一种光伏并网逆变器及光伏制氢系统的制作方法

1.本实用新型属于光伏逆变器领域，涉及一种光伏并网逆变器及光伏制氢系统。


背景技术：

2.光伏逆变器作为将太阳能组件(solar module)提供的直流电转化为民用或工业用的交流电的核心装置，在新能源领域的地位越来越重要。近年来，随着碳达峰及碳中和的规划，绿色能源迎来了爆发式的发展，尤其氢能源汽车及燃料电池等技术的进步，氢能源成为继风光能源之后的另一个重要需求能源。光伏制氢可有效的避免弃风弃光，做到真正的绿色能源最大化，所以如何高效智能的将光伏发电和氢能源制造结合起来，对于我国有效解决碳排放问题具有重要的战略意义。目前虽也有报告提出将光伏发电和氢能源结合，但当前的光伏逆变器与制氢装置无法直接适配连接，系统成本较高。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本实用新型的一个目的是提供一种光伏并网逆变器，其能够直接和电解制氢装置适配连接，对电网友好节约。
4.本实用新型的另一个目的是提供一种光伏制氢系统，其中光伏并网逆变器和电解制氢装置直接适配连接，对电网友好节约。
5.根据本实用新型的第一个方面，一种光伏并网逆变器，所述光伏并网逆变器包括：
6.直流输入端子，其用于连接光伏面板；
7.第一直流转换单元，其输入端和所述直流输入端子电性连接；
8.dc-link电容组，其输入端和所述第一直流转换单元的输出端电性连接；
9.第二直流转换单元，其输入端和所述dc-link电容组的第一输出端电性连接；
10.直流输出端子，其用于和电解制氢装置电性连接以为所述电解制氢装置供电，所述直流输出端子和所述第二直流转换单元的输出端电性连接；
11.交流连接端子，其用于连接电网；
12.dc-ac转换单元，其用于向所述第二直流转换单元和/或所述电网供电，所述dc-ac转换单元的一端和所述dc-link电容组的第二输出端电性连接而另一端通过继电器单元和所述交流连接端子电性连接。
13.根据一优选的实施例，所述光伏并网逆变器还包括控制单元，所述控制单元分别和所述第一直流转换单元、所述第二直流转换单元、所述dc-ac转换单元及所述继电器单元电性连接。
14.根据一优选的实施例，所述第一直流转换单元与一电池电性连接。
15.根据一优选的实施例，所述dc-ac转换单元包括多个转换开关，每个所述转换开关反向并联有二极管。更优选地，所述转换开关为igbt或mosfet。
16.根据一优选的实施例，所述直流输入端子、所述直流输出端子及所述交流连接端子分别设于所述光伏并网逆变器的壳体上。
17.根据本实用新型的第二个方面，一种光伏制氢系统，包括如上所述的光伏并网逆变器和电解制氢装置，所述直流输出端子和所述电解制氢装置电性连接。
18.根据一优选的实施例，所述光伏制氢系统还包括储氢装置，所述储氢装置和所述电解制氢装置连接。
19.根据一优选的实施例，所述光伏制氢系统还包括电池，所述电池和所述第一直流转换单元电性连接。
20.更优选地，所述电池为可充电电池。
21.本实用新型采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
22.本实用新型的光伏并网逆变器及光伏制氢系统，有效的解决了当前逆变器与制氢装置不能直接适配和连接的问题，电解制氢装置可直接连接光伏并网逆变器的直流输出端子从而由利用光伏面板的电能，使系统成本较低、运行效率较高、安装较便捷；能够较好地保证对电网的友好型及节约型，实现了经济效益最大化及系统碳排放最小化，对于绿色能源的深入应用和国家节能减排具有重大意义。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为根据本实用新型实施例1的一种光伏制氢系统的结构示意图。
25.图2为dc-ac转换单元的一种示例结构示意图。
26.图3为根据本实用新型实施例2的一种光伏制系统的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.实施例1
29.参照图1所示，本实施例的光伏制氢系统包括光伏并网逆变器10和电解制氢装置8。光伏并网逆变器10包括第一直流转换单元2、dc-link电容组3、第二直流转换单元6、dc-ac转换单元4、继电器单元5及控制单元7，这些单元均设置于光伏并网逆变器10的壳体内。该壳体上设有直流输入端子、直流输出端子和交流连接端子，其中，直流输入端子用于连接光伏面板1，直流输出端子连接电解制氢装置8，交流连接端子用于连接电网9。第一直流转换单元2的输入端电性连接于交流输入端子，用于将光伏面板1输出至光伏并网逆变器10的电能进行直流升压/降压。dc-link电容组3的输入端电性连接于第一直流转换单元2的输出端，第一输出端电性连接于第二直流转换单元6的输入端，第二输出端电性连接于dc-ac转换单元4的一端，dc-link电容组3用于将来自第一直流转换单元2的电能供给第二直流转换
单元6和/或dc-ac转换单元4。第二直流转换单元6的输出端电性连接于直流输出端子，以向电解制氢装置8供电。dc-ac转换单元4的另一端通过继电器单元5电性连接于交流连接端子，以和电网9连接；继电器单元5用于控制dc-ac转换单元4和电网9的通断。控制单元7分别和第一直流转换单元2、第二直流转换单元6、dc-ac转换单元4及继电器单元5电性连接，以控制电能流向。电解制氢装置8电性连接于直流输出端子，具体地，可通过线缆直接将电解制氢装置8连接到光伏并网逆变器10壳体上的直流输出端子。
30.其中，dc-ac转换单元4能够实现dc-link电容组3和电网9之间的能量双向流动，即既可以将来自光伏面板1的电能送至电网9，又可以将电网9的电能送至dc-link电容组3。具体地，如图2所示，该dc-ac转换单元4包括多个转换开关(开关管t1、t2、t3、t4)，每个转换开关反向并联有二极管(d1、d2、d3、d4)，通过控制转换开关的通断，来控制能量的传输方向。进一步地，转换开关为igbt或mosfet。
31.光伏面板1输出的电能经由第一直流转换单元2可给dc-link电容组3供电，dc-link电容组3可通过dc-ac转换单元4将直流电转换为交流电并通过继电器单元5连接到电网9，以实现向电网9馈送电能；反之电网9的电能可通过dc-ac转换单元4转化为直流电供给dc-link电容组3，dc-link电容组3的电能经过第二直流转换单元6给电解制氢装置8供电。
32.本实施例还提供一种光伏制氢并网逆变装置的控制方法，可自动实现光伏面板1和电网9的能量供应的智能化控制，保证电解制氢装置8的绿色能源消耗经济效益最大化运行。该控制方法具体包括如下步骤：
33.s1、比较光伏面板1的输出功率和电解制氢装置8的最大功率的大小；
34.s11、若光伏面板1的输出功率大于或等于电解制氢装置8的最大功率时，则控制直流输出端子的输出电压uo如下式(1)所示：
35.uo＝u
max
ꢀꢀꢀꢀ
(1)；
36.控制第一直流转换单元2在满足电解制氢装置8以最大功率运行的同时，将剩余功率通过dc-link电容组3及dc-ac单元送至电网9；
37.s12、若光伏面板1的输出功率小于电解制氢装置8的最大功率时，则控制直流输出端子的输出电压uo如下式(2)所示：
[0038][0039]
同时，若处于谷电时段，则通过dc-ac转换单元4和第二直流转换单元6将来自电网9的电能转换后供给电解制氢装置8；若处于峰电时段，则dc-ac单元停止工作。
[0040]
式(1)和(2)中，u
max
为电解制氢装置8工作的最大电压，k为第二直流转换单元6的输出电压控制系数，p
pv max
为光伏面板1的最大输出功率，p
o max
为光伏制氢装置的最大功率。
[0041]
该控制方法中，当光伏面板1的功率大于等于电解制氢装置8的最大功率p
o max
时，第二直流转换单元6的输出电压控制为uo＝u
max
，第一直流转换单元2在满足制氢装置最大功率运行的同时同步将剩余功率全部馈送电网9；当光伏面板1的功率小于电解制氢装置8的最大功率p
o max
时，第二直流转换单元6的输出电压控制为以调节电解制氢装置8的实时功率，进而保证光伏面板1始终以最大功率向电解制氢装置8供电。同时，当光伏面板1的功率小于电解制氢装置8的最大功率p
o max
时，如果处于谷电时段，同步应用电网9的电能通过dc-ac转换单元4和第二直流转换单元6向电解制氢装置8供电；如果处
于峰电时段，则dc-ac单元停止工作，不再使用电网9电能，从而保证电解制氢装置8的能源消耗绿色经济效益最大化运行和电网9完全友好型。
[0042]
实施例2
[0043]
本实施例的光伏并网逆变器10基本同实施例1，区别仅在于：本实施例的光伏并网逆变器系统还包括电池21和储氢装置22。参照图2所述，第一直流转换单元2与电池21电性连接，电池21为可充电电池21。储氢装置22通过氢气管路和电解制氢装置8连接。
[0044]
光伏面板1输出的电能经由第一直流转换单元2可给dc-link电容组3及电池21供电，dc-link电容组3可通过dc-ac转换单元4将直流电转换为交流电并通过继电器单元5连接到电网9，以实现向电网9馈送电能；反之电网9的电能可通过dc-ac转换单元4转化为直流电供给dc-link电容组3，dc-link电容组3的电能经过第二直流转换单元6给电解制氢装置8供电。电池21的能量可供给第一直流转换单元2，然后经dc-link电容组3和第二直流转换单元6给电解制氢装置8供电。
[0045]
本实施例的控制方法，具体包括如下步骤：
[0046]
s1、比较光伏面板1的输出功率和电解制氢装置8的最大功率的大小；
[0047]
s11、若光伏面板1的输出功率大于或等于电解制氢装置8的最大功率时，则控制直流输出端子的输出电压uo如下式(1)所示：
[0048]
uo＝u
max
ꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0049]
控制第一直流转换单元2在满足电解制氢装置8以最大功率运行的同时，将剩余功率送至电池21，若光伏面板1的功率仍有富余，则通过dc-link电容组3及dc-ac单元送至电网9；
[0050]
s12、若光伏面板1的输出功率小于电解制氢装置8的最大功率时，则控制直流输出端子的输出电压uo如下式(2)所示：
[0051][0052]
同时，若处于谷电时段，则优先通过dc-ac转换单元4和第二直流转换单元6将来自电网9的电能转换后供给电解制氢装置8；若处于峰电时段，则优先控制电池21的电能通过第一直流转换单元2和第二直流转换单元6送至电解制氢装置8。
[0053]
光伏并网逆变器10通过第二直流转换单元6可直接连接电解制氢装置8进行应用，极大的提高了系统的效率和应用便利性。dc-ac转换单元4所有的igbt或msfet等开关管均有反并联二极管，且第二直流转换单元6可根据电解制氢装置8的需求及智能化经济效益模型自动控制输出电压及其输出功率，有效的保证了制氢装置的能效性及经济性最大化。
[0054]
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。