[发明专利]具有集成光伏电板和电池的光伏系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在单个装置中集成几个功能的光伏系统，例如，太阳能到电能的转换，所产生的电能的存储或所产生的电能的管理。

背景技术

使得可以储存所产生的电能、自发地操作或与连接至电网的光伏系统，包括几个单独的部件：

-一个或多个光伏电板或太阳能电池板，由光伏电池的矩阵形成并执行从所接收的太阳能到电能的转换；

-一个或多个电池，储存由光伏电板(一个或多个)产生的电能；

-电子系统，用于管理所产生的电能。

在图1中示出了自发光伏系统1的图示，例如，用来对电通信装置、一台城市设备、独立的场所(例如，家里或车辆)供能。此光伏系统1包括光伏电板2、电化学电池4、开关或DC/DC电压转换器6(也叫做DC/DC转换器)、开关或DC/DC转换器或逆变器8，以及用于管理能量的电子系统10，或控制板，控制板控制标为6和8的部件。此光伏系统1的目的是对装置12供能。用电缆将这些部件连接在一起，并可将它们或多或少地彼此分开。

当部件6是开关时，开关使得可将光伏电板2的输出与光伏系统1的其它部件连接或不连接。当部件6是DC/DC转换器时，DC/DC转换器使得可将在光伏电板2的输出处获得的DC电压转换成适于电池4的电压(tension)的DC电压。当部件8是开关时，开关使得可将部件8的输出与装置12连接或不连接。当部件8是DC/DC转换器或逆变器时，DC/DC转换器或逆变器使得可将在部件6的输出处获得的DC电压转换成与装置12的工作电压相应的DC或AC电压。

在图2中示出了与电网20连接的光伏系统14的图示，光伏系统14除了对装置12供能以外，还可对电网20提供由光伏系统14产生的电能。与图1所示的自发光伏系统1相比，此光伏系统14包括开关18，其由用于管理能量的电子系统10控制，并可将逆变器8的输出与电网20连接或不连接。

在这些光伏系统中，铅酸技术是最普遍的制造电池的技术，基本上是由于其适中的成本及其可用性的原因。然而，这种电池具有相对低的质能和体积能，分别等于大约40Wh/kg和80Wh/L，其与所占据的高体积和所储存的每千瓦时的重量相对应。

当运输时(尤其是当隔离光伏系统或使得光伏系统与道路基础设施隔得较远时)和当安装光伏系统时，电池的重量和体积是主要的限制条件。对于一些独立的应用(例如空间通常受到限制的城市设备)，有关电池的麻烦也带来了非常高的局限性。因此，铅酸电池的安装产生了用于装饰性元件(例如，混凝土底座或长凳)中的电池的掩蔽或对这些电池的掩埋的额外成本。在独立的光伏系统或与电网连接并集成在一个结构中的情况中，这样的麻烦也带来约束，因为铅酸电池的存在意味着对其储存提供专门的空间。另外，在能量需求增加的情况中，以及由此产生的光伏系统的功率增加的情况中，初始为了储存电池而提供的空间可能变成限制条件，阻止了装置尺寸的重新设定。

还有用锂制造的电池，例如，锂离子型，其具有比铅酸电池的质能和体积能更高的质能和体积能(分别在大约100Wh/kg至150Wh/kg之间，和在大约150Wh/L至200Wh/L之间)。另外，可将这些电池制造成不同的形状：圆柱形、棱柱形、平的，等等。此外，与铅相比，锂具有其它优点，例如，更长的使用寿命(与对铅而言的3年相比，对于制成平板形的电池来说，在100％使用时具有20年和3000次循环的大小)，更好的能量效率(与注入电池的千瓦时相比，此效率与电池返回的千瓦时的数量相对应)，以及不需要维修，这最终将使得，当该应用的使用方式(usage profile)需要连续充电-放电循环(以高放电深度(≥正常容量的50％))时，对这些电池而言返回每千瓦时的成本小于或等于铅电池的成本。

因而，电池的使用寿命(不管其是铅酸型还是锂离子型)会被以下两方面的因素高度影响：一方面受到在充放电循环过程中达到的放电深度影响，另一方面受到其所处的工作环境的温度影响。图3所示的曲线22、24和26示出了，分别在20℃、40℃和60℃的工作温度下，对于给定的放电深度，锂离子电池的存储容量与其初始存储容量相比的变化(按照年份)。这些曲线清楚地表明，环境工作温度的增加会导致电池的使用寿命的下降。

因此，当不可在温度可控区域(例如，在具有空调的专门空间)中储存电池时，会缩短电池的使用寿命，不管所达到的放电深度是多少。另外，掩埋电池(虽然这可减小电池工作环境的热波动)会阻碍电池的维修及后续操作，进而缩短电池的使用寿命。

发明内容