[發明專利]獨立光伏?燃料電池?回收動力電池聯合發電儲能系統

在審

• 申請號: 201710524834.6
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107196418A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 張財志;黃志宇;謝志龍;劉明濤;周俊;石浩楠;許振宇;張效民
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J7/35;H02J9/06
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于發電儲能領域，涉及一種獨立光伏-燃料電池-回收動力電池聯合發電儲能系統。

背景技術

我國有漫長的海岸線、島、孤立山峰和沙漠地帶，從地理和自然條件看，這些獨特的環境大部分都遠離電網覆蓋區，其孤立的地理位置，很難實現電網覆蓋。缺少電力、淡水和燃料供應，嚴重影響了其生活和生產。若在這些地區采用傳統的柴油機發電方式，就會存在噪音大、污染環境、油料補給困難、補給時間長、補給成本高等諸多問題。而對于采取輸電線路的方式，則存在輸電距離遠，輸電成本高、電能消耗大等缺點，同時電纜監測和維修困難。

為了解決以上問題，利用當地的可再生能源是最好的解決方案。若建立光伏發電站，采用大容量蓄電池組儲能，由于蓄電池組的工作環境惡劣，壽命較短，需要頻繁地更換蓄電池組。若采用光伏/燃料電池/蓄電池聯合裝置，其中光伏發電除供負荷和蓄電池外，多余電能還能用來電解水制氫氣并儲存；當光伏蓄電池不能提供電能時，再利用儲存的氫氣供燃料電池發電。這樣一種聯合發電系統不僅可以提高能源利用率，減少化石燃料消耗，降低大氣污染，而且可以提供有全天候不間斷的電力供應。此外，我國電動汽車的高速發展，形成了成熟的動力電池產業群，但是如何回收廢舊的動力電池成為急需解決的重大問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種獨立光伏-燃料電池-回收動力電池聯合發電儲能系統。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

獨立光伏-燃料電池-回收動力電池聯合發電儲能系統，包括光伏電池模塊、質子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)電解模塊、PEM燃料電池模塊、蓄電池、數據采集和能量管理系統、四個DC/DC變換器、直流母線、導線；

所述光伏電池模塊包括光伏電池陣列、最大功率點跟蹤太陽能(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制器；所述光伏電池模塊通過所述MPPT控制器使所述光伏電池陣列始終處于最大功率輸出狀態；

所述PEM電解模塊包括PEM電解槽、儲氫裝置；所述儲氫裝置用于存儲所述PEM電解槽電解水產生的氫氣，并裝有壓力傳感器檢測裝置內的壓力；

所述PEM燃料電池模塊利用所述儲氫裝置中提供的氫氣和外界的空氣，將化學能轉化為電能；

所述蓄電池用于存儲光伏電能或者提供負載電能；

所述光伏電池模塊、PEM電解模塊、PEM燃料電池模塊、蓄電池分別通過一所述DC/DC變換器連接在所述直流母線上，將不穩定的直流電提升或降低為穩定的直流電，用于穩定直流母線上的電壓，并通過繼電器控制電源模塊的接入和斷開；所述PEM電解槽將所述光伏電池陣列，除供給負載以外剩余的電能用于電解水制氫儲能于所述儲氫裝置中；

所述數據采集和能量管理系統采用單片機或可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)實現智能控制，通過接收電壓傳感器和電流傳感器的實時數據，實現不同工作模式，用于檢測系統各功能單元運行參數，并通過顯示系統實時顯示工作狀態。

進一步，所述工作模式包括日間模式、夜間模式、連續陰雨天模式；

所述日間模式為采用所述光伏電池模塊供電；在光照強度足夠強的白天，所述聯合發電儲能系統的輸出功率大于負載功率，所述光伏電池模塊輸出功率向負載供電，剩余電能向所述蓄電池充電，當充電電流足夠或蓄電池充滿，所述PEM電解模塊利用多余電流進行電解制氫，若所述儲氫裝置中的壓力達到上限，則停止電解制氫；

所述夜間模式為采用所述光伏電池模塊和所述蓄電池協同供電；在光照不足的白天和夜間，太陽能供應不足，由在日間模式下充滿電能的蓄電池協同光伏電池模塊向負載提供電能，此時不制氫；

所述連續陰雨天模式為采用所述PEM燃料電池模塊供電；在連續陰雨的天氣，太陽能和蓄電池均供應不足，無法為負載提供足夠電能，此時釆用所述PEM燃料電池模塊完全供電的方式向負載提供電能；一旦有微弱光能，則蓄電池進行充電。

進一步，所述光伏電池模塊、PEM電解模塊、PEM燃料電池模塊、蓄電池線路上都安裝有一電壓傳感器和一電流傳感器，所述電壓傳感器和電流傳感器的信號通過通信總線傳輸給所述單片機或PLC，經過處理運算后根據所設計的控制邏輯通過繼電器來控制電源模塊的接入和斷開，并通過LCD顯示屏實時顯示工作狀態。

進一步，所述工作模式判斷方法為：