一种光伏直连热泵系统及热能装置的制作方法

本发明涉及热泵系统，具体为一种光伏直连热泵系统及热能装置。

背景技术：

1、光伏系统与热泵电联系统中，一般采用光伏系统逆变交流与电网并联，热泵从电网取电。光伏系统发电为热泵及其他用电设备供电，在发电有盈余的情况下，进行馈网获取收益。在光伏发电功率较小时，电网输入补充为热泵及其他用电设备供电。

2、典型的光伏热泵系统如图1所示，由光伏系统和热泵系统组成。当光照强度较强时，p_pv(光伏系统发电功率)≥p_hp(热泵系统用电功率)，光伏系统输出供热泵系统用电，发电功率有盈余，此时p_surplus(发电盈余功率)将进行馈网，以提高光伏发电的利用率。

3、当光照强度较弱或无光照时，p_pv＜p_hp光伏发电功率将全部输出至热泵用电，此时根据热泵的用电功率，电网将补充光伏发电功率不足的功率部分p_grid(电网输入功率)；即p_hp＝p_pv+p_grid，以维持热泵系统的正常运行；

4、上述为典型的光伏热泵系统；一般光伏系统发电直接与电网并联，热泵系统从光伏系统与电网公共连接点或电网侧取电。因此典型的光伏热泵系统仅仅是将两个系统根据电网处的公共连接点，组合在一起。

5、热泵压缩机从光伏阵列发电输入供电，供电路径包括光伏控制器、光伏逆变器、热泵ac/dc及变频器四级电源转换。热泵压缩机从光伏输入供电需要经过四级电源转换，将导致更多的电能损耗，因此从发电至用电转换效率较低。

6、请参阅图10所示，为典型的光光伏系统、电池储能系统和热泵系统。当光照强度较强时，p_pv(光伏发电功率)≥p_hp(热泵用电功率)，光伏系统输出供热泵系统用电，发电功率有盈余，此时p_surplus(发电盈余功率)将进行馈网或存储至电池储能系统，以提高光伏发电的利用率；

7、当光照强度较弱或无光照时，p_pv＜p_hp光伏发电功率将全部输出至热泵用电，此时根据热泵的用电功率，电网将补充光伏发电功率不足的功率部分p_grid(电网输入功率)；即p_hp＝p_pv+p_grid，以维持热泵系统的正常运行；

8、图10中，一般光伏系统发电直接与电网并联，热泵系统用电输入从电网取电；因此典型的光伏热泵系统仅仅是将两个系统根据电网处的公共连接点，组合在一起。

9、热泵压缩机从光伏阵列发电输入供电，供电路径包括光伏控制器、光伏逆变器、热泵ac/dc及变频器四级电源转换。

10、热泵压缩机从电池储能系统输入供电，需要经过光伏逆变器、热泵ac/dc以及变频器三级电源转换后驱动热泵压缩机运转。

11、热泵压缩机从光伏输入供电需要经过四级电源转换，从电池储能系统输入供电需要经过三级电源转换，电源转换级数越多将导致更多的电能损耗。

12、现有技术中，专利公开号为cn118168183a的发明专利，公开一种光伏驱动交直流混用热泵系统及其控制方法，包括光伏驱动交直流混用热泵系统包括光伏组件、光伏控制板、热泵外机和储热水箱，光伏组件与光伏控制板电性连接，光伏控制板与热泵外机电性连接，光伏组件产生的直流电经光伏控制板向热泵外机供电，热泵外机用于对储热水箱内的水进行加热，以将光伏组件产生的电能转换成热能进行储存。现有技术在控制方法中，当光伏功率大于负载功率时，进行调小光伏组件运行功率点，无法充分利用光伏发电功率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：解决从光伏系统至热泵系统用电转换效率较低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种光伏直连热泵系统，包括：光伏系统、热泵系统和电池储能系统；光伏系统包括光伏阵列、光伏控制器和光伏逆变器；热泵系统包括变频器和储能组件；光伏阵列、光伏控制器、变频器和储能组件依次连接；

4、根据光伏逆变器正向变换为将直流电转换为交流电，反向变换为将交流电转换为直流电的特点；将光伏逆变器的输入端连接在光伏控制器与变频器连接的线路上，以及电网与光伏逆变器的输出端连接；

5、电池储能系统连接在光伏控制器与变频器连接的线路上。

6、在本发明的一实施例中，光伏控制器将光伏阵列输入，转换成目标电压为u_pv；光伏逆变器反向变换时，将电网输入，恒压输出电压为u_dc1；电池储能系统通过光伏阵列或电网进行充电，放电恒压输出电压为u_bat。

7、在本发明的一实施例中，采用动态调整供电模式，动态调整供电模式包括光伏供电模式、光伏和电池储能及电网并网供电模式、电池储能及电网并网供电模式、电网供电模式的任一一种。

8、在本发明的一实施例中，光伏供电模式为：

9、当光伏发电功率p_pv≥热泵系统用电功率p_hp，且u_pv>u_bat>u_dc1时；变频器的输入全部由光伏控制器供电。

10、在本发明的一实施例中，若在光伏供电模式下有盈余光伏发电量，则先向电池储能系统充电，充电完成后，仍有发电功率盈余时，再由光伏逆变器正向变换，向电网馈网发电。

11、在本发明的一实施例中，光伏和电池储能及电网并网供电模式为：

12、当光伏发电功率p_pv＜热泵系统用电功率p_hp，且光伏控制器输出功率达到光伏阵列发电的最高功率p_pvmax时；

13、光伏发电功率p_pv逐渐减小功率，若最高功率p_pvmax≥热泵系统最小功率p_hpmin，则热泵系统将维持与最高功率p_pvmax等同的功率下工作；

14、若最高功率p_pvmax＜热泵系统最小功率p_hpmin，则目标电压u_pv将自动降低至u_pv＝u_bat，电池储能系统开始放电，补充光伏控制器输出不足功率部分：p_bat＝p_hpmin-p_pvmax；式中，p_bat为从电池储能系统补充的用电功率；

15、当目标电压u_pv、电池储能系统放电恒压输出电压u_bat自动降低至u_pv＝u_bat＝u_dc1，电网输入将自动通过光伏逆变器反向变换，补充光伏控制器输出不足功率p_grid1＝p_hpmin-p_pvmax-p_bat。

16、在本发明的一实施例中，电池储能及电网并网供电模式：

17、当光伏发电功率p_pv为0，优先电池储能系统输出供电，若电池储能系统补充的用电功率p_bat，在热泵系统自动模式下，小于热泵系统最小功率p_hpmin；或电池储能系统补充的用电功率p_bat，在热泵系统手动设定模式下，小于热泵系统用电功率p_hp；

18、且u_bat将自动下降至u_bat＝u_dc1，光伏逆变器反向变换输出u_dc1补充电池储能功率不足功率p_grid1＝p_hpmin-p_bat。

19、在本发明的一实施例中，电网供电模式为：

20、当光伏发电功率p_pv为0，电池储能系统处于馈电状态，电网通过光伏逆变器反向变换向变频器供电。

21、在本发明的一实施例中，光伏控制器自动跟踪光伏阵列发电的最高功率p_pvmax，且恒定工作于最高功率p_pvmax。

22、本发明还提供一种热能装置，包括上述所述的光伏直连热泵系统、热能使用装置；其中，储能组件与热能使用装置连接。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、实施例1中：

25、缩短光伏发电至热泵用电转换路径，实现光伏与热泵的直连系统，以提高光伏发电的转换效率；配置的光伏阵列额定功率为热泵工作平均功率，无需配置光伏逆变器，降低了光伏发电系统的配置成本，通过调节热泵功率，控制水箱储能，以充分利用光伏发电。

26、实施例2中：

27、缩短光伏发电至热泵用电转换路径，实现光伏与热泵的直连系统，以提高光伏发电的转换效率；光伏逆变器与热泵ac/dc二合为一，减少硬件配置成本。配置的光伏阵列额定功率可大于热泵工作功率，盈余发电量向电网馈网发电获取收益；即降低了光伏直连热泵系统的配置成本，又优化了发电收益。

28、实施例3中：

29、缩短光伏发电至热泵用电转换路径，实现光伏与热泵的直连系统，以提高光伏发电的转换效率。配置的光伏阵列额定功率可大于热泵工作功率，盈余发电量向电池储能充电/电网馈网发电获取收益。动态调节热泵水箱储热，优化了发电收益。