专利名称：一种小功率太阳能电池并网发电系统的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能发电技术领域，特别是小功率太阳能电池并网发电系统。
背景技术：
太阳能是大自然赐予我们的最环保的绿色能源之一，也是有利于人类可持续发展的能源。在各种能源污染日益严重和倡导低碳生活的发展趋势下，为了人类的未来，我们应该尽可能地利用这种绿色能源。利用光伏电池转换太阳能的方式已有一定的历史了，但由于光伏电池所产生的电能一般以直流的方式储存在蓄电池中，并不方便我们在日常的生活中直接使用。相对而言， 兼顾高效、廉价和方便的方法形成太阳能电池并网发电系统，是将太阳能光伏电池所产生电能直接发送到电网上，直接供用户使用。目前的太阳能电池并网发电系统领域普遍采用的为如图1所示的方法，该方法首先将太阳能光伏电池10产生的直流电储存到蓄电池，蓄电池能够保持输出电压的稳定性。 再通过逆变器20将直流电变为与电网同步的交流电，发送到电网上。控制电路30跟踪电网变化，并根据电网变化情况控制逆变器20的转换。其中，该技术实现的关键部分是逆变器(inverter)，该部分将太阳能光伏电池的直流电变为频率(波形)、相位与供电电网一样的交流电。然而，由于现有的太阳能电池并网发电系统采用的逆变器结构复杂，价格昂贵，导致小功率太阳能电池并网发电系统实现成本较高，限制了太阳能电池并网发电系统的大规模应用，特别是在家庭用户单位的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本较低，实现容易的，特别是用于家庭使用的小功率太阳能电池并网发电系统，适用于太阳能电池并网发电系统的大规模应用。为解决上述技术问题，本发明提供的一种小功率太阳能电池并网发电系统，该系统包括反激式电源转换器，将光伏电池产生的第一电压转变为第二电压；转换开关电路， 耦接于反激式电源转换器与电网之间，将所述第二电压转变为与所述电网同相的电压；以及控制电路，监测所述光伏电池状态和所述电网状态，并控制所述反激式电源转换器和所述转换开关电路。进一步地，所述反激式电源转换器包括开关电路，与所述光伏电池耦接，将所述第一电压转变为第三电压；高频变压器，耦接于所述开关电路，将所述第三电压转变为第四电压；整流器，与高频变压器耦接，将所述第四电压整流后转变为所述第二电压。进一步地，所述转换开关电路为桥式转换开关电路。所述第二电压为按正弦规律变化的单向电压。所述第三电压为矩形波电压。进一步地，该系统还包括滤波器，耦接于所述转换开关电路与所述电网之间，滤除高频谐波。
进一步地，所述控制电路包括监测电路，监测电网状态和所述光伏电池状态；波形检测电路，检测所述电网电压的波形变化情况；以及输出控制电路，控制所述转换开关电路的开关变化，以及控制所述反激式电源转换器的运行或关闭。进一步地，所述监测电路判断电网是否出现停电。当所述电网出现停电时，所述输出控制电路停止发电系统的工作。根据光照状态的变化，所述输出控制电路通过调整所述反激式电源转换器的工作脉冲宽度或周期，以控制所述反激式电源转换器的转换功率。当所述电网电压的波形接近零点附近时，所述输出控制电路将发电系统的功率降到零。作为一种优选的技术方案，所述电网电压为110伏或220伏的单相电压系统。在单相电压系统中，所述发电系统使用的功率W < 6000瓦特。作为另外一种优选的技术方案，所述电网电压为190伏或280伏的三相电压系统。本发明提供的一种新型小功率太阳能电池并网发电系统。该方法提供的太阳能电池并网发电系统，通过改变现有技术中的结构复杂、价格昂贵的逆变器系统，使用反激式电源转换器和转换开关电路替代这部分功能，由于反激式电源转换器和转换开关电路结构简单、成本较低，并且易于控制和操作，从而使得该小功率太阳能电池并网发电系统获得高效、可靠、降低成本和使用方便等多项益处。本发明的并网发电，为了高效、廉价、简便易行和不影响电网的正常运行，采用小功率补充发电方式，由于所发电的电量实时供应到电网上，所以本发明的小功率太阳能电池并网发电系统不需要采用蓄电池。本发明的小功率太阳能电池并网发电系统所使用的发电功率相对比较小，可用于家庭和终端用户的电网中。该小功率太阳能电池并网发电系统并网后，通过跟踪、监测该电网，当外部电网不正常时，如因为检修拉闸等停电时，小功率太阳能电池并网发电系统立刻停止发电，阻止小功率太阳能电池并网发电系统的电能向电网输送，确保使用安全。并网发电后的效果，只是对原电网的补充，并不会影响原电网。由于价廉，使用方便，如果一些有条件的用户使用该新型小功率太阳能电池并网发电系统，在有日照的时候自动并网发电，对于发电厂而言，相当用电负荷减少了，可以少发些电，其意义不言而喻。例如将本发明的小功率太阳能电池并网发电系统可以制作成简单电器结构，通过一般的插头与传统家庭或单位内的电网连接，安装和使用方便。在外部大电网正常工作的情况下，小功率太阳能电池并网发电系统为家庭或单位用电作为补充发 H1^ ο
图1传统小功率太阳能电池并网发电系统。图2本实施例中提出的小功率太阳能电池并网发电系统。图3本实施例中发电系统电压变化的情况。图4本实施例中发电系统使用的反激式电源转换器的结构。图5本实施例中发电系统使用的控制电路的结构。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。本实施例讨论的小功率太阳能电池并网发电系统指的是6000W(单相)以内功率的太阳能电池并网发电系统，适用于有正常供电的地区，如城市。如图2所示，本实施例提供的一种小功率太阳能电池并网发电系统，该系统包括光伏电池100、反激式电源转换器 (Flyback Convertor) 200、转换开关电路300、以及控制电路400。为方便叙述，以单相并网发电的情况为例。光伏电池100由一定数量的光伏电池单元组成，可以将太阳能转换为电能，本实施例中的光伏电池100的使用可按实际使用调整，大小一般以符合家庭或单位用户使用为准，并且易于安装。反激式电源转换器200将光伏电池100获得的能量经过转变成为单向变化电压，因为通过转换开关与电网联接，加上反激式电源转换器的特性，可产生按正弦规律变化的单向电压，如图3所示的U1 (t)。反激式电源转换器200包括开关电路201、 高频变压器202、以及整流器203。转换开关电路300，将反激式电源转换器200输出的电压转变为与电网变化规律一致的电压，该实施例采用的是桥式转换开关电路，但不限于这种转换开关电路，其它可以实现本实施例转换开关电路功能的转换开关电路均可以使用。控制电路400，包括监测电路401、波形检测电路402和输出控制电路403，如图5所示。监测电路401跟踪和监测光伏电池和电网电压的变化状态，波形检测电路402检测电网电压的波形情况，输出控制电路403根据光伏电池和电网电压的状态控制开关电路201和转换开关电路300。小功率太阳能电池并网发电系统与电网连接上时，发电系统中将首先判断电网是否处于正常情况。通过控制电路400对电网的实时监测电网的状况，若出现电网停电、故障、维修等非正常的断电情况，则控制电路400立即停止发电系统的工作，确保本发电系统没有向电网供电，确保使用安全。此外，控制电路400通过实时监测电网的状况，确保桥式转换开关电路输出电压的相位与电网一致。开关电路201根据光伏电池100发电的变化情况，将光伏电池100产生的电压转变为矩形波，如图4所示的U3 (t)，需要说明的是，该矩形波实际上近似为矩形的波形，这是由于变压器电感元件的影响，开关电路产生的矩形波的波形会变形，但这些并不妨碍其正常工作。由于电网上的电压波形按照正弦规律变化，这就要求反激式电源转换器200中每次转换的电压也是按正弦规律变化的。为达到这个目的，控制电路400通过控制开关电路 201的工作脉冲宽度或周期，从而实现如图3所示的波形转换。只要反激式电源转换器200 的工作脉冲宽度或周期大致上按电网的电压的变化规律，其输出电压通过转换开关与电网联接，加上反激式电源转换器200特性，高频变压器202中每次转换输出的电压也就可以与电网的电压频率、波形、相位和幅度变化规律一致。下面详细的描述该变化过程。在某一个能量转换周期里，开关电路201导通，开关电路201在一定的脉冲宽度时间里为高频变压器202提供电流，使高频变压器202里储存一定的磁场能量。当开关电路 201截止，高频变压器202里的能量通过次级回路释放，次级电路的电流通过整流器203形成变化电压，由于整流器203的输出是通过转换开关电路300与电网联接，且在一个周期里高频变压器202里的能量有限，所以整流器203输出的电压就会跟踪电网的电压，最后将高频变压器202里的能量发送到电网上。此外，由于电网在零点附近时电压接近零，此时若小功率太阳能电池并网发电系统在此瞬间继续发电，将影响电网的正常电压，破坏电网的正常运作。因此，通过波形检测电路402检测电网电压的变化，控制电路400根据检测结果，控制反激式电源转换器200的每个工作脉冲宽度或周期大致按照正弦规律变化，使得每次在电网电压过零点时确保没有能量输出，以保证电网的正常运作。本实施例为了使输出尽可能小地影响电网的电压波形，或者说减少对电网的谐波干扰，在转换开关电路300与电网之间加入了滤波器500，如图3所示。由于监测和转换频率很高(20KHz-200KHz)，发送出的电压变化波形非常接近电网原有的波形，通过输出滤波器500的处理，可以避免谐波干扰。需要说明一点的是，对图1现有技术所描述的发电系统而言，其中逆变器使用的电源转换器一般采用的是正激式电源转换器，不使用反激式电源转换器，这也是本实施例的小功率太阳能电池并网发电系统与图1所描述的现有技术的重要区别。本发明的并网发电，为了高效、廉价、简便易行和不影响电网的正常运行，采用小功率补充发电方式，由于所发电的电量实时供应到电网上，所以本发明的小功率太阳能电池并网发电系统不需要采用蓄电池。本实施例中所提到的电网或供电电网为终端用户(比如家庭或单位用户)，该电网为市电电压，一般使用IlOV或220V的单相电压系统，或者使用190V或380V的三相电压系统，其它电网如可适用于家庭和单位的电网也可以达到本实施例的目的。在上述实施例中，用三个所述单相并网发电系统(太阳能光伏电池可以公用一个)就可以方便地构成一个三相并网发电系统。本发明的小功率太阳能电池并网发电系统所使用的发电功率也相对比较小。该小功率太阳能电池并网发电系统并网后，通过跟踪、监测该电网，当外部电网不正常时，如因为检修、拉闸等停电时，小功率太阳能电池并网发电系统立刻停止发电，禁止小功率太阳能电池并网发电系统的电能向电网输送，确保使用安全。可以看出，小功率太阳能电池并网发电系统并网发电后的效果，只是对原电网的补充，并不会影响原电网正常供电。在图5中，当控制电路400中的监测电路401监测到的光照变化时，输出控制电路 403调节反激式电源转换器200的开关脉冲宽度或转换周期，使反激式电源转换器200输出的功率既尽可能大地将光伏电池的能量发送出去，又要使输出波形适应正弦规律变化，经过转换开关电路300转换后与电网电压变化一致。而当监测电路401监测到光伏电池100 工作在夜晚或光照不足时，输出控制电路403将自动停止反激式电源转换器200的工作。由于小功率太阳能电池并网发电系统价廉和使用方便，如果一些有条件的用户使用该新型小功率太阳能电池并网发电系统，在有日照的时候自动并网发电，对于发电厂而言，相当用电负荷减少了，可以少发些电，其意义不言而喻。例如将本发明的小功率太阳能电池并网发电系统可以制作成体积较小、安装和使用方便的电器结构，通过一般的插头与传统家庭内的电网连接。在外部大电网正常工作的情况下，小功率太阳能电池并网发电系统为家庭用电作为补充发电。如某家庭使用用电3000W，小功率太阳能电池并网发电系统通过获取外部太阳能能量，转换后提供电力1000W，此时该家庭只需要获取外部电网电量 2000W，这样该家庭就可以节省外部电网用电1000W。当外部电网断开时，该小功率太阳能电池并网发电系统通过监测到外部网络的状况，也自动断开该系统，使得该系统对外部电网不产生影响。当然，本发明的小功率太阳能电池并网发电系统也可以通过专用计量电度表直接接到用户电表前的电网上作并网发电，该专用计量电度表将记录太阳能电池并网发电系统所发的电量。从上述应用可以看出，通过使用该小功率太阳能电池并网发电系统，可以减少用电电负荷，对于用户，可以节约能源；对于发电厂而言，可以少发些电，减少环境的污染。由此可见，小功率太阳能电池并网发电系统应用符合低碳、绿色能源的应用趋势，实现起来极其方便，有巨大的社会效益。在正常用电的情况下。通过该太阳能电池并网发电系统，使太阳能得到充分利用。 因此，该太阳能电池并网发电系统具有稳定性高、成本低，安装和使用方便等特点。在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
权利要求
1.一种小功率太阳能电池并网发电系统，其特征在于，该系统包括反激式电源转换器，将光伏电池产生的第一电压转变为第二电压；转换开关电路，耦接于反激式电源转换器与电网之间，将所述第二电压转变为与所述电网同相的电压；以及控制电路，监测所述光伏电池状态和所述电网状态，并控制所述反激式电源转换器和所述转换开关电路。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述反激式电源转换器包括开关电路，与所述光伏电池耦接，将所述第一电压转变为第三电压；高频变压器，耦接于所述开关电路，将所述第三电压转变为第四电压；整流器，与高频变压器耦接，将所述第四电压整流后转变为所述第二电压。
3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述转换开关电路为桥式转换开关电路。
4.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述第二电压为按正弦规律变化的单向电压。
5.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述第三电压为矩形波电压。
6.根据权利要求1至5的任一权利要求所述的发电系统，其特征在于，该系统还包括 滤波器，耦接于所述转换开关电路与所述电网之间，滤除高频谐波。
7.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述控制电路包括监测电路，监测电网状态和所述光伏电池状态；波形检测电路，检测所述电网电压的波形变化情况；以及输出控制电路，控制所述转换开关电路的开关变化，以及控制所述反激式电源转换器的运行或关闭。
8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述监测电路判断电网是否出现停H1^ ο
9.根据权利要求7或8所述的发电系统，其特征在于，当所述电网出现停电时，所述输出控制电路停止发电系统的工作。
10.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，根据光照状态的变化，所述输出控制电路通过调整所述反激式电源转换器的工作脉冲宽度或周期，以控制所述反激式电源转换器的转换功率。
11.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，当所述电网电压的波形接近零点附近时，所述输出控制电路将发电系统的功率降到零。
12.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述电网电压为110伏或220伏的单相电压系统。
13.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述电网电压为190伏或280伏的三相电压系统。
14.根据权利要求12所述的发电系统，其特征在于，在单相电压系统中，所述发电系统使用的功率WS 6000瓦特。
全文摘要
本发明提供的一种小功率太阳能电池并网发电系统，该系统包括反激式电源转换器，将光伏电池产生的第一电压转变为第二电压；转换开关电路，耦接于反激式电源转换器与电网之间，将第二电压转变为与电网同相的电压；以及控制电路，监测光伏电池状态和电网状态，并控制反激式电源转换器和转换开关电路。该发电系统通过改变现有技术中的结构复杂、价格昂贵的逆变器系统，使用反激式电源转换器和转换开关电路替代这部分功能，由于反激式电源转换器和转换开关电路结构简单、成本较低，并且易于控制和操作，从而使得该小功率太阳能电池并网发电系统获得高效、可靠、降低成本和使用方便等多项益处。
文档编号H02J13/00GK102280900SQ201010196029
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者朱国财 申请人:上海金陵时威科技发展股份有限公司