[实用新型]一种家用光伏发电与市电协调供能系统

说明书

技术领域

本实用新型一种家用光伏发电与市电协调供能系统，涉及光伏发电领域。

背景技术

光伏发电系统可分为独立型和并网型。独立型光伏发电系统一般安装在边远或市电网难于覆盖的地区，为附近负载提供基本的电能需求。由光伏电池板、控制器、蓄电池、逆变器（DC/AC电路）等组成。独立型光伏发电系统中，为保证在极端恶劣天气情况下对负载持续供电，系统必须配备蓄电池来调节电能。当日光充足时，光伏电池板输出电能在满足负载需求时还有多余电能，系统控制盈余电能给蓄电池充电并转化为化学能贮存起来；当在夜晚或阴雨天等极端恶劣天气情况下，光伏电池板不能为负载提供足够的能量，系统控制蓄电池放电补足负载所需要的电能以保证负载工作稳定。并网型光伏发电系统通过光伏并网逆变器与市电网相连，在市电网的强力支撑下为负载提供持续可靠电能。当日光充足时，光伏电池板产生的盈余电能通过逆变器单位功率因数并网，即电能转变为与市电网电压同频、同相的交流电后输入市电网，此时市电网相对光伏发电系统可看作一个无穷大负载；当在夜晚或阴雨天等极端恶劣天气情况下，负载所需的差额电能，由逆变器工作在可逆模式即整流状态后通过市电网获取，此时市电网相对光伏发电系统可看作一个无穷大电源。目前，并网型光伏发电系统由于光伏电源出力的随机和波动性，对市电网还会造成较多负面影响，需要得到供电公司的审核批准，同时系统核心器件——光伏并网逆变器成本和技术要求较高，因此在技术和设备配套及实施上存在诸多不便和阻力。

而采用独立型光伏发电系统与市电网一起协调为后级负载供电，由于供电时光伏电源和市电网是相互隔离的，仅把市电网作为一个备用电源使用，不会引起光伏电源倒送电能到市电网。这种获取电能的方式与平常情况下家庭负载从市电网获取电能的方式没有任何区别。采用独立型光伏发电系统与市电网一起协调为家庭负载供电，既能减少独立型光伏发电系统中蓄电池的容量，降低蓄电池建设成本；又能极大地提高系统的供电可靠性；同时光伏发电系统与市电网完全电隔离，从而杜绝了光伏电源对市电网的消极影响。

切换装置为协调供电系统的关键设备。光伏发电系统与市电网作为两种备选电源一起接入切换装置输入端，后级家庭负载通过切换装置来优化选取合适的供电电源，从而实现对供电电源二选一的功能。由于光伏电源相对于市电网具有不需要燃料的极大优势，在充分利用光伏发电的条件下，光伏发电与市电切换装置工作原理为：光伏发电系统能量供应充足的时候，切换装置选择光伏电源为家庭负载供电，此时光伏电池板发出直流电给蓄电池充电，并把直流电送给离网逆变器，经逆变为交流电后为家庭负载供电；光伏发电系统能量不足的时候，切换装置选择市电网为家庭负载供电，此时光伏发电系统与家庭负载断开，光伏电池板发出直流电为蓄电池补充电能，当蓄电池荷电状态补足到一定要求时自动切回到光伏电源供电。

光伏发电与市电切换装置传统应用于太阳能路灯、庭院灯等小型系统，其规模容量都比较小，切换装置和控制器安装在一起，各种光伏发电系统的运行状态信息等易于获得和使用。同时市电经整流器直接接入光伏发电系统。当检测到蓄电池过放或者能量不足时，控制市电经过整流器为蓄电池充电，并经逆变器逆变后为家庭负载供电；当检测到蓄电池满充时，控制市电停止经过整流器为蓄电池充电。实质上传统切换装置只是一个可控的市电经光伏发电供能系统，市电经整流器整流后再经逆变器逆变，当其为家庭负载提供电能时需要经过两级电能转换，整体效率下降不少，同时增添的整流设备也增加了系统建设成本。

目前，城镇小区（楼房）住户安装的光伏发电系统还出现了太阳能路灯等小型系统没有的新特点和新问题：光伏电池板式一般安装在楼顶，由于直流端电压较低，为了降低线损，蓄电池和离网逆变器等主要部件均配置在离光伏电池板较近的地方。家用光伏发电系统大多在已有的市电入户基础上增添，同时为了接线和使用方便，光伏发电与市电切换装置一般安装在住户门前的配电箱内。进而出现了以下新问题：由于切换装置远离光伏发电系统主要部件，若切换装置依靠传统蓄电池过放保护来实施切换，由于远距离传输电压衰减较大。当通过通讯手段把光伏发电系统的实时运行状态尤其是蓄电池荷电状态传递给切换装置时，不仅需要复杂的通讯技术，同时还要增设通讯线路，成本增加不少。依靠蓄电池过放保护来实施切换，即在切换装置端检测不到光伏逆变器电压输入的时候，才被迫切换到市电，切换过程时间长，导致居民家庭负载有停电感，同时蓄电池过放保护会引起开关跳开，需要居民爬上楼顶进行手工干预，给居民用电带来了不便。