CN110752621A - 一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***及方法，包括光伏组件、组件输出集成模块和汇流箱/逆变器，光伏组件将直射光进行光电转化后的电能传输至组件输出集成模块，经组件输出集成模块将杂散光以及非太阳光电性自行切换，独立输出至汇流箱/逆变器至电网或用户。本发明采用旁路自动监测、电压电流监测、电量存管、***保护、自动切换电能质量控制方式可有效解决光伏组件及电站***无法做到全天候发电的问题；并能够在标准光照和非标准光照条件下自动根据电性自行切换，实现杂散光和直射光发电切换且有效对外输出。

Description

一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***及方法
技术领域
本发明属于光伏组件发电***，具体涉及一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***及方法。
背景技术
目前光伏组件以及电站***均采用常规固定的模式以固定角度或可变角度安装方式吸收太阳光，转换太阳光为电能输出，主要依靠的是自然光照在接近标准光照条件下的情况进行发电和输出，输出端为常规接线盒，起到组件之间串并联的作用以及组件和用电端或输出端连接的作用。因此总结为，目前的光伏组件通过配备的接线盒组成一个整体光伏发电端，根据需要进行串并联后对外连接至汇流箱或逆变器或蓄电池或用电端，技术处于常规标准条件。
目前技术的主要问题和缺点如下：
1)光伏组件在阴雨天或者光照弱的条件下，光伏组件及电站无法有效实现对外输出，***停止工作。
2)光伏组件主要依靠直射光实现主要的光电转化，杂散光以及非太阳光条件下无法实现电力输出，导致***无法正常工作。
3)光伏电站***发电效能因为光照条件限制而较低。
4)光伏组件串并联后，由于破裂或功效变低情况下无法实现有效旁路。
5)光伏电站无法实现全天候光照条件下的发电输出。
6)目前电站缺乏优化集成模块，解决旁路、以及电能存管输出问题。
7)光伏用电端、汇流箱或逆变器无法在低光照条件下得到启动，***无法有效工作。
8)旁路保护管理模式缺失，电站异常情况下安全系数低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力输出集成模块及全天候光伏发电***，采用光伏组件输出端集成模块化设计，考虑到目前技术及应用缺陷，采用旁路自动监测、电压电流监测、电量存管、***保护、自动切换电能质量控制等模块可有效解决光伏组件及电站***无法做到全天候发电的问题；并同时能在标准光照和非标准光照条件下自动根据电性自行切换，实现杂散光和直射光发电切换且有效对外输出；同时可以有效解决组件在电站***中故障条件下实现自动旁路，以及再组件阴影条件下收到发电输出影响也可自动实现低效组件的旁路，从而提升组件以及电站***的安全系数。
此外本发明集成模块配置有储能装置，电能的监控调制和输出得到稳定释放，从而在集成到电站***时对汇流箱以及逆变器等的影响最小，实现***效率的最大化。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
根据本发明提供的一个实施例，本发明提供了一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***，包括：
光伏组件，用于依靠直射光实现光电转化；
组件输出集成模块，用于在标准光照和非标准光照条件下将杂散光以及非太阳光电性自行切换，实现杂散光和直射光发电切换，并对外输出实现全天候发电；
汇流箱/逆变器，用于将组件输出集成模块输出的电能进行汇集，输出至电网或用户；
所述光伏组件将直射光进行光电转化后的电能传输至组件输出集成模块，经组件输出集成模块将杂散光以及非太阳光电性自行切换，独立输出至汇流箱/逆变器至电网或用户。
优选的，所述组件输出集成模块包括连接集成模块输入端的电能输出比较器,电能输出比较器另一端连接比较选择开关，比较选择开关分别连接低能收集变换模块、旁路二极管或输出变换模块，低能收集变换模块输出端依次接选择关断开关和控制开关，选择关断开关接有过渡蓄电池，控制开关接输出变换模块，输出变换模块的输出端分别接比较选择开关和组件输出集成模块输出端。
优选的，所述过渡蓄电池的一端接地；所述旁路二极管的一端接地。
优选的，光伏组件输出正负极引线直接与光伏组件输出集成模块在光伏组件背面相连接固定后，将光伏组件串并联后，将其与光伏汇流箱/逆变器进行对应端口连接后接入电网用户端。
本发明进而给出了一种电力输出集成模块和全天候光伏发电方法，包括如下步骤：
1)光伏组件通过集成模块输入端接入电能输出比较器，根据输出电流电压时时值进行归类比较，触发比较选择开关进行对应电路功能方向的连通；
2)当光照或发电条件处于常规标准时，比较选择开关根据该情况下的电压电流值接通到集成模块输出端，进而实现直接与汇流箱/逆变器的连通，***正常工作；
3)当光伏组件***处于非标准光照条件下时，电能输出比较器根据电压电流值比较选择开关连接低能量收集变换集成模块，通过选择关断开关实现对过渡蓄电池的能量充入；过渡蓄电池内电能通过变换与汇流箱/逆变器连通，把过渡蓄电池中的电能转换转移到电网或用电端；
4)当光伏组件及组件***中某部分异常状态时，电能输出比较器根据负载电压值触发比较选择开关和旁路二极管支路连通，从而实现该异常组件部分的旁路导通。
优选的，所述步骤3)中，选择关断开关进一步实现对输出变换模块的关断保护，过渡蓄电池控制开关根据电压值进行接通，与组件输出集成模块连接。
优选的，所述步骤2)中，光照或发电条件处于常规标准时的电压电流值为组件标称值50％～100％。
优选的，所述步骤3)中，光伏组件***处于非标准光照条件下时，电压电流值低于标称值的60％。
优选的，所述步骤4)中，光伏组件及组件***中某部分异常状态时，负载电压值低于标称电压的40％。
本发明的有益效果在于：
1.直射光、杂散光和非阳光所搜集能量切换取决于光强，光伏组件在阴雨天或者光照弱的条件下，光伏组件及电站无法有效实现对外输出，***停止工作方面，本发明采用低功耗比较分流模块实现低能量的暂存，同时集成独立蓄电池方式以及控制转化模块实现间断性的对外输出，从而实现阴雨天或光照不足情况下***的连续工作。
2.光伏组件主要依靠直射光实现主要的光电转化，杂散光以及非太阳光条件下组件光电流以及电压受到影响较大，波动剧烈，对此，本发明采用组件输出集成模块进行分流集成稳压，控制光伏电能波动导致的无法输出问题。
3.光伏电站***发电效能因为光照条件限制而较低，本发明在采用独立输出和储能转换模块后，光伏电站在不同光照条件下均可实现正常对外供电，从而提升电站***效率，同时实现光伏组件及电站的全天候发电输出。
4.光伏组件串并联后，由于破裂或功效变低情况下无法实现有效旁路，本发明采用旁路二极管进行时时检测，当组件趋于负载时，二极管导通即可旁路该故障组件。
5.光伏用电端、汇流箱或逆变器无法在低光照条件下得到启动，***无法有效工作，本发明采用中间储能电池及输出变换模块，实现储能电池中电能的对外放大输出，使其符合汇流箱及逆变器的启动工作条件，进而时间整个光伏电站***的有效工作。
6.旁路保护管理模式缺失，电站异常情况下安全系数低，本发明集成输出模块中具有时时输入监控功能，从而可实现三个方向的电能分流转移，实现正常电网供电、储能供电以及旁路切换等功能。
附图说明
图1为全天候光伏发电***结构示意图；
图2为组件输出集成模块结构图；
图3为光伏组件及输出集成模块侧视图及背视图。
图中：1、光伏组件；2、组件输出集成模块；3、汇流箱/逆变器；4、电能输出比较器；5、比较选择开关；6、低能收集变换模块；7、输出变换模块；8、旁路二极管；9、过渡蓄电池；10、选择关断开关；11、控制开关；12、集成模块输出端；13、集成模块输入端；14、输出引线；15、光伏组件测试边框；16、光伏组件输出集成模块；17、背板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的电力输出集成模块及全天候光伏发电***，包括如下***模块：光伏组件1、组件输出集成模块2和汇流箱/逆变器3，其中，若干个光伏组件1分别连接一个组件输出集成模块2，各组件输出集成模块2分别连接到汇流箱/逆变器3，汇流箱/逆变器3连接到电网或用户端。
光伏组件，用于依靠直射光实现光电转化；组件输出集成模块，用于在标准光照和非标准光照条件下将杂散光以及非太阳光电性自行切换，实现杂散光和直射光发电切换，并对外输出实现全天候发电；汇流箱/逆变器，用于将组件输出集成模块输出的电能进行汇集，输出至电网或用户。光伏组件将直射光进行光电转化后的电能传输至组件输出集成模块，经组件输出集成模块将杂散光以及非太阳光电性自行切换，独立输出至汇流箱/逆变器至电网或用户。
如图2所示，组件输出集成模块2包括电能输出比较器4,电能输出比较器4一端连接集成模块输入端13，另一端连接比较选择开关5，比较选择开关5连接低能收集变换模块6、旁路二极管8或输出变换模块7，旁路二极管8另一端接地；低能收集变换模块6输出端依次接选择关断开关10和控制开关11，控制开关11接输出变换模块7的输入端，输出变换模块7的输出端分别接比较选择开关5和组件输出集成模块输出端12；其中，选择关断开关10接有过渡蓄电池9，过渡蓄电池9另一端接地。
如图3所示，本发明整个***的实施过程如下：
光伏组件1输出正负极引线直接与光伏组件输出集成模块16在光伏组件的背板17相连接固定后，通过光伏组件输出集成模块16的输出引线14进行光伏组件之间的串并联，将其与光伏汇流箱/逆变器3进行常规对应端口连接后接入电网用户端，实现***搭建。其中15为光伏组件测试边框。
其中，光伏组件输出集成模块16内部结构示意图可简化为2组件输出集成模块，内部功能实现结果如下：
1)光伏组件正负极引线通过集成模块输入端13接入电能输出比较器4，该比较器根据输出的电流电压时时值进行归类比较后，触发比较选择开关5进行对应电路功能方向的连通。
2)当光照或发电条件处于常规标准状况下时，比较选择开关5会根据该情况下的电压电流值接通到集成模块输出端12，进而实现直接与汇流箱/逆变器3的连通，***正常工作。常规标准时的电压电流值为组件标称值50％～100％。
3)当光伏组件1组成的***处于非标准光照条件下时，电能输出比较器4根据电压电流值出发比较选择开关5连接低能量收集变换集成模块6，该模块为集成设计模块，采用极低功耗理念设计实现非标情况下的电能调制，然后通过选择关断开关10实现对过渡蓄电池9的能量充入，同时选择关断开关10还可实现对输出变换模块7的关断保护，过渡蓄电池9能量达到一定量值后控制开关11会根据电压值进行接通，实现输出变换模块7的连接，该模块会将过渡蓄电池9内电能通过变换，使其组件汇流箱/逆变器3的工作需求，把过渡蓄电池9中的电能转换转移到电网或用电端。非标准光照条件下时，电压电流值低于标称值的60％。
4)当光伏组件1及组件***中的某一部分处于异常状态下，电能输出比较器4会根据自身所承受的负载电压值会触发比较选择开关5和旁路二极管8支路连通，从而实现该异常组件部分的旁路导通，避免火灾及***故障的发生，提升***安全系数。***中某部分异常状态时，负载电压值低于标称电压的40％。
光伏组件在阴影遮挡或者故障等情况下，组件会出现热斑效应，即组件发热或局部发热，热斑处电池片受到损伤，降低组件功率输出甚至导致组件报废，严重降低组件的使用寿命，对电站发电等安全造成隐患。旁路二极管8起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从旁路二极管流出，使太阳能发电***继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。由于旁路二极管是并联方式连接，常态下二极管处于反向截至状态，当组件表现出负载特性时，两端电压升高，二极管处于正向加压状态，即可导通，从而实现旁路作用，起到保护作用。
以上三种情况下可包括了常规标准光照以及非标光照和异常情况在内的全天候电站***发电情况，针对这三种情况下，***均分类正常实现光伏发电的输出，从而可实现全天候光伏发电电站***功能，大幅拓展了光伏电站的应用周期和效率。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***，其特征在于，包括：
光伏组件，用于依靠直射光实现光电转化；
组件输出集成模块，用于在标准光照和非标准光照条件下将杂散光以及非太阳光电性自行切换，实现杂散光和直射光发电切换，并对外输出实现全天候发电；
汇流箱/逆变器，用于将组件输出集成模块输出的电能进行汇集，输出至电网或用户；
所述光伏组件将直射光进行光电转化后的电能传输至组件输出集成模块，经组件输出集成模块将杂散光以及非太阳光电性自行切换，独立输出至汇流箱/逆变器至电网或用户。
2.根据权利要求1所述的一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***，其特征在于，所述组件输出集成模块包括连接集成模块输入端的电能输出比较器,电能输出比较器另一端连接比较选择开关，比较选择开关分别连接低能收集变换模块、旁路二极管或输出变换模块，低能收集变换模块输出端依次接选择关断开关和控制开关，选择关断开关接有过渡蓄电池，控制开关接输出变换模块，输出变换模块的输出端分别接比较选择开关和组件输出集成模块输出端。
3.根据权利要求2所述的一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***，其特征在于，所述过渡蓄电池的一端接地；所述旁路二极管的一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种电力输出集成模块和全天候光伏发电***，其特征在于，光伏组件输出正负极引线直接与光伏组件输出集成模块在光伏组件背面相连接固定后，将光伏组件串并联后，将其与光伏汇流箱/逆变器进行对应端口连接后接入电网用户端。
5.一种电力输出集成模块和全天候光伏发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)光伏组件通过集成模块输入端接入电能输出比较器，根据输出电流电压时时值进行归类比较，触发比较选择开关进行对应电路的连通；
2)当光照或发电条件处于常规标准时，比较选择开关根据该情况下的电压电流值接通到集成模块输出端，进而实现直接与汇流箱/逆变器的连通，***正常工作；
3)当光伏组件***处于非标准光照条件下时，电能输出比较器根据电压电流值比较选择开关连接低能量收集变换集成模块，通过选择关断开关实现对过渡蓄电池的能量充入；过渡蓄电池内电能通过变换与汇流箱/逆变器连通，把过渡蓄电池中的电能转换转移到电网或用电端；
4)当光伏组件及组件***中某部分异常状态时，电能输出比较器根据负载电压值触发比较选择开关和旁路二极管支路连通，从而实现该异常组件部分的旁路导通。
6.根据权利要求5所述的一种电力输出集成模块和全天候光伏发电方法，其特征在于，所述步骤3)中，选择关断开关进一步实现对输出变换模块的关断保护，过渡蓄电池控制开关根据电压值进行接通，与组件输出集成模块连接。
7.根据权利要求5所述的一种电力输出集成模块和全天候光伏发电方法，其特征在于，所述步骤2)中，光照或发电条件处于常规标准时的电压电流值为组件标称值50％～100％。
8.根据权利要求5所述的一种电力输出集成模块和全天候光伏发电方法，其特征在于，所述步骤3)中，光伏组件***处于非标准光照条件下时，电压电流值低于标称值的60％。
9.根据权利要求5所述的一种电力输出集成模块和全天候光伏发电方法，其特征在于，所述步骤4)中，光伏组件及组件***中某部分异常状态时，负载电压值低于标称电压的40％。
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