[發明專利]一種低成本、超長壽命的太陽能負載蓄電系統

有效

• 申請號: 201310395890.6
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103414234A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 李洪強
• 申請（專利權）人: 李洪強
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 何為;袁穎華

技術領域

本發明涉及一種低成本、超長壽命需要面對高頻次充放電的蓄電系統，特別適用于各類以太陽能作為能源的常用負載。

背景技術

太陽能光伏應用屬于間歇能源利用，很多情況下需要與之配套的蓄電系統。各種以太陽能作為能源的常用負載，下面以太陽能燈具進行說明，各類太陽能燈具（太陽能路燈、草坪燈、微光照明燈、景觀燈等）均要設置蓄電系統，滿足白天光伏板發電、充電，晚間放電的使用需求。

作為太陽能燈具四大核心部件（太陽能光伏板、照明燈具、蓄電系統及控制系統）之一的蓄電系統直接決定了太陽能燈具的使用壽命，因為其它三大部件壽命（燈具選擇LED）均超過10年，而蓄電系統的壽命目前只有1-2年。

太陽能燈具蓄電系統的壽命，直接受到蓄電系統設計的影響。目前與太陽能路燈配套的蓄電系統均是由單一品種的蓄電池（常用的有鉛酸、鎳鎘、鎳氫）串、并聯構成，滿足蓄電以及放電需要，且以鉛酸蓄電池為主。雖然鉛酸電池容量高，成本低，但其充放循環次數過少，80%DOD（DOD,放電深度）時為400次，通常1-2年必須更換蓄電池組，大大降低了太陽能路燈的使用壽命。蓄電池組占整體燈具成本的25-30%，進而促使太陽能路燈蓄電池組的維護費用大大增加。目前鋰離子電池以及超級電容（一種新型儲能裝置，包括雙層電容器和贗電電容兩種，充放電循環次數為3-10萬次），幾乎無記憶效應，充放電循環次數非常大，但是價格非常昂貴，經濟上無法承受。因此整個蓄電系統采用鋰離子或者超級電容，目前尚不可行。

在容量設計方面，往往根據當地晴雨天數進行設計，如1:2晴雨天數，則設計容量為夜間用電量的3倍（即，一天發電用三天）。假如連續三天晴天，則太陽能利用率則僅為30%，如果連續晴天數增加，則利用率會更低；反而如果連續3天非晴天，則蓄電系統電力枯竭，發生燈不亮事故。

整體而言，目前各種以太陽能作為能源的負載裝置的蓄電系統存在壽命短、太陽能利用率低、無太陽輻照時工作時間短等諸多問題，既有的蓄能設計無法解決上述問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有各類太陽能負載的蓄電系統設計普遍面臨的尚無有效解決辦法的較短壽命、較低太陽能一次能源利用率、無太陽能輻照時工作時間短等諸多問題，提供一種全新理念的低成本、超長壽命的太陽能負載蓄電系統。實現了較低成本前提下，大幅提高太陽能一次能源利用率，而且實現了太陽能負載蓄電系統的超長使用壽命，與傳統蓄電設計比較，本發明的蓄電系統壽命提高3-10倍。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種低成本、超長壽命的太陽能負載蓄電系統，連接有太陽能光伏板及至少一負載，滿足電能存儲與釋放需求。其特點是，該蓄電系統采用小容量的緩沖蓄電單元（滿足高頻次的充放電需求）和大容量的主蓄電單元（用于周期間隔較長的充放電需求）構成的雙蓄電模塊，且該主蓄電單元采用階梯緩沖漸變式設計。

上述緩沖蓄電單元采用無記憶效應、充放電循環次數為1000-2000次的鋰離子電池組或充放電循環次數為3-10萬次的超級電容器，上述主蓄電單元采用有記憶效應、充放電循環次數僅400-700次的鉛酸蓄電池組、鎳鎘蓄電池組或鎳氫蓄電池組。如此，當白天有太陽輻照時，太陽能光伏板發電，向鋰離子電池組（或超級電容器）構成的緩沖蓄電單元充電，同時緩沖蓄電單元向主蓄電單元（鉛酸或氫鎘或氫鎳電池組）進行充電。晚上照明燈具需要電力驅動進行照明時，則由緩沖蓄電單元提供電力，主蓄電單元繼續保持充電狀態。一旦遇到連續陰雨天，則主蓄電單元向緩沖蓄電單元快速充電，充滿緩沖蓄電單元。因此，借助無記憶效應、循環次數壽命高的緩沖蓄電單元完成了高頻的充放電過程，而主蓄電單元則大大降低了充放電的周期，大幅提高了蓄電系統整體使用壽命。

上述緩沖蓄電單元與主蓄電單元的容量根據地區不同而不同，可以采用精細、粗糙兩種配比計算方法。其中，精細計算方法為：在一定地區范圍內，主蓄電單元容量+緩沖蓄電單元容量=三年內最長連續陰雨天內的負載總耗電量，緩沖蓄電單元的容量=一天內負載總耗電量×｛（上一年內陰天數/上一年內晴天數）+1.2｝。