专利名称：光伏发电船帆电气系统以及装设有该电气系统的船的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种光伏发电船帆电气系统以及装设有该电气系统的船。
背景技术：
随着时代发展和科技的不断进步，太阳能光伏发电技术已在社会生活中获得了广泛应用，这些太阳能发电装置尤其被人们安装设置在一些不能获取实时电力供应的使用电能的系统中。举例而言，例如在电动游船中，如果利用游船上的闲置空间来有机结合光伏发电装置进行光伏发电，这对于充分利用太阳能来降低能量损耗、减少环境污染将是具有十分重要意义的。然而，由于游船自身的结构及运行特点、特别是当使用由具有曲面形状的光伏组件构成的光伏系统时，致使在有太阳光照射的任何时刻下，将会出现在光伏系统内部各光伏组件组串中接受到的太阳能能量辐射不均衡、各光伏组件组串工作效率不匹配的现象，这样就使得采用传统设计的光伏系统存在着发电效率低下、太阳能利用率不高等问题。
发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏发电船帆电气系统，其安装简便、光伏系统利用率高、输出能量大且稳定可靠，能够有效解决现有技术中存在的上述问题。此外， 本发明的目的还在于提供一种装设了上述光伏发电船帆电气系统的船。为实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案如下一种光伏发电船帆电气系统，其包括光伏阵列，其包括多个串联和/或并联连接的光伏组件，所述光伏阵列装设在船帆上用于接收太阳能并将其转换成电能；能量最大化模块，其具有正、负极输入端和正、负极输出端，并通过所述正、负极输入端并联连接在所述光伏组件的背面用于控制所述光伏组件工作在最大功率点，所有能量最大化模块对应其所并联的光伏组件在所述光伏阵列中的连接位置并通过所述正、负极输出端相互连接以形成与所述光伏阵列对应的电能输出线路来输出电能；储能模块，其电连接至所述电能输出线路用于存储所述电能；和综合控制器，其电连接至所述电能输出线路和储能模块用于控制将所述电能存储至所述储能模块，还电连接在各能量最大化模块上用于控制位于同一串联线路中的能量最大化模块输出大小相等的电流。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述能量最大化模块包括最大功率点跟踪控制单元，其实时检测所并联连接的光伏组件的输出功率，并通过运行最大功率点跟踪控制程序跟踪到所述光伏组件的最大功率点，且通过匹配阻抗来使所述光伏组件工作在最大功率点；和电能转换单元，其根据所述综合控制器产生的控制信号将所述光伏组件产生的电
3能转换成与其所在的同一串联线路的电流大小相等的电流。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述最大功率点跟踪控制程序通过干扰观测法或电导增量法来跟踪到所述光伏组件的最大功率点。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述综合控制器包括充电控制单元，其用于控制将所述电能存储至储能模块；和电流协调控制单元，其用于控制位于同一串联线路中的各能量最大化模块输出大小相等的电流。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述充电控制单元为并联型充电控制器、串联型充电控制器或脉宽调制控制器。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述能量最大化模块所并联的光伏组件包括单体光伏组件以及由至少两个单体光伏组件串联形成的光伏组件串。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述光伏组件串的输出电压与所述单体光伏组件的输出电压大小相等。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述储能模块为磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池、镍镉蓄电池或镍氢蓄电池。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述综合控制器还控制所述储能模块供电给船的动力系统。在上述的光伏发电船帆电气系统中，优选地，所述光伏组件的表面与所述船帆的表面形状相匹配。一种装设有上述任一项所述的光伏发电船帆电气系统的船。优选地，所述船是电动游船。本发明的有益效果在于本发明的光伏发电船帆电气系统具有光伏组件接线简单、走线隐蔽、发电效率高，系统输出能量大并且运行稳定可靠等众多优点。在针对现有的船体进行改造，将本发明的光伏发电船帆电气系统装设在其船帆上后，可以主动、有效地收集太阳能并将其最优化地转换为电能，从而能更好地为船的持续、安全运行提供动力保障， 同时还能降低能量损耗、减少环境污染。
以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。其中图1是本发明的光伏发电船帆电气系统的一个较佳实施例的组成示意图。图2是示意性地将图1中较佳实施例安装在船帆上后的主视图。图3是示意性地将图1中较佳实施例安装在船帆上后的立体图。图4是图1中较佳实施例的能量最大化模块之间连接、以及能量最大化模块与单体光伏组件或与光伏组件串之间连接的示意图。附图标记说明1单体光伏组件1’光伏组件串2能量最大化模块3综合控制器4储能模块5船帆骨架具体实施方式请同时参照图1、2和3，它们通过示意方式显示出了本发明的光伏发电船帆电气系统的一个较佳实施例的组成以及将其装设在船(例如，电动游船或其他任何适宜类型的船等)的船帆上后的结构视图。如图1所示，在该较佳实施例中，本光伏发电船帆电气系统包括由多个串联和/或并联连接(依据所需的电压和电流以及光伏组件的规格来进行串、并联)的光伏组件组成的光伏阵列、能量最大化模块2、综合控制器3和储能模块4。其中，光伏阵列是本发明中的能量采集和产生部件，其被装设在船的船帆骨架5上，以便从较高的高度来接收太阳能并将其转换成所需要的电能。具体而言，可以采用现有技术中任何已知的、适宜采用的例如螺钉、螺栓等安装部件(未示出)将上述光伏阵列牢固地安装在船帆骨架5上。组成光伏阵列的光伏组件的表面优选地被构造成与船帆的表面形状相匹配，例如，可以将光伏组件的表面制成与船帆所具有的曲面结构相一致的曲面形状。尽管如此，由于船帆会随着风向的改变而不断地变换调整角度，这仍难免造成不同光伏组件的瞬时阳光能量获得值存在着较大差别，此差别的出现会相当程度地降低整个系统的发电效率。因此为了消除上述差别所造成的不利影响，在本较佳实施例中专门设计了能量最大化模块2。总体而言，能量最大化模块2的功能在于一方面使得光伏组件工作在最大功率点，另一方面优选地应使得与其并联的各光伏组件所产生的电压大小相等(此处的电压大小相等包括对于某个确定的具体数值的非实质性偏差，例如士0. 1%, 士0.5%、士或其他的类似数值范围)，以下将对能量最大化模块2的工作特点、连接方式等方面进行详细说明。如图4所示，在上述的较佳实施例中，能量最大化模块2具有正、负极输入端并且通过它们并联连接在光伏组件的背面(即与接收太阳能的正面相反的面)，以便控制光伏组件工作在最大功率点。同时，能量最大化模块2还具有正、负极输出端，对于所有的能量最大化模块而言并非是一定需要完全采用串联连接，而应当是对应于其所并联的光伏组件在光伏阵列中的连接位置并且通过上述的正、负极输出端进行相互连接，从而形成了与光伏阵列对应的电能输出线路(未图示)进行电能输出。在一个未示出的示例中，能量最大化模块2可以包括最大功率点跟踪控制单元和电能转换单元，最大功率点跟踪控制单元的功能在于实时地检测所并联连接的光伏组件的输出功率，并且通过运行最大功率点跟踪控制程序(例如，采用现有技术中的干扰观测法或电导增量法等)跟踪到光伏组件的最大功率点，且通过匹配阻抗来使光伏组件工作在最大功率点，而电能转换单元则是用来根据后面将详述的综合控制器3产生的控制信号将光伏组件产生的电能转换成与其所在的同一串联线路上的电流大小相等的电流。再请参阅图4，需要指出的是，与能量最大化模块2进行并联连接的可以是单体光伏组件1，也可以是由两个或两个以上的单体光伏组件串联形成的光伏组件串1’。如前所述，与能量最大化模块并联连接的各光伏组件串或单体光伏组件所产生的电压大小被控制为相等，从而使得单体光伏组件或者光伏组件串在任意工作时刻都是处于各自的最大功率点处，以此来解决前述的光伏系统中不同光伏组件的瞬时接收阳光能量存在较大差异、辐射不均衡所造成的系统效率低下的问题。在图4中的中间仅是示意性地图示出了仅由两个单体光伏组件组成的光伏组件串1’，这样光伏组件串1’在各种不同的应用情形下可能包括有数目不同的单体光伏组件。
在图1中还示意性地图示出了综合控制器3，它是被设置成电连接至电能输出线路和储能模块4以便将电能输出线路输出的电能存储到储能模块4中，同时也将综合控制器3设置成电连接在各能量最大化模块2上，以便控制位于同一串联线路中的能量最大化模块使得它们所输出的电流大小都保持相等。在一个未示出的示例中，综合控制器可以包括充电控制单元和电流协调控制单元，前者是被设置用来将电能存储至储能模块，而后者则是用来使得位于同一串联线路中的各能量最大化模块输出大小相等的电流。对于上述的充电控制单元而言，它可以采用例如并联型充电控制器、串联型充电控制器或脉宽调制控制器等现有器件。另外，在图1中也图示出了储能模块4，该储能模块4被设置成电连接至电能输出线路，以便用来存储最终获得的电能，这样的电能被收集、存储后可以根据需要而被加以各种应用，例如通过上述的综合控制器3来控制供给船上各种设备使用、或者在船登陆后将储能模块4卸载下并将该电能移作他用。在优选的情形下，储能模块4可以为磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池、镍镉蓄电池或镍氢蓄电池等。当然，在另外的优选实施例中是通过综合控制器3来控制储能模块4直接将电能提供给船的动力系统，从而将经转换太阳能所得到的电能提供给该动力系统，这样的电能可以是在船的行进过程中随时被投入使用，也可以是作为备用能源而在船自身的动力系统能量耗尽或者出现故障时进行替代性使用以提高机动灵活性和安全性。以上以列举若干具体实施例的方式来详细阐明本发明的光伏发电船帆电气系统以及装设有该电气系统的船，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。
权利要求
1.一种光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述光伏发电船帆电气系统包括光伏阵列，其包括多个串联和/或并联连接的光伏组件，所述光伏阵列装设在船帆上用于接收太阳能并将其转换成电能；能量最大化模块，其具有正、负极输入端和正、负极输出端，并通过所述正、负极输入端并联连接在所述光伏组件的背面用于控制所述光伏组件工作在最大功率点，所有能量最大化模块对应其所并联的光伏组件在所述光伏阵列中的连接位置并通过所述正、负极输出端相互连接以形成与所述光伏阵列对应的电能输出线路来输出电能；储能模块，其电连接至所述电能输出线路用于存储所述电能；和综合控制器，其电连接至所述电能输出线路和储能模块用于控制将所述电能存储至所述储能模块，还电连接在各能量最大化模块上用于控制位于同一串联线路中的能量最大化模块输出大小相等的电流。
2.根据权利要求1所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述能量最大化模块包括最大功率点跟踪控制单元，其实时检测所并联连接的光伏组件的输出功率，并通过运行最大功率点跟踪控制程序跟踪到所述光伏组件的最大功率点，且通过匹配阻抗来使所述光伏组件工作在最大功率点；和电能转换单元，其根据所述综合控制器产生的控制信号将所述光伏组件产生的电能转换成与其所在的同一串联线路的电流大小相等的电流。
3.根据权利要求2所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述最大功率点跟踪控制程序通过干扰观测法或电导增量法来跟踪到所述光伏组件的最大功率点。
4.根据权利要求1所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述综合控制器包括充电控制单元，其用于控制将所述电能存储至储能模块；和电流协调控制单元，其用于控制位于同一串联线路中的各能量最大化模块输出大小相等的电流。
5.根据权利要求4所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述充电控制单元为并联型充电控制器、串联型充电控制器或脉宽调制控制器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述能量最大化模块所并联的光伏组件包括单体光伏组件以及由至少两个单体光伏组件串联形成的光伏组件串。
7.根据权利要求6所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述光伏组件串的输出电压与所述单体光伏组件的输出电压大小相等。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述储能模块为磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池、镍镉蓄电池或镍氢蓄电池。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述综合控制器还控制所述储能模块供电给船的动力系统。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的光伏发电船帆电气系统，其特征在于，所述光伏组件的表面与所述船帆的表面形状相匹配。
11.一种装设有根据权利要求1-10中任一项所述的光伏发电船帆电气系统的船。
12.根据权利要求11所述的船，其特征在于，所述船是电动游船。
全文摘要
本发明涉及一种光伏发电船帆电气系统，包括装设在船帆上的光伏阵列，其包括多个串联和/或并联连接的光伏组件；具有正、负极输入端和正、负极输出端的能量最大化模块，其通过正、负极输入端并联在光伏组件背面且使其工作在最大功率点，其对应所并联的光伏组件在光伏阵列中的连接位置并通过正、负极输出端相互连接形成与光伏阵列对应的电能输出线路来输出电能；电连接至电能输出线路以存储电能的储能模块；综合控制器，电连接至电能输出线路和储能模块以使电能存储至储能模块，还电连接至各能量最大化模块以控制位于同一串联线路中的能量最大化模块输出大小相等的电流。本发明还涉及装设有上述电气系统的船。本发明输出能量大且能量利用率高。
文档编号H02N6/00GK102457213SQ20101053789
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者李金刚, 陈文华, 韦喨 申请人:尚德能源工程有限公司, 无锡尚德太阳能电力有限公司