器（2）的控制下，将正极储液罐（32）中的正极电解液和负极储液罐（34）中的负极电解液所储存的化学能转换为电能输出给直流负载（6）、或通过逆变器（4）输出给交流负载（5）。
4.根据权利要求1所述的一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，其特征在于所述第一电堆单元（31）和第二电堆单元（33）均至少包括一个电堆。
5.根据权利要求2所述的一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，其特征在于所述一定倍数为4～20倍。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种用于离网型太阳能发电***的液流电池***，其特征在于所述液流电池***为全钒液流电池***。
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