一种太阳能光伏变功率多泵智能抽水系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种太阳能光伏变功率多泵智能抽水系统，包括与光伏扬水逆变器电连接的太阳能电池组件、与对应的光伏水泵电连接的光伏扬水逆变器、设置于下位水池中以测量水位并与控制器之信号输入端信号连接的电子浮球开关、与不同的光伏扬水逆变器之控制端信号连接的控制器，控制器采集太阳能电池组件输出功率以及电子浮球开关水位信号从而控制相应的光伏水泵启停和启动后按额定功率工作或按变频变功率工作，光伏水泵的出水口设置有止回阀并通过止回阀与主上水管道连通目的水池。本实用新型具有大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定性、延长设备使用寿命的特点。
【专利说明】
-种太阳能光伏变功率多累智能抽水系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于供水自动化技术领域，具体设及一种能够大幅提高光伏抽水系统 的利用效率和稳定性、延长设备使用寿命的太阳能光伏变功率多累智能抽水系统。
【背景技术】
[0002] 在现有能源日趋紧张的情况下，在高原、山区等边远、缺电地区，由于季节性干旱 严重，居民生产、生活用水面临较大的困难，目前普遍使用汽油机或柴油机作为动力进行抽 水解决缺水问题，但也因此难W避免的增加废气排放，从而造成对对环境的污染，而且在使 用汽油机或柴油机抽水灌概设备时需要人员管理，不仅费时、费力、维修不便，而且后期使 用费用较高。
[0003] 太阳能光伏抽水系统是一种利用太阳能日照能量转化成直流电，并通过光伏扬水 逆变器转化为可W直接驱动电机的交流电为光伏水累提供电源，实现光伏抽水系统工作的 装置。由于太阳能光伏抽水系统中，太阳能电池的价格较高，在整个抽水系统成本中所占份 额较大，因此，在太阳能电池容量一定的情况下，尽可能提高太阳能电池的使用效率对提高 整个装置的性能价格比具有非常重要的经济意义。而在现有的光伏抽水系统应用中，光伏 抽水逆变器因为水累扬程压力因素和出于保护水累，在日照变化而造成太阳能电池组件输 出功率小于水累的出水功率时，逆变器关断输出，无法抽水，太阳能电池组件输出功率因无 法转换利用而损失。
[0004] 为了延长光伏水累每天的出水时间和保证抽水系统的正常工作，公知的做法是将 光伏抽水系统所配置的太阳能电池组件输出功率为光伏水累额定功率的2倍。通常光伏抽 水系统在太阳能电池组件输出功率小于0.5倍光伏水累额定功率的时候，光伏扬水逆变器 将关断输出，太阳能电池组件发出的电能由于功率不足将不能被利用，而当正午时，太阳能 电池组件输出功率超过水累额定功率的部分由于水累功率有限，多余的电能也不能够被利 用而损失。虽然也有研究采取最大功率跟踪的方法提高太阳能电池组件的功率利用率，不 仅系统复杂，而且抽水系统中单累对太阳能电池组件发电功率的利用效率仍然比较低。
[0005] 目前采用光伏变频技术和复合累能进一步提高光伏抽水系统中水累对太阳能电 池组件发电功率的利用效率，通常光伏变频器根据太阳能电池组件输入的功率大小决定光 伏变频器所输出的频率。采用运种方式工作时，当太阳能电池组件发电功率低于水累功率 时，水累处于变频工作状态，能一定程度提高水累对太阳能电池组件发电功率的利用效率， 而当太阳光减弱使太阳能电池组件所供给的功率过低时，此时光伏变频器将停止输出，所 拖动的电机停止运转;采用复合累时，抽水系统根据太阳能电池组件输出功率的大小，有选 择的启动水累，可提高太阳能电池组件的输出功率利用效率，而当太阳能电池组件的功率 大于其中一台水累功率并小于其中任意两台水累功率时，运时只有一台水累工作，其余大 于运台水累功率的太阳能电池组件输出功率无法转换而损失。虽然运两种方法能提高光伏 抽水系统中水累对太阳能电池组件发电功率的利用效率，但是光伏抽水系统中水累对太阳 能电池组件发电功率的利用效率仍然比较低，而且设备的启停频繁、处于变频状态时间较 长，设备稳定性和寿命较低。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种能够大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定 性、延长设备使用寿命的太阳能光伏变功率多累智能抽水系统。
[0007] 本实用新型的目的是运样实现的:包括太阳能电池组件、多个光伏扬水逆变器、控 制器、电子浮球开关、下位水池、与光伏扬水逆变器数量对应的多个光伏水累、止回阀、主上 水管道、目的水池，所述太阳能电池组件之输出端分别与不同的光伏扬水逆变器电连接，所 述光伏扬水逆变器之交流输出端与对应的光伏水累电连接，所述电子浮球开关设置于下位 水池中W测量水位并与控制器之信号输入端信号连接，所述控制器之通讯端口分别与不同 的光伏扬水逆变器之控制端信号连接，所述控制器采集太阳能电池组件的输出功率W及电 子浮球开关的水位信号从而控制相应的光伏水累启停和启动后按额定功率工作或按变频 变功率工作，所述光伏水累的出水口设置有止回阀并通过止回阀与主上水管道连通目的水 池。
[000引本实用新型与现有技术相比具有W下有益效果：
[0009]与多级并联或多级串联抽水系统比较(W3台累为例） 「00101
[0011] 本实用新型通过对太阳能电池组件输出功率的跟踪和下位水池的水位测量，通过 控制器尽量使多数光伏水累处于满频按额定功率工作状态，而只使剩余的一台光伏水累处 于变频变功率工作状态，从而达到大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定性，并延长设 备使用寿命的目的。因此，本实用新型具有能够大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定 性、延长设备使用寿命的特点。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型之串联S累抽水系统原理示意图；
[0013] 图2为图1之电气原理示意图；
[0014] 图3为本实用新型之并联S累抽水系统原理示意图；
[0015] 图4为图3之电气原理示意图；
[0016] 图中：1-太阳能电池组件，2-光伏扬水逆变器，2a-光伏扬水逆变器I，化-光伏扬水 逆变器n，2c-光伏扬水逆变器虹，3-控制器，4-电子浮球开关，4a-电子浮球开关I，4b-电子 浮球开关n，4c-电子浮球开关虹，5-下位水池，5a-下位水池 I，化-下位水池 n，5c-下位水 池虹，6-光伏水累，6a-光伏水累I，6b-光伏水累n，6c-光伏水累虹，7-止回阀，8-主上水管 道，9-目的水池，10-汇流装置。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不W任何方式对本实用 新型加 W限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范 围。
[0018] 如图1至4所示，本实用新型的太阳能光伏变功率多累智能抽水系统包括太阳能电 池组件1、多个光伏扬水逆变器2、控制器3、电子浮球开关4、下位水池5、与光伏扬水逆变器2 数量对应的多个光伏水累6、止回阀7、主上水管道8、目的水池9,所述太阳能电池组件1之输 出端分别与不同的光伏扬水逆变器2电连接，所述光伏扬水逆变器2之交流输出端与对应的 光伏水累6电连接，所述电子浮球开关4设置于下位水池5中W测量水位并与控制器3之信号 输入端信号连接，所述控制器3之通讯端口分别与不同的光伏扬水逆变器2之控制端信号连 接，所述控制器3采集太阳能电池组件1的输出功率W及电子浮球开关4的水位信号从而控 制相应的光伏水累6启停和启动后按额定功率工作或按变频变功率工作，所述光伏水累6的 出水口设置有止回阀7并通过止回阀7与主上水管道8连通目的水池9。
[0019] 所述光伏扬水逆变器2包括光伏扬水逆变器I2a、光伏扬水逆变器n 2b、光伏扬水 逆变器虹2c，所述光伏水累6包括光伏水累I6a、光伏水累neb、光伏水累虹6c并共同并联设 置于下位水池5中，所述光伏扬水逆变器I2a之交流输出端与光伏水累I6a电连接，所述光伏 扬水逆变器n化之交流输出端与光伏水累neb电连接，所述光伏扬水逆变器ni2c之交流输 出端与光伏水累ni6c电连接，所述光伏水累16曰、光伏水累n 6b及光伏水累ni6c的出水口分 别设置有止回阀7且止回阀7上端接到汇流装置10后通过主上水管道8连通目的水池9。
[0020] 所述光伏扬水逆变器2包括光伏扬水逆变器I2a、光伏扬水逆变器n 2b、光伏扬水 逆变器虹2c，所述下位水池5包括下位水池15a、下位水池 n加、下位水池虹5c，所述电子浮 球开关4包括分别设置于下位水池15a、下位水池 n加、下位水池虹5c中的电子浮球开关I 4a、电子浮球开关n 4b、电子浮球开关ni4c，所述光伏水累6包括光伏水累16a、光伏水累n 6b、光伏水累虹6c并分别串联设置于下位水池虹5c、下位水池 n化、下位水池 I5a中，所述光 伏扬水逆变器I2a之交流输出端与光伏水累I6a电连接，所述光伏扬水逆变器n化之交流输 出端与光伏水累neb电连接，所述光伏扬水逆变器ni2c之交流输出端与光伏水累ni6c电连 接，所述光伏水累虹6c、光伏水累neb及光伏水累Wa的出水口分别设置有止回阀7且通过 止回阀7与主上水管道8分别连通下位水池 n化、下位水池15a及目的水池9。
[0021] 所述的串联光伏水累在各级下位水池中各设置至少2台且各自分别与对应的光伏 扬水逆变器电连接。
[0022] 所述多个光伏水累6间功率相同或存在1/2~1/10的功率差。
[0023] 本实用新型的太阳能光伏变功率多累智能抽水系统还包括蓄电池组，所述蓄电池 组之输入端通过控制器3与太阳能电池组件1电连接，所述蓄电池组之输出端通过控制器3 与光伏水累6电连接。
[0024] 本实用新型的太阳能光伏变功率多累智能抽水系统还包括直流卸荷器，所述直流 卸荷器与太阳能电池组件1并联，所述直流卸荷器之控制端与控制器3之卸荷端电连接。
[0025] 所述控制器3和电子浮球开关4分别设置有无线通讯单元，所述控制器3和电子浮 球开关4通过各自无线通讯单元进行无线通讯连接。
[0026] 所述控制器3和/或电子浮球开关4之无线通讯单元通过无线连接与上位机上传运 行数据W及接收下发的操作指令。
[0027] 所述无线通讯单元为GPRS、3G、4G、5G、WiFi、WiMax或zigbee无线通讯单元。
[0028] 所述太阳能电池组件1之太阳能电池板上部设置单晶娃电池、多晶娃电池或非晶 娃薄膜电池。
[00巧]本实用新型工作原理：
[0030] 本实用新型的S累并联智能抽水系统按W下技术方案实施：
[0031] 如图1所示，太阳能电池组件1将太阳能转化为直流电能，分别输出给光伏扬水逆 变器I2a、光伏扬水逆变器n化、光伏扬水逆变器ni2c，光伏扬水逆变器Ua将直流电转化为 交流电后供给光伏水累I6a，光伏扬水逆变器n 2b将直流电转化为交流电后供给光伏水累 neb,光伏扬水逆变器虹2c将直流电转化为交流电后供给光伏水累虹6c，控制器討良据太阳 能电池组件1的输出功率大小W及下位水池5中的电子浮球开关4的水位情况，控制应该启 动那一台或那几台光伏水累工作实现抽水，并控制那台或那几台光伏水累按额定功率工 作、那台水累按变频变功率工作，光伏水累16曰、光伏水累neb和光伏水累ni6c的上端出水 口分别接一个单向出水的止回阀7，=个止回阀7的上端接到汇流装置10,将各水累抽出来 的水通过主上水管道8流到目的水池9。
[0032] 如图2所示，太阳能电池组件1的正极输出端PV+分别连接到光伏扬水逆变器I2a、 光伏扬水逆变器n化和光伏扬水逆变器ni2c的正极输入端PV+，太阳能电池组件1的负极输 出端PV-分别连接到光伏扬水逆变器I2a、光伏扬水逆变器n化和光伏扬水逆变器ni2c的负 极输入端PV-，光伏扬水逆变器I2a的交流输出端U2、V2和W2分别与光伏水累I6a电连接，光 伏扬水逆变器n化的交流输出端U3、V3和W3分别与光伏水累n 6b电连接，光伏扬水逆变器 虹2c的交流输出端U4、V4和W4分别与光伏水累虹6c电连接，光伏扬水逆变器Ua的A2端、光 伏扬水逆变器n化的A3端和光伏扬水逆变器ni2c的A4端相连后与控制器3的A5端连接，光 伏扬水逆变器Ua的B2端、光伏扬水逆变器n 2b的B3端和光伏扬水逆变器ni2c的B4端相连 后与控制器3的B5端连接，电子浮球开关4的两极分别连接到控制器3的SW+和SW-端。
[0033] 当光伏水累Wa的额定功率为Pi，光伏水累neb的额定功率为P2,光伏水累ni2c的 额定功率为P3，太阳能电池组件1的输出功率为P，则W太阳能电池组件1的输出功率P W及 下位水池5中的电子浮球开关4的水位情况为判定依据，控制器3将控制启动不同的光伏水 累工作，假设水池水位达到要求：
[0034] 当P>P州2+P3时，立台水累都满频额定功率工作；
[00对当Pl+P2《P<Pl+P2+P3时，Pl、P2满频额定功率工作，P3处于变频变功率工作状态；
[0036] 当Pl《P<Pl+P2时，Pi满频额定功率工作，P2处于变频变功率工作状态；
[0037] 当Pi<P时，Pi处于变频变功率工作状态。
[0038] 本实用新型的S级累串联智能抽水系统按W下技术方案实施：
[0039] 如图3所示，太阳能电池组件1将太阳能转化为直流电能，输出给光伏扬水逆变器I 2曰、光伏扬水逆变器n 2b、光伏扬水逆变器ni2c，光伏扬水逆变器Ua将直流电转化为交流 电后供给光伏水累I6a，光伏扬水逆变器n化将直流电转化为交流电后供给光伏水累n 6b， 光伏扬水逆变器ni2c将直流电转化为交流电后供给光伏水累ni6c，控制器3根据太阳能电 池组件1的输出功率大小W及下位水池5c、加和5a中的电子浮球开关4c、4b和4a的水位情 况，控制应该启动那一台或那几台光伏水累工作实现抽水，并控制那台或那几台光伏水累 按额定功率工作、那台水累按变频变功率工作，光伏水累I6a、光伏水累n 6b和光伏水累= 虹6c的上端出水口分别接一个单向出水的止回阀7,止回阀7出口通过上水管道8将所抽的 水导流到其上一级水池，最后流到目的水池9。
[0040]如图4所示，太阳能电池组件1的正极输出端PV+分别连接到光伏扬水逆变器变器I 2曰、光伏扬水逆变器n2b和光伏扬水逆变器ni2c的正极输入端PV+，太阳能电池组件1的负 极输出端PV-分别连接到光伏扬水逆变器变器I2a、光伏扬水逆变器n化和光伏扬水逆变器 虹2c的负极输入端PV-，光伏扬水逆变器Ua的交流输出端U2、V2和W2分别与光伏水累Ka电 连接，光伏扬水逆变器n化的交流输出端U3、V3和W3分别与光伏水累n 6b电连接，光伏扬水 逆变器虹2c的交流输出端U4、V4和W4分别与光伏水累ni6c电连接，光伏扬水逆变器Ua的A2 端、光伏扬水逆变器n化的A3端和光伏扬水逆变器ni2c的A4端相连后与控制器3的A5端连 接，光伏扬水逆变器Ua的B2端、光伏扬水逆变器n化的B3端和光伏扬水逆变器ni2c的B4端 相连后与控制器3的B5端连接，电子浮球开关I4a的两极分别连接到控制器3的SW6+和SW6- 端，电子浮球开关n 4b的两极分别连接到控制器3的SW7+和SW7-端，电子浮球开关虹4c的两 极分别连接到控制器3的SW8+和SW8-端。
[0041 ]当光伏水累Wa的额定功率为Pi，光伏水累neb的额定功率为P2,光伏水累ni2c的 额定功率为P3，太阳能电池组件1的输出功率为P，则W太阳能电池组件1的输出功率P W及 下位水池5a、5b、5c中的电子浮球开关4a、4b及4c的水位情况为判定依据，控制器3将控制启 动不同的光伏水累工作，假设水池水位都达到要求：
[0042]当P>P州2+P3时，立台水累都满频额定功率工作；
[00创当Pi+P2《P<Pi+P2+P3时，Pl、P2满频额定功率工作，P3处于变频变功率工作状态；
[0044] 当Pi《P<Pi+P2时，Pi满频额定功率工作，P2处于变频变功率工作状态；
[0045] 当Pi<P时，Pi处于变频变功率工作状态。
[0046] 本实用新型进一步增加蓄电池组，通过控制器在光伏水累不工作或工作总功率小 于太阳能电池组件输出功率时对蓄电池组充电，而在太阳能电池组件输出功率小于已启动 的光伏水累总功率或夜晚、阴雨天需要紧急供水时，通过蓄电池组直接驱动光伏水累或补 充变频变功率的光伏水累为按额定功率工作，从而进一步提高光伏抽水系统的利用效率和 可靠性。更进一步设置与控制器之卸荷端电连接直流卸荷器并与太阳能电池组件并联，能 够在太阳能电池组件的输出功率大于光伏水累总功率及蓄电池组功率时，卸载剩余的电 荷，从而提高对太阳能电池组件和蓄电池组的可靠性和使用寿命。
【主权项】
1. 一种太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于包括太阳能电池组件（1)、多 个光伏扬水逆变器(2)、控制器(3)、电子浮球开关(4)、下位水池(5)、与光伏扬水逆变器(2) 数量对应的多个光伏水栗(6)、止回阀（7)、主上水管道(8)、目的水池(9)，所述太阳能电池 组件（1)之输出端分别与不同的光伏扬水逆变器(2)电连接，所述光伏扬水逆变器(2)之交 流输出端与对应的光伏水栗(6)电连接，所述电子浮球开关(4)设置于下位水池(5)中以测 量水位并与控制器(3)之信号输入端信号连接，所述控制器(3)之通讯端口分别与不同的光 伏扬水逆变器(2)之控制端信号连接，所述控制器(3)采集太阳能电池组件（1)的输出功率 以及电子浮球开关(4)的水位信号从而控制相应的光伏水栗(6)启停和启动后按额定功率 工作或按变频变功率工作，所述光伏水栗(6)的出水口设置有止回阀（7)并通过止回阀（7) 与主上水管道(8)连通目的水池(9)。2. 根据权利要求1所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述光伏扬 水逆变器(2)包括光伏扬水逆变器I( 2a)、光伏扬水逆变器Π ( 2b)、光伏扬水逆变器ΠΚ 2c)， 所述光伏水栗(6)包括光伏水栗I(6a)、光伏水栗Π (6b)、光伏水栗m(6c)并共同并联设置 于下位水池(5)中，所述光伏扬水逆变器I(2a)之交流输出端与光伏水栗I(6a)电连接，所述 光伏扬水逆变器Π (2b)之交流输出端与光伏水栗Π (6b)电连接，所述光伏扬水逆变器m (2c)之交流输出端与光伏水栗m(6c)电连接，所述光伏水栗I(6a)、光伏水栗Π (6b)及光伏 水栗m(6c)的出水口分别设置有止回阀（7)且止回阀（7)上端接到汇流装置（10)后通过主 上水管道(8)连通目的水池(9)。3. 根据权利要求1所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述光伏扬 水逆变器(2)包括光伏扬水逆变器I( 2a)、光伏扬水逆变器Π ( 2b)、光伏扬水逆变器ΠΚ 2c)， 所述下位水池(5)包括下位水池 I (5a)、下位水池 Π (5b)、下位水池 ΙΠ (5c)，所述电子浮球开 关(4)包括分别设置于下位水池 I (5a)、下位水池 Π (5b)、下位水池 ΙΠ (5c)中的电子浮球开 关I(4a)、电子浮球开关n(4b)、电子浮球开关m(4c)，所述光伏水栗（6)包括光伏水栗I (6a)、光伏水栗Π (6b)、光伏水栗ΙΠ (6c)并分别串联设置于下位水池 ΙΠ ( 5c)、下位水池 Π (5b)、下位水池 I(5a)中，所述光伏扬水逆变器I(2a)之交流输出端与光伏水栗I(6a)电连 接，所述光伏扬水逆变器Π (2b)之交流输出端与光伏水栗Π (6b)电连接，所述光伏扬水逆 变器m(2c)之交流输出端与光伏水栗m(6c)电连接，所述光伏水栗m(6c)、光伏水栗π (6b)及光伏水栗I(6a)的出水口分别设置有止回阀（7)且通过止回阀（7)与主上水管道(8) 分别连通下位水池 Π (5b)、下位水池 I(5a)及目的水池(9)。4. 根据权利要求1、2或3所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述多 个光伏水栗(6)间功率相同或存在1/2~1/10的功率差。5. 根据权利要求1、2或3所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于还包括 蓄电池组，所述蓄电池组之输入端通过控制器(3)与太阳能电池组件（1)电连接，所述蓄电 池组之输出端通过控制器(3)与光伏水栗(6)电连接。6. 根据权利要求1、2或3所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述控 制器(3)和电子浮球开关(4)分别设置有无线通讯单元，所述控制器(3)和电子浮球开关(4) 通过各自无线通讯单元进行无线通讯连接。
【文档编号】E03B5/00GK205662977SQ201620464081
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月21日
【发明人】傅定文, 栾红光, 郑富友, 孟琦, 李兴合, 何鹏
【申请人】云南晶能科技有限公司