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CN201349185Y - 一种利用太阳能自调整建筑发电系统 - Google Patents

一种利用太阳能自调整建筑发电系统 Download PDF

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CN201349185Y CNU2008201568943U CN200820156894U CN201349185Y CN 201349185 Y CN201349185 Y CN 201349185Y CN U2008201568943 U CNU2008201568943 U CN U2008201568943U CN 200820156894 U CN200820156894 U CN 200820156894U CN 201349185 Y CN201349185 Y CN 201349185Y
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Abstract

本实用新型涉及一种利用太阳能自调整建筑发电系统，包括光伏模块、DC/DC变换器、储能蓄电池、DC/AC变换器、输出变压器、互锁接触器组、发电与供电控制系统、外部供电线路；光伏发电模块与DC/DC变换器的输入端连接，DC/DC变换器由发电与供电控制系统通过DC/DC控制器1进行控制，将光伏发电板所发电能转换为输出电流电压均可调节、特性稳定的直流电；DC/DC变换器的输出分别与蓄电池以及DC/AC变换器或光伏逆变器的输入端进行连接；DC/AC变换器或光伏逆变器的输出端与单输入多抽头输出变压器的输入端相连接；而单输入多抽头输出变压器的输出端与互锁接触器组的输入端相连接。

Description

一种利用太阳能自调整建筑发电系统
技术领域
本实用新型涉及一种建筑发电系统，特别涉及一种利用太阳能自调整发电系统，属于新能源技术领域。
背景技术
作为一种清洁无污染能源，太阳能的利用越来越受到重视，80年代以来，欧洲、美国和日本等发达国家及国内先后开发了太阳能电源系统和太阳能照明系统。目前，针对建筑的太阳能利用主要集中在太阳能采暖以及储热方面，该种太阳能利用方式能量利用效率较低，而且需要大量的储热介质对能量进行存储，不利于能量的转换和有效利用。而直接针对建筑的太阳能光伏发电系统，目前主要集中在对辅助电源系统的供电，如公共照明标志等小功率场合。由于太阳能光伏电池板易受外部环境影响，其发电输出功率随着光照的变化输出功率变化也较大，常出现电力不足或者电力过剩，影响建筑用电电器的正常工作，这使得光伏太阳能发电系统给建筑供电带来了困难。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种利用太阳能自调整发电系统，该发电系统，对确定的建筑负载进行分路供电，将光伏供电为优先，在光伏能量不足的情况下通过控制系统对接触器组的动作(切换)控制，由外部电网对建筑内部负载供电。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：该发电系统包括太阳能光伏发电模块(1)、DC/DC变换器(2)、储能蓄电池(3)、DC/AC变换器或光伏逆变器(4)、单输入多抽头输出变压器(5)、互锁接触器组(6)、发电与供电控制系统(7)、外部供电线路(8)、控制器1、控制器2、控制器3、BMS控制器。
所述的建筑发电系统中，优先将光伏发电板所发电通过DC/DC模块转换为输出特性稳定的直流电，此时发电与供电控制系统根据光伏发电模块输出的功率以及发电与供电控制系统对光伏发电模块的功率需求控制DC/DC控制器1，给定DC/DC变换器的输出电压，实现对DC/DC变换器输出电流和电压的控制。BMS(电池管理系统)检测蓄电池电量(SOC)，并根据发电与供电控制系统的控制指令决定给蓄电池充电或者放电。
所述的建筑发电系统由多路输出，分别通过互锁接触器组(6)向用户供电。发电与供电控制系统根据光伏模块的发电量(与太阳照射有关)大小和蓄电池电量，确定向用户供电的变压器抽头路数。通过发电与供电控制系统(7)对互锁接触器组(6)的控制，确定建筑内供电的负载是否由光伏系统供电或是由外部电线路(8)供电。
所述的DC/DC变换器(2)具有可调电流输出和可调电压输出功能，输出电流或输出电压的控制指令由发电与供电控制系统(7)给定并控制。DC/DC变换器(2)输出电压可调，指令由发电与供电控制系统(7)给定并控制。对DC/DC变换器(2)的控制，具有两个功能，一是在蓄电池电量较满时恒压输出，实际上是直接通过DC/AC给负载供电；二是恒流输出，在不同的光照条件下，通过发电与供电控制系统(7)的寻优，确定光伏模块最佳发电效率控制参数，决定DC/DC变换器输出电流。
本实用新型的有益效果：通过检测光伏电池板的发电量和输出功率以及蓄电池的电量，通过控制光伏电池板的可调变压器抽头来实现光伏太阳能发电的最大效率工作；当光伏电池板的输出功率不足时，通过对接触器组的切换操作，实现由光伏发电供电到电网供电的转换，提高了系统的可靠性。
下面结合附图和实施例对本实用新型作比较详细的说明。
附图说明
图1为本实用新型的太阳能发电建筑系统图；
图2为本实用新型的太阳能发电系统的DC/DC变换器及其控制系统；
图3为本实用新型的太阳能发电系统的蓄电池及其管理系统；
图4为本实用新型的太阳能发电系统的DC/AC变换器及其控制系统；
图5为本实用新型的太阳能发电系统的发电与充电控制系统框图；
具体实施方式
参照图1，这是本实用新型太阳能发电建筑系统图。
如图所示，所述的光伏发电模块(1)与DC/DC变换器(2)的输入端连接，DC/DC变换器由发电与供电控制系统(7)通过DC/DC控制器1进行控制，将光伏发电板所发电能转换为输出电流电压均可调节、特性稳定的直流电。DC/DC变换器的输出分别与蓄电池(3)以及DC/AC变换器(或光伏逆变器)(4)的输入端进行连接。一方面，提供电能给蓄电池充电，该充电过程由发电与供电控制系统(7)通过BMS(电池管理系统)进行管理；另一方面，将直流电逆变为输出可以调节，频率为工频的交流电，此DC/AC变换器(或光伏逆变器)(4)也是由发电与供电控制系统(7)通过DC/AC控制器2进行调节和控制。DC/AC变换器(或光伏逆变器)(4)的输出端与单输入多抽头输出变压器(5)的输入端相连接；而单输入多抽头输出变压器(5)的输出端与互锁接触器组(6)的输入端相连接，此单输入多抽头输出变压器(5)的输出端抽头数以及互锁接触器组(6)均由发电与供电控制系统(7)控制。
参照图2，为本实用新型的太阳能发电系统的DC/DC变换器。
如图所示，DC/DC控制器采取全桥或者半桥变换电路，在本系统中，DC/DC变换控制器1通过控制DC/DC电路中开关的开通与关断，将直流电压逆变后经过变压器进行变压后在整流得到直流电压，即把光伏太阳能电池办所发电转换为输出电压可以调节的直流电。DC/DC变换控制器1受到发电与供电控制系统的控制。当电池容量较满时，DC/DC变换器工作在恒压输出模式，停止给蓄电池供电，直接将电能通过后端的DC/AC变换器传送给用电负载；另一种模式是发电与供电控制系统根据光照条件的不同引起的光伏电池的输出功率的变化进行寻优，确定光伏模块最佳发电效率控制参数，决定DC/DC变换器输出电流，此时DC/DC模块工作在恒电流输出模式。
参照图3，为本实用新型的太阳能发电系统的蓄电池及其管理系统。其中BMS电池管理系统通过连接在蓄电池上的电压传感器(比如霍尔传感器)检测蓄电池的电压，根据BMS系统中预先存储的蓄电池的放电特性曲线，得到目前蓄电池的SOC值，即可获得电池的电量。同时，BMS通过电池端的电流传感器(比如霍尔传感器)获得电池的充/放电电流，并将电流信息反馈给发电与供电控制系统。发电与供电控制系统根据BMS给定的电池SOC、充放电电流的状态，以及用电负载功率以及光伏电池的发电功率决定蓄电池的供电策略，并通过调节DC/DC控制器的给定输入来控制DC/DC变换器的直流输出电压，以实现对电池的充电控制。
参照图4，为本实用新型的太阳能发电系统的DC/AC变换器及其控制系统。
如图所示，逆变控制器2通过控制逆变桥的开关器件的闭合与关断，将前端DC/DC及蓄电池输出直流电转变为工频交流电，提供给后端的单输入多抽头输出变压器。单输入多抽头输入变压器将DC/AC变换器(光伏逆变器)的输入交流电变换成市电规格的交流电以供给用户。由于太阳能光伏发电系统受太阳光照的影响较大，其输出电压及功率的变化及波动范围很大，若直接通过DC/DC再到DC/AC直接供给用户一是增加了前端变换器的蓄能元件(如电感)的投入以及带来的转换效率低下及控制复杂等不利条件。通过简单地引入单输入多抽头输入变压器可以解决前面的问题。
参照图5，为本实用新型的太阳能发电系统的发电与充电控制系统框图。
如图所示，发电与供电控制系统通过充电与发电控制系统通过通信总线(包括CAN、485等)与系统中各分控制器(控制器1、控制器2、控制器3、BMS)相连接，接受各控制器对其子系统的检测信息，并通过控制率给出各控制器的控制指令，达到并实现整体系统的控制目的。其中互锁接触器组的控制器为控制器3，其由发电与充电系统控制，具体工作是通过接受发电与充电系统指令，按照指令将建筑用电负载接触器分别与电网或太阳能发电系统相连接，从而实现电能切换的功能。
虽然本实用新型已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本实用新型，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本实用新型，所以并非作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形都将落入本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (4)

1、一种利用太阳能自调整建筑发电系统，其特征在于：包括太阳能光伏发电模块(1)、DC/DC变换器(2)、储能蓄电池(3)、DC/AC变换器或光伏逆变器(4)、输出变压器(5)、互锁接触器组(6)、发电与供电控制系统(7)、外部供电线路(8)；
太阳能光伏发电模块(1)与DC/DC变换器(2)的输入端连接，DC/DC变换器由发电与供电控制系统(7)通过DC/DC控制器1进行控制，将光伏发电板所发电能转换为输出电流电压均可调节、特性稳定的直流电；DC/DC变换器的输出分别与蓄电池(3)以及DC/AC变换器或光伏逆变器(4)的输入端进行连接；DC/AC变换器或光伏逆变器(4)的输出端与单输入多抽头输出变压器(5)的输入端相连接；而单输入多抽头输出变压器(5)的输出端与互锁接触器组(6)的输入端相连接。
2、如权利要求1所述的自调整建筑发电系统，其特征在于：所述的系统分路供电，由光伏供电，在光伏能量不足时，通过接触器组的动作切换控制，由外部电网对建筑内部负载供电。
3、如权利要求1所述的自调整建筑发电系统，其特征在于：所述的DC/DC控制器，采取全桥或半桥式变换电路，通过控制DC/DC电路中开关的开通与关断，实现直流电压进行升压/降压变换。
4、如权利要求1所述的自调整建筑发电系统，其特征在于：所述的发电与供电控制系统，通过通信总线与控制器1、控制器2、控制器3、BMS相连接，接受各控制器对其子系统的检测信息，并通过控制率给出各控制器的控制指令。
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