专利名称：离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法
技术领域：
本发明属于太阳能发电供电技术领域，具体涉及一种离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法。
背景技术：
可再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响技术领域之一具有普遍存在、用之不竭、无环境污染等优越性，在世界和我国能源可持续发展中发挥越来越大的作用。太阳能作为取之不尽同时又是生态学上纯净的和不改变地球上燃料平衡的能源，有着能源总量大，又容易实现小型化的优点，因此对它的开发利用在近几十年来越来越受到人们的重视。太阳能利用是近10年来发展最快的高技术行业之一，太阳能利用也将是新世纪经济展望中最具决定性影响的技术领域之一，已在缓解常规能源短缺和减轻生态和环境恶化等方面做出了贡献。 作为太阳能供电系统的主要方式之一，离网式电力太阳能供电系统目前主要用于通信系统照明系统和边远无电地区的设施设备以及边远无电地区的电力建设，仅在我国就有约100万户偏远地区农牧民生活用电问题，期待着采用光伏发电系统技术解决。不过当前的离网式独立太阳能发电供电系统由于现有技术的缺陷，使系统构成的投资增加、造成容量余额大、浪费大，使用成本提高的状况，严重阻碍了离网式独立太阳能发电供电系统应用和发展。现有技术在离网式独立太阳能发电供电系统的构成时，一般结合用电特性，常常考虑其平均用电和最大标称用电两个因素，常用的民用电器其最大标称用电功率是其平均用电功率的两倍以上，含电动机类负载电器的用电峰值将更大，是正常工作用电功率的3-7倍以上，而且最大用电功率的使用时间极短，是正常用电时间的数万分之一，从蓄电池放电
特性可知OII tO tdt,大电流是放电量激增，为了万分之一要增加数倍的功率容量，其投
资和浪费可想而知。根据蓄电池放电特性可知C=I I tO tdt,可得 C1 = O. 55C10(A. h)，I1 = 5. 5110 (A)，
也就是说负载的瞬间大电流需求，会造成蓄电池放电的激增。由此可知，单一的离网式独立太阳能发电供电系统其系统配置将大大增加。目前，一般的普通铅酸蓄电池一瓦成本约O. 6元左右(O. 5-0. 8元)，考虑安全放电因素可用电量为50%，若以此为基础，太阳能电池组件与蓄电池在同使用年限条件下，系统中的成本比例约为I : 1，(当然系统还需电控部分，充电电路、逆变电路及系统控制等)，若考虑峰值用电及防过放的安全容量这些重要系统构成要素，蓄电池的标称容量应是太阳能发电的组件峰值电Wp容量的6倍以上，若考虑电机类负载启动瞬间产生峰值功率，其安全正常配比应在10-12倍以上甚至更高，而该系统的太阳能发电组件一天所发电力全部用于充电蓄电，也只能满足四分之一蓄电池的蓄电能力，也就是说对于每天都在使用的民用太阳能供电系统，有四分之三蓄电池是不合理配置，这也是太阳能发电供电离网独立系统难以普及的重要原因之一，而且系统的配比和控制方式的不合理性，极易造成蓄电池的欠充和过放，使蓄电池寿命大大缩短，市场上此类独立太阳能发电供电系统的蓄电池使用寿命大部分只有1-2年而且在半年后即为带病工作，效率大减。如果设想有五个以上的独立用户系统可以共享，因为五个用户同时为用电峰值或瞬间启动产生峰值电的机会很少并可以通过电路使其错时工作，还可以增加延时调节器(采取申请约定及防碰撞处理)，就可以共享五个独立系统的电力，解决用电峰值或瞬间启动产生峰值电的供电需求，使得每个独立用户系统，蓄电池投资只要大于通常配置的五分之一即可，大大减少了投资，降低了浪费，提高了效率，也减少了用电成本。为此，本发明提出一种离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法。
发明内容
为了达到克服现有技术与产品的缺陷和不足，实现投资更少、效率更高的离网式 群组共享太阳能发电供电系统，本发明的技术方案是，离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，每个独立的太阳能发电供电系统由太阳能发电组件P、太阳能发电输入端口
(I)、MPPT及DC/DC1电路(2)、充电电路(3)、蓄电池调配电路A (4)、蓄电池调配电路B (5)、多个蓄电池组(6)、电力调配控制电路(7)、系统控制器(8)、DC/DC2电路(9)、DC/AC逆变电路(10)、监测计量及保护电路A(Il)、监测计量及保护电路B(12)、直流供电输出(13)、交流供电输出端口(14)、操作控装置端口(15)、通信接口(16)、蓄电调出端口(17)、蓄电调入端口(18)、放电端口(19)、太阳能电力调入端口(20)、太阳能电力调配器(21)、电控开关A (22)、电控开关B (23)、监测计量及保护电路C (24)、监测计量及保护电路D (25)、监测计量及保护电路E(26)、监测计量及保护电路F(27)、功率分配电路(28)、控制驱动线路(29)、电控开关C(30)、系统总线(31)、太阳能电力调出端口(32)以及监测计量及保护电路G(33)、电控开关D(34)、蓄电电容(35)、操作控装置(36)和电控开关E(37)组成，其特征是太阳能发电组件P连接太阳能发电输入端口(I)通过太阳能电力调配器(21)、监测计量及保护电路B (24)、MPPT及DC/DC1电路(2)、接入电力调配控制电路(7)，再经功率分配电路(28)、监测计量及保护电路F (27)接直流供电输出(13)、同时通过DC/AC逆变电路(10)及监测计量及保护电路A(Il)连接交流供电输出端口(14)；再有太阳能电力调配器(21)经电控开关E(37)连接放电端口(19)构成太阳能电力放电路径；MPPT及DC/DC1电路⑵通过充电电路(3)、蓄电池连接调配电路A(4)接多个蓄电池组(6)构成太阳能电力充电蓄电路径；蓄电电容(35)及多个蓄电池组(6)通过蓄电池连接调配电路B (5)接电力调配控制电路(7)经功率分配电路(28)、监测计量及保护电路F(27)接直流供电输出(13)、同时通过DC/AC逆变电路(10)及监测计量及保护电路A(II)连接交流供电输出端口(14)，构成蓄电电容(35)和蓄电池供电路径；同时多个蓄电池组(6)通过蓄电池连接调配电路B(5)及电控开关A (22)、电控开关C (30)连接监测计量及保护电路B (12)接蓄电调出端口(17)构成蓄电调出路径；蓄电调入接蓄电调入端口(18)通过监测计量及保护电路D (25)、电控开关C (30)、监测计量及保护电路B(12)连接蓄电调出端口(17)构成蓄电调出过境路径；
太阳能电力调入端口(20)、经监测计量及保护电路E(26)连接太阳能电力调配器构成太阳能电力共享调入路径；系统控制器⑶通过系统总线(31)连接MPPT及DC/DC1电路⑵、充电电路(3)、蓄电池调配电路A (4)、蓄电池调配电路B (5)、电力调配控制电路(7)、DC/DC2电路(9)、DC/AC逆变电路(10)以及各监测计量及保护电路，通过控制驱动线路(29)连接各电控开关，还通过操作控装置端口(15)连接操作控装置(36)。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是系统控制器(8)设有通信接口(16)，通过485通信方式及标准通信互连方式与相邻系统相连接。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是多个蓄电池组 (6)具有多个蓄电池组，且至少有三组以上，可以通过蓄电池调配电路A (4)和蓄电池调配电路B (5)进行串联或并联。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是各监测计量及保护电路具有电性能参数监测和电量计量以及防电力倒流、防短路、防电涌的安全保护电路。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是电力调配控制电路(7)按系统控制器(8)指令对MPPT及DC/DC1电路(2)、多个蓄电池组(6)、蓄电电容(35)及蓄电调入电力进行电力调配，满足DC/DC2电路(9)及功率分配电路(28)的电力需求。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是功率分配电路
(28)设有延时调节器及采取请求约定信号和防碰撞处理并按系统控制器(8)指令对直流供电输出(13)和交流供电输出端口(14)的电力需求进行分配，满足负载优先权用电要求。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是太阳能电力调配器(21)按系统控制器(8)指令将太阳能发电组件P经太阳能发电输入端口(I)的电力和太阳能电力调入端口(20)调入的太阳能电力调配给MPPT及DC/DC1电路⑵或放电端口(19)。 所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是太阳能发电供电系统群组是由多个离网式独立的太阳能供电系统SA、SB、SC…SN相连接组成，并且任意两个相邻独立的太阳能供电系统SB和SC，SB32连接SC20、SB17连接SC18以及SB16与SC16相连接。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是群组共享是通过系统控制器(8)中驻存的控制程序及电力分配优先权表以及通过操作控装置(36)和通信接口(16)接收的信息数据自动进行调控。调控方法是优先使用自身系统或群组中调入的太阳能电力，自身系统太阳能电力有余时，接入太阳能电力调出端口(32)，接入但不能调出时接入放电端口(19);对于蓄电池组在保证本系统安全蓄电量前提下，将50%或两个蓄电池组接于蓄电调出(17);在自身系统的交流供电输出端口(14)有用电瞬间峰值的大功率需求时，接入蓄电电容(35)并且由系统通过通信接口(16)完成调入请求程序并接通蓄电池调入线路，负载用电瞬间峰值过后，自动关断蓄电调入线路。本发明实现的离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法和现有技术相比具有明显的有益效果和突出技术优势，主要体现在I.在3-7个离网式群组共享太阳能供电系统为一群组的情况下，满足同样的系统配接使用的负载用电量时，使系统配比做到蓄电池的标称容量是太阳能发电组件峰值电Wp容量的I. 5 2. 5倍即可，不再需要10倍以上了，减少投资规模，使太阳能发电供电成本。2.系统增加延时调节器(采取申请约定及防碰撞处理)对多个系统出现同时用电瞬间峰值的极端情况进行延时控制，避免过放电，有效保护蓄电池不受其伤害。3.由于多个离网式群组共享太阳能供电系统可以相互调配电力，以及太阳能发电组件发电电力和蓄电池电力共同为负载供电，在满足同样的系统配接使用的负载用电量时，使得每个离网式群组共享太阳能供电系统的太阳能发电组件用量可降低30%以上。
图I是离网式群组共享太阳能发电供电系统功能原理示意图；图2是离网式群组共享太阳能发电供电系统输入输出示意图；图3是多个离网式群组共享太阳能发电供电系统群组连接示意图。
具体实施例方式作为实施例子，结合附图对本发明的离网式群组共享太阳能发电供电系统与方法给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。图I给出了离网式群组共享太阳能发电供电系统功能原理示意图，如图I所示，离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，每个独立的太阳能发电供电系统由太阳能发电组件P、太阳能发电输入端口(I)、MPPT及DC/DC1电路(2)、充电电路(3)、蓄电池调配电路A (4)、蓄电池调配电路B (5)、多个蓄电池组(6)、电力调配控制电路(7)、系统控制器
(8)、DC/DC2电路(9)、DC/AC逆变电路(10)、监测计量及保护电路A(Il)、监测计量及保护电路B(12)、直流供电输出(13)、交流供电输出端口(14)、操作控装置端口(15)、通信接口(16)、蓄电调出端口(17)、蓄电调入端口(18)、放电端口(19)、太阳能电力调入端口(20)、太阳能电力调配器(21)、电控开关A(22)、电控开关B (23)、监测计量及保护电路C(24)、监测计量及保护电路D (25)、监测计量及保护电路E (26)、监测计量及保护电路F (27)、功率分配电路(28)、控制驱动线路(29)、电控开关C(30)、系统总线(31)、太阳能电力调出端口以及监测计量及保护电路G(33)、电控开关D(34)、蓄电电容(35)、操作控装置(36)和电控开关E(37)组成，其特征是太阳能发电组件P连接太阳能发电输入端口(I)通过太阳能电力调配器(21)、监测计量及保护电路B(24)、MPPT&DC/DC1电路(2)、接入电力调配控制电路(7)，再经功率分配电路(28)、监测计量及保护电路F(27)接直流供电输出(13)、同时通过DC/AC逆变电路(10)及监测计量及保护电路A(Il)连接交流供电输出端口(14)；再有太阳能电力调配器(21)经电控开关E(37)连接放电端口(19)构成太阳能电力放电路径；MPPT及DC/DC1电路⑵通过充电电路(3)、蓄电池连接调配电路A(4)接多个蓄电池组(6)构成太阳能电力充电蓄电路径；蓄电电容(35)及多个蓄电池组(6)通过蓄电池连接调配电路B (5)接电力调配控制电路(7)经功率分配电路(28)、监测计量及保护电路F(27)接直流供电输出(13)、同时通过DC/AC逆变电路(10)及监测计量及保护电路A(II)连接交流供电输出端口(14)，构成蓄电电容(35)和蓄电池供电路径；同时多个蓄电池组(6)通过蓄电池连接调配电路B(5)及电控开关A (22)、电控开关C (30)连接监测计量及保护电路B (12)接蓄电调出端口(17)构成蓄电调出路径；蓄电调入接蓄电调入端口(18)通过监测计量及保护电路D (25)、电控开关C (30)、监测计量及保护电路B(12)连接蓄电调出端口(17)构成蓄电调出过境路径；太阳能电力调入端口(20)、经监测计量及保护电路E(26)连接太阳能电力调配器
(21)构成太阳能电力共享调入路径；系统控制器⑶通过系统总线(31)连接MPPT及DC/DC1电路⑵、充电电路(3)、蓄电池调配电路A (4)、蓄电池调配电路B (5)、电力调配控制电路(7)、DC/DC2电路(9)、DC/AC逆变电路(10)以及各监测计量及保护电路，通过控制驱动线路(29)连接各电控开关，还通过操作控装置端口(15)连接操作控装置(36)。如图I和图3所示，所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是系统控制器(8)设有通信接口(16)，通过485通信方式及标准通信互连方式与相邻系统 相连接。如图I所示，所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是多个蓄电池组(6)具有多个蓄电池组，且至少有三组以上，可以通过蓄电池调配电路A(4)和蓄电池调配电路B(5)进行串联或并联。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是各监测计量及保护电路具有电性能参数监测和电量计量以及防电力倒流、防短路、防电涌的安全保护电路。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是电力调配控制电路(7)按系统控制器(8)指令对MPPT及DC/DC1电路(2)、多个蓄电池组(6)、蓄电电容(35)及蓄电调入电力进行电力调配，满足DC/DC2电路(9)及功率分配电路(28)的电力需求。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是功率分配电路
(28)设有延时调节器及采取请求约定信号和防碰撞处理并按系统控制器(8)指令对直流供电输出(13)和交流供电输出端口(14)的电力需求进行分配，满足负载优先权用电要求。所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是太阳能电力调配器(21)按系统控制器(8)指令将太阳能发电组件P经太阳能发电输入端口(I)的电力和太阳能电力调入端口(20)调入的太阳能电力调配给MPPT及DC/DC1电路(2)或放电端口
(19)。图2给出了离网式群组共享太阳能发电供电系统输入输出示意图。如图3所示，所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是太阳能发电供电系统群组是由多个离网式独立的太阳能供电系统SA、SB、SC…SN相连接组成，并且任意两个相邻独立的太阳能供电系统SB和SC，SB32连接SC20、SB17连接SC18以及SB16与SC16相连接。为了实现自动的智能化控制和管理，所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是群组共享是通过系统控制器(8)中驻存的控制程序及电力分配优先权表以及通过操作控装置(36)和通信接口(16)接收的信息数据自动进行调控。调控方法是优先使用自身系统或群组中调入的太阳能电力，自身系统太阳能电力有余时，接入太阳能电力调出端口(32)，接入但不能调出时接入放电端口(19);对于蓄电池组在保证本系统安全蓄电量前提下，将50%或两个蓄电池组接于蓄电调出(17);在自身系统的交流供电输出端口(14)有用电瞬间峰值的大功率需求时，接入蓄电电容(35)并且由系统通过通信接口(16)完成调入请求程序并接通蓄电池调入线路，负载用电 瞬间峰值过后，自动关断蓄电调入线路。
权利要求
1.离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是独立的太阳能发电供电系统由太阳能发电组件P、太阳能发电输入端口(I)、MPPT及DC/DC1电路(2)、充电电路(3)、蓄电池调配电路A (4)、蓄电池调配电路B (5)、多个蓄电池组(6)、电力调配控制电路(7)、系统控制器(8)、DC/DC2电路(9)、DC/AC逆变电路(10)、监测计量及保护电路A(Il)、监测计量及保护电路B(12)、直流供电输出(13)、交流供电输出端口(14)、操作控装置端口(15)、通信接口(16)、蓄电调出端口(17)、蓄电调入端口(18)、放电端口(19)、太阳能电力调入端口(20)、太阳能电力调配器(21)、电控开关A(22)、电控开关B(23)、监测计量及保护电路C (24)、监测计量及保护电路D (25)、监测计量及保护电路E (26)、监测计量及保护电路F(27)、功率分配电路(28)、控制驱动线路(29)、电控开关C(30)、系统总线(31)、太阳能电力调出端口(32)以及监测计量及保护电路G(33)、电控开关D(34)、蓄电电容(35)、操作控装置(36)和电控开关E(37)组成，其特征是太阳能发电组件P连接太阳能发电输入端口(I)通过太阳能电力调配器(21)、监测计量及保护电路B(24)、MPPT&DC/DC1电路⑵、接入电力调配控制电路(7)，再经功率分配电路(28)、监测计量及保护电路F(27)接直流供电输出(13)、同时通过DC/AC逆变电路(10)及监测计量及保护电路A(Il)连接交流供电输出端口 (14)； 再有太阳能电力调配器(21)经电控开关E(37)连接放电端口(19)构成太阳能电力放电路径； MPPT及DC/DC1电路⑵通过充电电路(3)、蓄电池连接调配电路A(4)接多个蓄电池组(6)构成太阳能电力充电蓄电路径； 蓄电电容(35)及多个蓄电池组(6)通过蓄电池连接调配电路B(5)接电力调配控制电路(7)经功率分配电路(28)、监测计量及保护电路F(27)接直流供电输出(13)、同时通过DC/AC逆变电路(10)及监测计量及保护电路A(II)连接交流供电输出端口(14)，构成蓄电电容(35)和蓄电池供电路径；同时多个蓄电池组(6)通过蓄电池连接调配电路B (5)及电控开关A (22)、电控开关C (30)连接监测计量及保护电路B (12)接蓄电调出端口(17)构成蓄电调出路径； 蓄电调入接蓄电调入端口(18)通过监测计量及保护电路D(25)、电控开关C(30)、监测计量及保护电路B(12)连接蓄电调出端口(17)构成蓄电调出过境路径； 太阳能电力调入端口(20)、经监测计量及保护电路E(26)连接太阳能电力调配器(21)构成太阳能电力共享调入路径； 系统控制器⑶通过系统总线(31)连接MPPT及DC/DC1电路(2)、充电电路(3)、蓄电池调配电路A(4)、蓄电池调配电路B(5)、电力调配控制电路(7)、DC/DC2电路(9)、DC/AC逆变电路(10)以及各监测计量及保护电路，通过控制驱动线路(29)连接各电控开关，还通过操作控装置端口(15)连接操作控装置(36)。
2.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是系统控制器(8)设有通信接口(16)，通过485通信方式及标准通信互连方式与相邻系统相连接；
3.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是多个蓄电池组(6)具有多个蓄电池组，且至少有三组以上，通过蓄电池调配电路A(4)和蓄电池调配电路B (5)进行串联或并联。
4.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是各监测计量及保护电路具有电性能参数监测和电量计量以及防电力倒流、防短路、防电涌的安全保护电路。
5.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是电力调配控制电路(7)按系统控制器⑶指令对MPPT及DC/DC1电路(2)、多个蓄电池组(6)、蓄电电容(35)及蓄电调入电力进行电力调配，满足DC/DC2电路(9)及功率分配电路(28)的电力需求。
6.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是功率分配电路(28)设有延时调节器及采取请求约定信号和防碰撞处理并按系统控制器(8)指令对直流供电输出(13)和交流供电输出端口(14)的电力需求进行分配，满足负载优先权用电要求。
7.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是太阳能电力调配器(21)按系统控制器(8)指令将太阳能发电组件P经太阳能发电输入端口(I)的电力和太阳能电力调入端口(20)调入的太阳能电力调配给MPPT及DC/DC1电路(2)或放电端口 (19)；
8.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是太阳能发电供电系统群组是由多个离网式独立的太阳能供电系统SA、SB、SC…SN相连接组成，并且任意两个相邻独立的太阳能供电系统SB和SC，SB32连接SC20、SB17连接SC18以及SB16与SC16相连接。
9.权利要求I所述离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法，其特征是群组共享是通过系统控制器(8)中驻存的控制程序及电力分配优先权表以及通过操作控装置(36)和通信接口(16)接收的信息数据自动进行调控。调控方法是优先使用自身系统或群组中调入的太阳能电力，自身系统太阳能电力有余时，接入太阳能电力调出端口(32)，接入但不能调出时接入放电端口(19);对于蓄电池组在保证本系统安全蓄电量前提下，将50%或两个蓄电池组接于蓄电调出(17);在自身系统的交流供电输出端口(14)有用电瞬间峰值的大功率需求时，接入蓄电电容(35)并且由系统通过通信接口(16)完成调入请求程序并接通蓄电池调入线路，负载用电瞬间峰值过后，自动关断蓄电调入线路。
全文摘要
本发明属于太阳能发电供电技术领域，具体涉及一种离网式群组共享太阳能发电供电系统构造与方法。系统设置了延时调节器(采取请求约定信号和防碰撞处理)对多个系统出现同时用电瞬间峰值的极端情况进行延时控制，避免过放电，有效保护蓄电池不受其伤害。离网式群组共享太阳能供电系统为一群组的情况下，满足同样的系统配接使用的负载用电量时，使系统配比做到蓄电池的标称容量是太阳能发电组件峰值电Wp容量的1.5～2.5倍即可，不再需要10倍以上了，减少投资规模，使太阳能发电供电成本。由于多个离网式群组共享太阳能供电系统可以相互调配电力，以及太阳能发电组件发电电力和蓄电池电力共同为负载供电，在满足同样的系统配接使用的负载用电量时，使得每个离网式群组共享太阳能供电系统的太阳能发电组件用量可降低30％以上。
文档编号H02N6/00GK102780420SQ20111012378
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者周锡卫 申请人:周锡卫