CN103094977A - 光伏分配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏分配系统，包括一组光伏电池板，还包括蓄电池以及控制装置，其中所述控制装置包括串并联切换电路，用于该组光伏电池板输出充电的并联状态与输出用电的串联状态的切换，且包括用于检测蓄电池电量的检测装置，以在检测值低于设定值时，切换为并联状态对蓄电池充电。依据本发明能够有效提高光伏利用率。

Description

光伏分配系统

技术领域

本发明涉及一种光伏应用设备，主要应用对象是家庭或者其他小规模光伏发电的场合，属于独立运行的光伏。

背景技术

光伏(PV or photovoltaic)是太阳能光伏发电系统(photovoltaic power system)的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。

公知的，光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算器提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。

独立运行的光伏在很多时候不是单纯的使用一块电池板，更多的时候是一组电池板串联使用，使用原理和应用领域均受到很大限制。

并且目前绝大多数光伏发电系统，包括独立运行的光伏发电系统将发出的直流电通过逆变器变成交流电后向外输出，这过程中既增加了转换环节的电量损耗，又增加了发电设备的投入，这对想方设法降低发电成本、提高发电效率的光伏发电系统来说难以承受的。

发明内容

因此，本发明的目的在于能够有效提高光伏利用率的光伏分配系统，用于独立运行的光伏。

本发明采用的技术方案为：

一种光伏分配系统，包括一组光伏电池板，还包括蓄电池以及控制装置，其中所述控制装置包括串并联切换电路，用于该组光伏电池板输出充电的并联状态与输出用电的串联状态的切换，且包括用于检测蓄电池电量的检测装置，以在检测值低于设定值时，切换为并联状态对蓄电池充电。

从上述方案可以看出，区分于常规的通过串联方式并采用逆变方式驱动负载的一般应用，本发明采用串并联转换的方式并结合蓄电池以提高光伏利用率。串联的电池组两端的电压等于所有电池板的电压和，而并联的电池组的驱动电压为单块电池板的输出电压（并联要求采用输出电压一致的电池板），从而，在相对高压状态时也就是并联状态提供负载供电，提高电压级别，降低线损。而在相对低压状态时，对应地，功率一定的情况下，电流增大，能够对完成快速充电，从而在蓄电池充电状态时对其他负载的影响减小。另一方面，显然光伏电池板主要用于白天发电，晚上靠蓄电池驱动负载，蓄电池处于驱动侧，匹配连接光伏的线路比较短，线损可以忽略。因而，依据上述方案，消除了逆变所带来的损耗，直接采用串并联方式提供驱动电压，大大提高了能源的利用率。

上述光伏分配系统，所述控制装置输出用电的电路有多支，对应地，该控制装置还配有用于检测不用电电路使用状态的传感器，以在较高优先级用电电路处于使用状态时，且总供应电量低于总使用电量时，截止低优先级用电电路。

上述光伏分配系统，用于对蓄电池充电的电路含有手动开关。

上述光伏分配系统，还配有接入交流电网的开关，以在该系统总功率不足时，接入外接电源。

上述光伏分配系统，所述切换电路为开关电路，除首尾光伏电池板外，每一光伏电池板的一对输出电缆其一配有用于转换连接主电路与相邻光伏电池板的转换开关，另一则设有连接于主电路的动断开关，首尾光伏电池板一块一电缆设有连接对应主电路的动断开关，另一块一电缆匹配设有转换开关，从而在所述串联状态时，通过转换开关使光伏电池板顺次连接，并通过头尾光伏电池板接入主电路。

上述光伏分配系统，所属光伏电池板的的数目为8。

附图说明

图1为依据本发明的一种串并联转换结构示意图。

图2为一种光伏分配系统的结构原理图。 

具体实施方式

应当理解，大部分的家用电器都是可以直流驱动的，如电热水器、电炉、灯具、电视等，诸如家用电脑这样的设备，稍加改造也可以使用直流电，毕竟电脑上的主要元器件都是直流驱动的。因此，单纯的家用或者一般的独立运行的光伏提供直流驱动是可行的。

一个层面的目的是通过对多组光伏电池板电路的动态组合，在不使用逆变器的情况下，实现光伏发电利用的最大化，从而减少逆变器造成的功耗和资金投入，并将光伏电站发出的电能合理分配、充分利用，尽可能减少电站空转。

通过多块光伏电池板或者以系统为单元同时使用，相互并联形成系统组，相互调剂富余的光伏电能，实现光伏利用的最大化。

一个层面的目的是针对不同用电器和储电器的需求，分别设定用电优先权，自动输送多组不同的电流和电压。

原理：根据每块光伏电池板的电压和电流，依据用电需求，分别依靠系统，自动采取串联或并联的方式，匹配出合适的直流电电源参数，在输出端还可以通过分压方式进行对应用电设备的适配。另一层面根据用电优先权的级别，保证优先权级别较高的电器设备首先能够正常使用。

如图2所示的光伏分配系统，其负载如LED灯、电视机、个人计算机、电热水器，成为输出用电侧，而蓄电池构成一定情况下的电源，如晚上，未储能侧。

其包括一组光伏电池板，在图2中改组光伏电池板通过光伏智能分配系统进行分配，实际为光粉分配系统的控制部分，也就是控制装置，这里把检测部分也纳入到控制装置部分，如检测蓄电池电量的传感器，用电电路是否有电流流过的传感器等。

图1则给出了一种具体的纯粹由开关构成的切换结构，其自身可以整体封装构造为一个开关模块。也可以配置其他的开关电路实现串并联的切换。

其侧重点在于串并联的切换，无论哪种状态，其输出功率基本不变，所改变的是输出电路和输出电压，针对不同的应用，使用不同的制式，提高匹配性，从而减小单一模式下的变换所造成的额外能耗。家用电器大多能够为直流电压所驱动，因此，发明人认为，逆变在一些情况下是画蛇添足，无实际价值。

匹配将各光伏电池板串联起来或者并联起来的出发点，配置串并联切换电路，用于该组光伏电池板输出充电的并联状态与输出用电的串联状态的切换。

白天用电量比较小，用于储能，因而这种变换频率并不是很高，当然，在不同的应用中，可能白天负载或者说输出用电侧的需求会更大，无论哪种情况，提供用于检测蓄电池电量的检测装置，以在检测值低于设定值时，切换为并联状态对蓄电池充电，使蓄电池处于一种相对的能够被可靠使用的状态更为重要。

不过基于此应当理解，蓄电池有一定的自持能力，即便是白天负载用电比较多，设定合适的切换状态，对负载的适用也不会有太大的影响。加以匹配的，本文侧重于采用并联状态对蓄电池进行充电，低压大电流，充电速度更快。另一方面，蓄电池的充电电压一般都比较低，因而采用低压状态具有更好的匹配性。

蓄电池在充电时也可以向外提供驱动能力，不过最好不采用这种方式，当用电不稳时，容易使蓄电池发热严重。

因而，在一些应用中，作为整体的驱动电源，可以附加交流电网，在为蓄电池充电时，可以使用交流电网供电。

优选地，所述控制装置输出用电的电路有多支，对应地，该控制装置还配有用于检测不用电电路使用状态的传感器，这里的传感器主要采用电流传感器，也可以采用电压传感器，仅仅提供一种正在使用的状态，这两个量值比较直接，从而在较高优先级用电电路处于使用状态时，且总供应电量低于总使用电量时，截止低优先级用电电路。

例如，一定条件下的照明设备，因需要随时使用，所以设为最高级。其次是计算机和电视机，因需要经常使用，所以设为第二级。蓄电池可以纳入优先级行列，是保证光伏系统不发电时也能用电的必需设备，可以设为第三级。电热水器因为有较大的热存储功能，何时用电影响不大，所以可以将其设为最后一级。各个优先级的电路在支路侧设置传感器就可以采集其状态。

应当理解，优先级高低并不表示优先级高的会屏蔽掉优先级低的电气设备的适用，如所说的第一优先级的照明设备，在光伏工作时，恰恰是白天，其使用也只是在一定条件下的使用，因而其对整个系统的电压电流波动通常不会产生显著的影响，级别虽高，但通常不会影响第二、第三优先级用电设备的使用。

在一些应用中，用于对蓄电池充电的电路设置手动开关，强制断开蓄电池与系统主电路的连接，以在用户认为需要强制保证其他用电设备工作时，消除蓄电池的影响。

在图1所示的结构中，所述切换电路为开关电路，除首尾光伏电池板外，如图中最上和最下的光伏电池板，也就是PV1和PVn，其中n是自然数，显然匹配为光伏电池板组内光伏电池板的块数。图中使用联动的开关组，显然也可以为一个信号驱动的多个开关，KA表示转换开关，K表示普通开关，在这里采用动断开关，参见PV1和PV2，信号驱动的线圈（图中虚线上面的方框）动作时，K1断开，KA1转换到与K1的PV2侧端子相连，当然，在图中如此表示，并不表示两者共用端子，以此类推，就完成了并联状态到串联状态的转换，图1实际表示的是并联状态，动作后表示为串联状态。

依据上例，那么从原理上，图1所示的结构具有以下特点：

除首尾光伏电池板外，每一光伏电池板的一对输出电缆其一配有用于转换连接主电路与相邻光伏电池板的转换开关，另一则设有连接于主电路的动断开关，首尾光伏电池板一块一电缆设有连接对应主电路的动断开关，另一块一电缆匹配设有转换开关，从而在所述串联状态时，通过转换开关使光伏电池板顺次连接，并通过头尾光伏电池板接入主电路。

这里主电路为区别于光伏电池板的单元区分的，本领域的技术人员通过对上述内容的阅读，应当对此有清楚的理解。

每块光伏电池板的输出电压一般为12伏。经过研究发现，匹配一般家用电器的应用，所述光伏电池板的的数目为8，对应有串联状态的96V输出电压，可以处于一种节能的状态。

为有利于理解，依据上述内容，参考说明书附图2，一种智能配置系统的工作任务当光伏系统发电时，智能配电系统根据各用电器的优先级别输送相应的直流电，其剩余电能送到电热水器。当电热水器的温度达到最高设定值，富余的电能横向输出到其他用智能分配系统。当本系统发电量不足时，可向其他系统借电，当其他系统无富余电量外借时，智能系统将逐步减少供电量，直至光伏发电系统停止工作。此时需用电时，将所需用电器（不包括蓄电池）转接到公共电网。

Claims (6)

1.一种光伏分配系统，包括一组光伏电池板，其特征在于，还包括蓄电池以及控制装置，其中所述控制装置包括串并联切换电路，用于该组光伏电池板输出充电的并联状态与输出用电的串联状态的切换，且包括用于检测蓄电池电量的检测装置，以在检测值低于设定值时，切换为并联状态对蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述的光伏分配系统，其特征在于，所述控制装置输出用电的电路有多支，对应地，该控制装置还配有用于检测不用电电路使用状态的传感器，以在较高优先级用电电路处于使用状态时，且总供应电量低于总使用电量时，截止低优先级用电电路。

3.根据权利要求1或2所述的光伏分配系统，其特征在于，用于对蓄电池充电的电路含有手动开关。

4.根据权利要求1或2所述的光伏分配系统，其特征在于，还配有接入交流电网的开关，以在该系统总功率不足时，接入外接电源。

5.根据权利要求1或2所述的光伏分配系统，其特征在于，所述切换电路为开关电路，除首尾光伏电池板外，每一光伏电池板的一对输出电缆其一配有用于转换连接主电路与相邻光伏电池板的转换开关，另一则设有连接于主电路的动断开关，首尾光伏电池板一块一电缆设有连接对应主电路的动断开关，另一块一电缆匹配设有转换开关，从而在所述串联状态时，通过转换开关使光伏电池板顺次连接，并通过头尾光伏电池板接入主电路。

6.根据权利要求1所述的光伏分配系统，其特征在于，所述光伏电池板的数目为8。

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