[實用新型]一種家用光伏發電與市電協調供能系統

有效

• 申請號: 201320520848.8
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN203416040U
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 袁建華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02J7/35
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本實用新型一種家用光伏發電與市電協調供能系統，涉及光伏發電領域。

背景技術

光伏發電系統可分為獨立型和并網型。獨立型光伏發電系統一般安裝在邊遠或市電網難于覆蓋的地區，為附近負載提供基本的電能需求。由光伏電池板、控制器、蓄電池、逆變器（DC/AC電路）等組成。獨立型光伏發電系統中，為保證在極端惡劣天氣情況下對負載持續供電，系統必須配備蓄電池來調節電能。當日光充足時，光伏電池板輸出電能在滿足負載需求時還有多余電能，系統控制盈余電能給蓄電池充電并轉化為化學能貯存起來；當在夜晚或陰雨天等極端惡劣天氣情況下，光伏電池板不能為負載提供足夠的能量，系統控制蓄電池放電補足負載所需要的電能以保證負載工作穩定。并網型光伏發電系統通過光伏并網逆變器與市電網相連，在市電網的強力支撐下為負載提供持續可靠電能。當日光充足時，光伏電池板產生的盈余電能通過逆變器單位功率因數并網，即電能轉變為與市電網電壓同頻、同相的交流電后輸入市電網，此時市電網相對光伏發電系統可看作一個無窮大負載；當在夜晚或陰雨天等極端惡劣天氣情況下，負載所需的差額電能，由逆變器工作在可逆模式即整流狀態后通過市電網獲取，此時市電網相對光伏發電系統可看作一個無窮大電源。目前，并網型光伏發電系統由于光伏電源出力的隨機和波動性，對市電網還會造成較多負面影響，需要得到供電公司的審核批準，同時系統核心器件——光伏并網逆變器成本和技術要求較高，因此在技術和設備配套及實施上存在諸多不便和阻力。

而采用獨立型光伏發電系統與市電網一起協調為后級負載供電，由于供電時光伏電源和市電網是相互隔離的，僅把市電網作為一個備用電源使用，不會引起光伏電源倒送電能到市電網。這種獲取電能的方式與平常情況下家庭負載從市電網獲取電能的方式沒有任何區別。采用獨立型光伏發電系統與市電網一起協調為家庭負載供電，既能減少獨立型光伏發電系統中蓄電池的容量，降低蓄電池建設成本；又能極大地提高系統的供電可靠性；同時光伏發電系統與市電網完全電隔離，從而杜絕了光伏電源對市電網的消極影響。

切換裝置為協調供電系統的關鍵設備。光伏發電系統與市電網作為兩種備選電源一起接入切換裝置輸入端，后級家庭負載通過切換裝置來優化選取合適的供電電源，從而實現對供電電源二選一的功能。由于光伏電源相對于市電網具有不需要燃料的極大優勢，在充分利用光伏發電的條件下，光伏發電與市電切換裝置工作原理為：光伏發電系統能量供應充足的時候，切換裝置選擇光伏電源為家庭負載供電，此時光伏電池板發出直流電給蓄電池充電，并把直流電送給離網逆變器，經逆變為交流電后為家庭負載供電；光伏發電系統能量不足的時候，切換裝置選擇市電網為家庭負載供電，此時光伏發電系統與家庭負載斷開，光伏電池板發出直流電為蓄電池補充電能，當蓄電池荷電狀態補足到一定要求時自動切回到光伏電源供電。

光伏發電與市電切換裝置傳統應用于太陽能路燈、庭院燈等小型系統，其規模容量都比較小，切換裝置和控制器安裝在一起，各種光伏發電系統的運行狀態信息等易于獲得和使用。同時市電經整流器直接接入光伏發電系統。當檢測到蓄電池過放或者能量不足時，控制市電經過整流器為蓄電池充電，并經逆變器逆變后為家庭負載供電；當檢測到蓄電池滿充時，控制市電停止經過整流器為蓄電池充電。實質上傳統切換裝置只是一個可控的市電經光伏發電供能系統，市電經整流器整流后再經逆變器逆變，當其為家庭負載提供電能時需要經過兩級電能轉換，整體效率下降不少，同時增添的整流設備也增加了系統建設成本。

目前，城鎮小區（樓房）住戶安裝的光伏發電系統還出現了太陽能路燈等小型系統沒有的新特點和新問題：光伏電池板式一般安裝在樓頂，由于直流端電壓較低，為了降低線損，蓄電池和離網逆變器等主要部件均配置在離光伏電池板較近的地方。家用光伏發電系統大多在已有的市電入戶基礎上增添，同時為了接線和使用方便，光伏發電與市電切換裝置一般安裝在住戶門前的配電箱內。進而出現了以下新問題：由于切換裝置遠離光伏發電系統主要部件，若切換裝置依靠傳統蓄電池過放保護來實施切換，由于遠距離傳輸電壓衰減較大。當通過通訊手段把光伏發電系統的實時運行狀態尤其是蓄電池荷電狀態傳遞給切換裝置時，不僅需要復雜的通訊技術，同時還要增設通訊線路，成本增加不少。依靠蓄電池過放保護來實施切換，即在切換裝置端檢測不到光伏逆變器電壓輸入的時候，才被迫切換到市電，切換過程時間長，導致居民家庭負載有停電感，同時蓄電池過放保護會引起開關跳開，需要居民爬上樓頂進行手工干預，給居民用電帶來了不便。