专利名称：一种一体化便携式太阳能电站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能电站，特别涉及一种一体化便携式的太阳能电站。
背景技术：
随着社会经济的发展，对能源的需求也越来越大，而传统能源如煤炭、石油等，资源有限，并且存在环境污染问题。太阳能作为一种可再生能源，具有清洁、使用无污染、分布广泛、取之不尽用之不竭等特点。如何有效使用太阳能发电是解决能源危机和环境问题的有效手段之一，这已成为各国的共识，也成为目前研究的热点问题。太阳能发电系统产生的是直流电能，对于太阳能路灯或通讯基站等需要直流电源的设备使用比较方便。但对于许多用电场合，多数负载需要交流电源，因此使用时需要加装直流到交流的转换装置。目前，输出交流电源的太阳能发电系统主要应用方案有建筑光伏和地面光伏两种，屋顶光伏发电系统是建筑光伏的主要形式，一般多应用在城市的楼顶，而地面光伏一般应用在电网不能到达的边远山区，采用离网结构，为某一地区专门供电。这两种形式都存在体积大，需要大的专用场地，安装复杂，安装后不能移动等特点，并且系统安装时需要专业人员到现场进行安装调试，如果运行中出现故障，也需要专业人员到现场进行检查维修，这些都限制了太阳能发电利用的灵活性。鉴于此，太阳能发电这种方式未能有效走入千家万户，限制了太阳能发电系统的推广和利用。如果能设计一种太阳能电站，在确保稳定性的基础上，减少安装的复杂性，提高电站的便携性和可移动性，一定能使太阳能发电系统得到有效推广。
实用新型内容本实用新型需要解决的问题是，设计一种太阳能电站，要求体积小，重量轻，用户可结合实际需要，选择电站安装位置，家庭用户可将电站安装于阳台或窗台上，移动交流负载可安装于移动设备上。技术方案一种一体化便携式太阳能电站，它由光伏组件、散热器、蓄能装置、控制装置、保护装置、直流到交流转换装置和通讯装置组成，安装成一个的整体，能够通过交流输出线输出的交流电能，所述蓄能装置可切换。当一台电站的输出电能不能满足负载需要时，用户可以采用多台电站并联，提高输出功率，并联系统利用通讯总线实现主从控制，对并联系统进行协调，当系统中某台电站出现故障时，会自动与交流母线断开。作为优化，将整个单相离网型太阳能电站系统集成在一个体积不大的箱体内，避免了太阳能电站安装时复杂的布线和调试工作，无需专业人员安装，用户根据说明书连接几根简单的插头即可使用。作为优化，电站面积不超过2m2，重量不超过10Kg。作为优化，系统输出电压、频率可根据用户需要进行调整，电压可通过拨码开关选择100V、110V、220V或380V四档，频率可通过拨码开关选择50Hz或60Hz两档，如需其他电压或频率，可通过修改软件进行调整。作为优化，系统集成了保护功能，具有欠压保护、直流过流保护、交流过流保护、交流过压保护和电站过热保护，保护功能齐全，能保证电站和负载的安全。作为优化，当一台电站不能满足负载需要时，可将多台电站并联，提高输出功率， 最大并联台数不超过100台，且并联系统中某台电站出现故障时，自动断开与交流母线的联系，以免影响整个系统。作为优化，电站并联时，采用主从控制的方式，主电站通过竞争机制产生，即最早通过通讯总线发出瞬时电流的电站为主电站，其他电站为从电站，主电站采用电压、电流双闭环控制，从电站采用通讯总线接收的主电站电流瞬时值为给定值，实现电流闭环控制，能较好的控制电站输出电压及电流，保证各电站之间互不影响。作为优化，可根据用户实际情况选配蓄能装置，如果用户在光照较好的白天使用， 可不配蓄能装置，以节省成本；如果用户在家庭使用，可选用外接铅酸蓄电池，以降低成本， 提高性价比；如果用户希望电站占有空间较小，或经常需要移动，可选配内置锂电池，以提高灵活性，控制装置可自动判断蓄能装置的不同，选择不同的充放电控制策略。作为优化，交流电能可选择输出接头将电能输出，也可选择输出插孔将电能输出， 在系统并联时，可将后一台电站的插头插入前一台的插孔中，依次连接，形成交流母线，最终交流电能通过最前端电站的交流输出接头或最后端电站的交流输出插孔将电能输出，每台电站的通讯总线也配有接头和插孔两种连接方式，后一台的插头可插入前一台的插孔中，形成通讯总线，方便主电站发出瞬时电流信号，以便从电站跟随，这种连接方式简单，便于用户连接，且通讯总线的插头、插孔与交流输出线的插头、插孔尺寸不匹配，不用担心误接而损坏电站。该电站不需要专业人员安装调试，用户根据说明书介绍的方法，简单连接几根线路接头就可使用，减少了安装的复杂程度。电站输出为交流电能，电压可通过拨码开关选择 100￥、11(^、22(^或38(^四档，频率可通过拨码开关选择50Hz或60Hz两档，如需其它电压或频率，可通过修改软件进行调整。电站内部具有欠压保护、直流过流保护、交流过流保护、交流过压保护和电站过热保护，保护功能齐全，能保证电站和负载的安全。该电站可根据用户需要自行选择蓄能方式，如用电设备主要在阳光充足的地区白天使用，可选择不装蓄能装置，减少成本；如用电设备为移动设备或用户需要经常移动电站位置，可选择内置体积小、重量轻的锂电池作为蓄能装置，以提高电站的便携性；如用电设备主要为家用电器， 电站不需经常移动，可选择铅酸蓄电池作为蓄能装置，节约成本，提高性价比；系统根据识别出的蓄能装置类型，选择不同的充放电控制策略。当一台电站不能满足负载需要时，可将多台电站并联，提高输出功率，为保证系统稳定可靠，最大并联台数不超过100台。并联电站采用主从控制的方式，主电站通过各电站竞争机制产生。主电站采用电压、电流双闭环控制，从电站采用通讯总线接收的主电站电流瞬时值为给定值，实现电流闭环控制，能保证各电站之间互不影响，系统稳定可靠。当并联系统中某台电站出现故障时，自动断开与交流母线的联系，以免影响整个系统。用户可根据负载用电情况，灵活选择使用几组电站并联，提高系统的载荷能力，且并联系统具有热插拔功能。有益效果本实用新型所述的一种一体化便携式太阳能电站，稳定、安全、使用方便，适合一般家庭推广和使用。
图1是本实用新型的结构布局示意图；图2是本实用新型的内部组成及电站并联示意图；图3是本实用新型的并联系统控制框图；图4是本实用新型的单机控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明如图1所示，一种一体化便携式太阳能电站，包括光伏组件11、电路固定装置12、 交流输出插头13、交流输出插孔14、通讯总线插头15、通讯总线插孔16、直流输出接线17、 锂电池固定装置18和散热器19组成。图中，a为其光伏组件11的背面各部分布局图，b为电站左视图。光伏组件11背面安装有散热器19和电路安装盒10。在电路安装盒10内，左侧为锂电池固定装置18，该部分可空置或使用直流输出接线17外接铅酸蓄电池。在电路安装盒10右侧为电路固定装置12，检测及控制单元、直流到交流转换单元、保护单元和通讯单元都集成在该部分，该部分将直流电能转换成交流电能，经交流输出插头13或交流输出插孔14输出。用户可根据负载需要，通过拨码开关101选择输出交流电能的电压为220V、 380V、IlOV或100V，通过拨码开关102选择输出交流电能的频率为60Hz或50Hz，如需其他电压和频率，需通过修改软件实现。由于考虑电站的便携性，本实用新型的体积较小，一般单台电站面积不超过2平米，重量不超过10Kg，这样造成了其输出功率不会太高，因此当一台电站不能满足负载需要时，可以采用多台电站并联以提高输出功率。为避免并联电站之间相互影响，损坏电站，本实用新型采用通讯总线协调控制各电站，实现输出电能的控制， 电站间通讯通过通讯总线插头15或通讯总线插孔16实现。图2为一体化便携式太阳能电站内部组成及多站并联示意图其中，200与201为两台结构相同的一体化便携式太阳能电站，通过通讯总线和交流母线实现并联，采用相同方法可实现多台电站并联，提高输出功率。对于单台一体化便携式太阳能电站200，框内带有箭头的虚线表示信号流，实线表示能量流。光伏组件23将光能转换成直流电能，经直流到交流的转换装置25，输出交流电能。光伏组件23产生的电能如果对负载供电还有剩余时， 检测及控制装置22发出指令，对蓄能装置27进行充电，蓄能装置可选择空置、锂电池观或铅酸蓄电池四三种情况，检测及控制装置22可判断蓄能装置的类型，从而采用不同的充放电控制策略。光伏组件23产生的电能不能满足负载需要时，检测及控制装置22发出指令， 使用蓄能装置27放电，补充电能。同时检测及控制装置22对蓄能装置27进行检测，防止过充与过放。保护装置26具有欠压保护、直流过流保护、交流过流保护、交流过压保护和过热保护等功能，在电站出现故障时，停止电站工作，并通过显示装置提示故障原因。散热装置M采用风冷方式对直流到交流的转换装置25进行散热，防止温度过高损坏元件。直流到交流转换单元25通过输出控制继电器206与交流输出插头203和交流输出插孔202相连。需要并联时，第二台电站的交流输出插头203(同图1中13)插入第一台电站的交流输出插孔202(同图1中14)中，多台电站并联时方法类似，从而形成交流母线。交流电能可从第一台的电站的交流输出插头203或最后一台电站的交流输出插孔202中输出。各电站的通讯单元21接有通讯总线插头204(同图1中15)和通讯总线插孔205(同图1中16)。 需要并联时，第二台的通讯总线插头204插入第一台电站的通讯总线插孔204，形成通讯总线，从而协调各电站的输出控制。并联电站系统采用主从控制方式，各电站通过竞争产生主电站，即最早发出自身电流瞬时值的电站为主电站。主电站为电压、电流双闭环控制，输出单相交流电，并通过检测及控制装置22将检测到的瞬时输出电流送到通讯单元21中，由通讯总线向各从电站发出其瞬时输出电流值。从电站的通讯单元21接收到主电站瞬时输出电流信号，传给检测及控制装置22，作为从电站电流闭环控制的给定信号，使从电站跟随主电站的输出电流，实现电流输出控制。当并联电站系统中某台电站发生故障时，检测及控制装置22发出信号，使该电站的输出控制继电器206断开，保证该电站不影响并联系统，也可对自身起到保护作用，避免更严重的损坏。如果主电站发生故障，除通过输出控制继电器 206断开与交流母线的联系外，还应停止通过通讯总线发送瞬时电流值，此时，其他从电站检测不到主电站发出的瞬时电流值，会再次竞争产生主电站，由新的主电站发出瞬时电流值。这种电站的并联方式不需增加额外的控制器或检测单元，通过电站与电站之间的两根线即可连接出一套稳定可靠的电站并联系统，操作简单易行，扩展性好，可实现并联电站的热插拔操作，且各电站均能稳定工作，互相几乎不产生任何影响。此外，在需要时可以通过通讯总线与PC机相连，实现上位机的监控。图3为本实用新型的并联系统控制框图。并联系统由主电站31和η个从电站32 组成，其输出接到交流母线33上。主电站采用电压、电流双闭环控制，外环采用电压PI控制，内环采用电流滞环控制。其中Uref为标准给定信号，Uctof为主电站输出电压反馈信号，二者差值经PI调节器处理后输出电流参考量，其中UKP为电压比例调节单元，UKI为电压积分调节单元。电流内环中Ittof为主电站输出电流反馈值，又作为从电站的电流给定信号，从电站也采用电流滞环控制，Inof为从电站η的输出电流反馈值。电流反馈信号与电流给定值的差值经Gi (s)放大后，经滞环控制器处理控制直流到交流变换装置，直流到交流变换装置输出的交流电量需再经低通滤波器LPF滤除高次谐波再将交流电能送至负载。该控制系统具有静态精度高，动态响应速度快，输出谐波小，电站之间不会产生相互影响等特点。图4为本实用新型的单机控制流程图。电站并联时，先检测通讯总线是否有主机发送的电流给定信号，如果有信号，则按从机运行，采用电流闭环控制方式，跟随主机电流输出，然后判断自身工作是否正常，如果不正常则通过继电器断开与交流母线之间的连接； 如果没有信号，则等待30ms后再检测通讯总线是否有信号，如果有信号，则按从机运行，如果仍然没有信号，则将自身设为主电站，采用电压、电流双闭环控制，输出220V/50HZ的单相交流信号，然后判断自身工作是否正常，如果正常，将瞬时电流值通过通讯总线发送给其他从机，如果不正常，通过继电器断开与交流母线的连接，并停止向通讯总线发送信号。
权利要求1.一种一体化便携式太阳能电站，其特征在于它由光伏组件、散热器、蓄能装置、控制装置、保护装置、直流到交流转换装置和通讯装置组成，安装成一个的整体，能够通过交流输出线输出的交流电能，所述蓄能装置可切换。
2.根据权利要求1所述的一种一体化便携式太阳能电站，其特征在于将整个单相离网型太阳能电站系统集成在一个箱体内。
3.根据权利要求1所述的一种一体化便携式太阳能电站，其特征在于电站面积不超过&ι2，重量不超过10Kg。
4.根据权利要求1所述的一种一体化便携式太阳能电站，其特征在于系统输出电压、 频率可调整，电压可通过拨码开关选择100V、110V、220V或380V四档，频率可通过拨码开关选择50Hz或60Hz两档或通过修改软件进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种一体化便携式太阳能电站，其特征在于交流电能可选择输出接头将电能输出，也可选择输出插孔将电能输出，在系统并联时，可将后一台电站的插头插入前一台的插孔中，依次连接，形成交流母线，最终交流电能通过最前端电站的交流输出接头或最后端电站的交流输出插孔将电能输出，每台电站的通讯总线也配有接头和插孔两种连接方式，后一台的插头可插入前一台的插孔中，形成通讯总线。
专利摘要本实用新型公开了一种一体化便携式太阳能电站，用于对单相交流负载供电，其包括光伏组件11、电路固定装置12、交流输出插头13、交流输出插孔14、通讯总线插头15、通讯总线插孔16、直流输出接线17、锂电池固定装置18和散热器19，并将这些装置集成为一个体积不大的整体。电站输出交流电能的电压和频率分别通过拨码开关101和102选择，蓄能装置可根据需要选择空置、内置锂电池或外接铅酸蓄电池三种情况。在一台电站不能满足需要时，可将同型号电站并联，提高输出功率，连接时将两台电站的交流输出插头13与插孔14相连，形成交流输出母线，通讯总线插头15与插孔16相连，形成通讯总线。本实用新型具有安装方便，便于移动，组合方式灵活等优点。
文档编号H02N6/00GK202268820SQ201120255499
公开日2012年6月6日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者曹莹, 浦振托, 贲礼进, 陈继永 申请人:南通纺织职业技术学院