CN107968476A - 光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，包括光伏组件、直流充放电控制器、逆变器、负载、第一双联继电器、第二双联继电器和蓄电池，两个所述光伏组件通过第一双联继电器并联连接，所述第二双联继电器一端与光伏组件电连接，另一端与直流充放电控制器电连接，所述直流充放电控制器分别与逆变器和蓄电池电连接，所述逆变器与负荷电连接，所述第二双联继电器与直流充放电控制器设有DC/DC模块。本发明采用简便易行的方法、简单的结构、低廉的成本，充分利用太阳能的弱光，将有效地改善当前光伏独立***的充电模式，适用于我国西部贫困地区居民和边防海岛部队，游动的工作队伍等的供电。

Description

光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置
技术领域
本发明涉及光伏行业中发电***领域，具体是光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置。
背景技术
光伏发电储能***指通常用于独立于电网***，具有自主发电、自主储能和有控制地输出电能的光伏发电***。一般用在远离电网的偏远地区的村庄、牧民、海岛居民、旅游景点、边防哨所、流动的地质勘探人员等的供电***，以及城市路灯。现有的光伏充电***，基本构成有三个主要电气部件，请参阅图1。一是太阳电池板，即光伏组件（以下简称“组件”），第二是用于储存电能的蓄电池；第三是充放电控制器（简称“控制器”）。限于价格因素，过去和将来，铅酸蓄电池都将是发电***中储存电能的主要部件。铅酸蓄电池的规格，根据***的配置，分别采用从20Ah到300Ah之间的不同规格。不论哪一种容量，单个的的蓄电池电压是12V，电源（即组件）的充电电压与蓄电池电压应是1.4—1.5倍电压差。因此，光伏组件的工作电压应该在18V左右（以下以18 V作为统一值论述）。光伏组件的每片电池片不论其面积大小，输出电压均是0.5V，因此，给12V蓄电池充电的组件，电池片的数量应该是36片。实际应用中，根据不同负载功率及其用电量，设计发电储能***的容量，采用不同数量的组件和蓄电池。但其总的配置，就组件电压和蓄电池电压的关系而言，都应该服从18V电压的组件配12V蓄电池或其倍数的基本配置。由于光伏组件依靠太阳光产生电能，因此，组件的电压和电流必然随着太阳辐照度的变化而变化。由此可见，当在每天早晨，傍晚和阴雨天的条件下，太阳辐照度低于250W/m2左右的时候，组件的输出电压满足不了大于蓄电池12 V 的 1.4—1.5倍的要求，组件给蓄电池充电不足。这一部分电能被浪费了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，包括光伏组件、直流充放电控制器、逆变器、负载、第一双联继电器、第二双联继电器和蓄电池，两个所述光伏组件通过第一双联继电器并联连接，所述第二双联继电器一端与光伏组件电连接，另一端与直流充放电控制器电连接，所述直流充放电控制器分别与逆变器和蓄电池电连接，所述逆变器与负荷电连接，所述第二双联继电器与直流充放电控制器设有DC/DC模块，DC/DC模块的正极输出端串联一个防反充二极管到直流充放电控制器。
作为本发明进一步的方案：所述两个所述光伏组件通过第一双联继电器串联连接，所述第二双联继电器一端与光伏组件电连接，另一端与DC/DC模块电连接，所述DC/DC模块与直流充放电控制器电连接。
作为本发明再进一步的方案：所述第一双联继电器和第二双联继电器的连接片跳动由电压控制。
作为本发明再进一步的方案：所述光伏组件电压为18V。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对设计配置的光伏组件的功率不变，将单个组件的功率减半，而组件的数量则增加一倍，通过***电路的重新配置和改变，在阳光减弱的条件下，增加组件的输出电压，使之保持对蓄电池充电的电压要求，采用简便易行的方法、简单的结构、低廉的成本，充分利用太阳能的弱光，将有效地改善当前光伏独立***的充电模式，适用于我国西部贫困地区和边防部队，游动的工作队伍。
光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置也可以应用到光伏并网发电的储能***中。
附图说明
图1为光伏发电储能***中光伏组件电压与蓄电池配置的现有技术的电路结构示意图。
图2为光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置的实施例1的电路结构示意图。
图3为光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置的实施例2的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图2，本发明实施例中，光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，包括光伏组件1、直流充放电控制器2、逆变器3、负载4、第一双联继电器5、第二双联继电器6和蓄电池，两个所述光伏组件1通过第一双联继电器5并联连接，用于改变组件的连接方式，当继电器的连接片与上位触点连接，两块组件的正极互相连接，负极互相连接，构成并联电路，所述光伏组件1电压为18V电压等级，满足对蓄电池充电要求，所述第二双联继电器6一端与光伏组件1电连接，另一端与直流充放电控制器2电连接，所述直流充放电控制器2分别与逆变器3和蓄电池电连接，所述逆变器3与负荷4电连接，所述第二双联继电器6与直流充放电控制器2设有DC/DC模块8（DC/DC模块8的功能是将在一定范围内波动的输入电压，通过模块，保持输出一个稳定的电压），光伏组件1并联连接时，使用DC/DC模块8将额外增加***损耗，因此，第二双联继电器6跳至上位触点，隔离DC/DC模块8，将光伏组件1的输出直接连到直流充放电控制器2，DC/DC模块8的正极输出端串联一个防反充二极管7到直流充放电控制器2，当***处于实施例1状态的时候，利用二极管单向导通的特性，阻隔了从光伏组件输出的正极通过DC/DC模块8内部电路到光伏组件输出的负极形成的回路，即避免光伏组件输出功率的损耗，同时也保护DC/DC模块8。
所述第一双联继电器5和第二双联继电器6的连接片跳动由电压控制，该电压可以取自任意一块组件的输出电压，当电压高于某一值的时候，继电器处于“常闭”，当组件电压达到或低于某一值，连接片跳动到 “常开”状态，电压值可根据发电***其他元器件的实际状态人为设置。
实施例2
请参阅图3，与实施例1不同之处在于，所述两个所述光伏组件1通过第一双联继电器5串联连接，总电压不大于直流充放电控制器2的最大输入电压，所述第二双联继电器6一端与光伏组件1电连接，另一端与DC/DC模块8电连接，所述DC/DC模块8与直流充放电控制器2电连接，第二双联继电器6的连接片跳动至下位，光伏组件1电压通过DC/DC模块8的降压作用，输出18V电压，连接到直流充放电控制器2，从而实现电路结构的变化，也保证***的正常工作。
本发明使用时，光伏发电***的组件功率配置，将原来一块组件的功率，分成两块组件，分成后的每块组件，功率减半，电压不变。对组件的数量增加但总功率不变，可以有两种方法实现，一是将36片高功率电池片用激光切割机切割成二等分，然后分别用36片电池片组装成两块电池组件；二是选择低效率电池片组装。方法一和方法二的原则是保证两块组件的总功率满足设计方案；两块组件之间增加装一个接线连接器（即双联继电器）或可以用任何具有同等功能的电子器件，接线连接器的动作采用组件电压控制，对组件进行串联和并联的控制，当太阳辐照度满足组件给蓄电池充电的电压要求时，组件构成并联电路；当阳光减弱，组件电压下降到一定程度，连接器根据采集的组件电压信号，通过接线连接器触点的跳动，驱动组件构成串联电路，提高组件的输出电压；当组件串联时，电压升高到组件电压的2倍，通过一个DC/DC 模块或用电子电压变换器或任何具有同等功能的电子器件，保持输出一个恒定的电压，以满足对蓄电池充电的电压要求。直流充放电控制器所具有的恒压充电方式，或恒流充电方式或者动态的电压和电流充电方式，都不在本发明所关注的范围以内；光伏组件在一定的光照条件下，其输出功率为P = I * V，因此，当组件从并联改变为串联时，总的输出功率的变化为电压升高一倍，电流减少1/2， P’=Δ1I *Δ2V，Δ1变动率和Δ2变动率反向且相等， P = P’总输出功率不变，而当通过DC/DC，把串联后的高电压降到18V连接到蓄电池充电的时候，根据功率恒定原理，充电电流将提高，大于串联电路的输出电流。而DC/DC的转换效率在95%以上，损耗很小。本发明充分利用每天早晚弱光条件下组件的发电量，将光伏发电***每天的有效充电时间延长1个小时以上，而在阴雨天中，实际的充电时间将长达数小时或一整天。尤其在冬季，由于太阳位于南半球，即使白天，对北半球的辐照量随着纬度升高而减少，也只有夏季的60-80%左右。冬季的夜长，用户对用电的需求更多。本发明的使用，将获得广泛的经济效益和社会效益；本发明所增加的费用，仅限于两个双联继电器,一个DC/DC模块和一个二极管，总的费用不到人民币150元，但是将获得光伏发电***25年的使用期间长久和稳定的经济效益，最大限度地满足用户的用电需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，包括光伏组件（1）、直流充放电控制器（2）、逆变器（3）、负载（4）、第一双联继电器（5）、第二双联继电器（6）和蓄电池，其特征在于，两个所述光伏组件（1）通过第一双联继电器（5）并联连接，所述第二双联继电器（6）一端与光伏组件（1）电连接，另一端与直流充放电控制器（2）电连接，所述直流充放电控制器（2）分别与逆变器（3）和蓄电池电连接，所述逆变器（3）与负荷（4）电连接，所述第二双联继电器（6）与直流充放电控制器（2）之间设有DC/DC模块（8），DC/DC模块（8）的正极输出端串联一个防反充二极管（7）到直流充放电控制器（2）。
2.根据权利要求1所述的光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，其特征在于，所述两个所述光伏组件（1）通过第一双联继电器（5）串联连接，所述第二双联继电器（6）一端与光伏组件（1）电连接，另一端与DC/DC模块（8）电连接，所述DC/DC模块（8）与直流充放电控制器（2）电连接。
3.根据权利要求1所述的光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，其特征在于，所述第一双联继电器（5）和第二双联继电器（6）的连接片跳动由电压控制。
4.根据权利要求1所述的光伏发电储能***中可变的光伏组件电压与蓄电池配置，其特征在于，所述光伏组件（1）的电压为18V。
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