分布式光伏发电与市电协同供电的SBR污水处理系统的制作方法

本实用新型涉及光伏发电、污水处理系统，尤其涉及一种分布式光伏发电与市电协同供电的SBR污水处理系统。

背景技术：

光伏发电相比于市电，发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染；但是，光伏发电受光照强度、季节、地区、天气等外界不可控因素影响，不能持续供给稳定的电能，尤其是在夜间，光伏阵列会停止接收太阳辐射能，光伏发电项目的调控步骤繁琐复杂。光伏发电项目在运行过程中，光伏组件会暴露在外面，会与空气中的粉尘、漂浮物相接触，在光伏组件表面会造成灰尘堆积，阻碍太阳辐射能的收集，造成发电效率降低，而大规模光伏组件的清理不仅会消耗大量水资源，而且费时费力。

Sequencing Batch Reactor(SBR)是一种比较传统的活性污泥处理方法，好氧池和厌氧池在一个空间内，通过不断搅拌和间歇曝气，去除污水内的污染指标。SBR反应器在运行过程中，工艺设备和配套组件会消耗大量的电能。光伏发电装置作为单一供电装置，很难保证SBR污水处理系统的连续正常运行。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供一种分布式光伏发电与市电协同供电的SBR污水处理系统，最大限度地利用光伏电供电，维持SBR污水处理系统的持续高效运行，并用SBR污水处理系统处理后产生的清水定期冲洗光伏组件上堆积的灰尘，保证分布式光伏发电的发电效率。

本实用新型提供的分布式光伏发电与市电协同供电的SBR污水处理系统，包括分布式光伏矩阵、智能控制系统、光伏储能系统、低压配电系统、SBR污水处理系统和光伏冲洗装置；分布式光伏矩阵分别与智能控制系统、光伏储能系统和低压配电系统连接，光伏储能系统与智能控制系统连接；低压配电系统与智能控制系统、市电系统、SBR污水处理系统的用电设备连接；光伏储能系统与市电系统和/或低压配电系统连接；SBR污水处理系统包括依次连接的格栅间、调节池、SBR反应器以及清水池；光伏冲洗装置与SBR污水处理系统中的清水池及分布式光伏矩阵连接，光伏冲洗装置与智能控制系统连接，由智能控制系统控制启闭，实现对分布式光伏矩阵的冲洗。

在上述技术方案中，分布式光伏矩阵产生的光伏电与市电同时并入低压配电系统中，智能控制系统根据光伏电发电量的多少来调控低压配电系统向SBR污水处理系统的用电设备供光伏电或市电；当分布式光伏矩阵的光伏电发电量足够为SBR污水处理系统的用电设备提供用电时，光伏电输送至低压配电系统，智能控制系统选择光伏电为SBR污水处理系统的用电设备供电；当分布式光伏矩阵的光伏电发电量过剩时，光伏储能系统在智能控制系统的调控下开启，用于储存过剩光伏电，储存的过剩光伏电可以并入市电系统或低压配电系统；当分布式光伏矩阵的光伏电发电量不足以维持SBR污水处理系统的正常运转时，智能控制系统调控市电进行补给；智能控制系统监测光伏电发电量的变化，当光伏电发电量下降至一定程度时，控制光伏冲洗装置抽取SBR污水处理系统中清水池中的水，对光伏组件进行冲洗。

在上述技术方案中，优选地，分布式光伏矩阵中的光伏组件铺设在SBR污水处理系统的现场，包括屋顶、墙面、草坪、空地、SBR污水处理系统上方空间中的一个或多个区域，空地包括设备单元之间的空地。这种铺设方式可以最大限定地利用厂区面积，更多地接收太阳能的辐射能量。

优选地，铺设在屋顶的光伏组件与水平方向的夹角为17度，和/或，铺设在草坪或空地上的光伏组件与水平方向的夹角为32度。这两个夹角可以保证铺设在相应位置的光伏组件在全年都可以收集较多的太阳能。

光伏组件通过支架结构安装在彩钢瓦屋顶上，支架结构包括夹具和固定在夹具上的导轨，夹具装夹在彩钢瓦的瓦楞上，光伏组件通过组件压块固定在导轨上；和/或，光伏组件通过混凝土支墩安装在混凝土屋顶上，混凝土支墩与混凝土屋顶表面之间设有保护层，保护层上敷设有防水卷材，每个混凝土支墩上设有两个支架，其中一个支架下方固定有后立柱，两个支架上分别固定支架斜梁的两端，支架斜梁的两端上侧均固定有水平方向的支架横梁，光伏组件的两端固定在支架横梁上。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，分布式光伏矩阵包括光伏组件、与光伏组件连接的汇流箱、与汇流箱连接的第一逆变器，汇流箱与第一逆变器均与智能控制系统连接，第一逆变器与低压配电系统连接。分布式光伏矩阵产生的直流型光伏电经第一逆变器转化成交流光伏电，交流光伏电输送至低压配电系统后，可以直接为用电设备供电，即发即用，省去了储能过程以及长距离输电过程，同时节能环保，使用清洁绿色能源，缓解了市政供电压力，可以最大化的利用太阳能能源。

优选地，光伏储能系统包括充电器、与充电器连接的第二逆变器以及与第二逆变器连接的电池组，充电器与第一逆变器以及智能控制系统连接，第二逆变器还与智能控制系统、低压配电系统以及市电系统相连，智能控制系统控制第二逆变器的启闭，电池组还与智能控制系统连接，由智能控制系统控制是否放电。光伏储能系统用于存储分布式光伏矩阵为SBR污水处理系统供电后过剩的电能，光伏电过剩时，智能控制系统控制充电器开启，过剩的交流电经充电器、第二逆变器转化为直流电储存至电池组中，电池组中的直流电经第二逆变器可转化为交流电，转化后的交流电可并入市电系统，或并入低压配电系统，为SBR污水处理系统的用电设备、厂区的用电设备供电，还可用于上网。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，分布式光伏矩阵上设有环境监测系统，环境监测系统包括监测支架以及安装在监测支架上的风速传感器、风向传感器、日照辐射表和测温探头，分别用于测量风速、风向、太阳光辐射强度和环境温度，智能控制系统与风速传感器、风向传感器、日照辐射表和测温探头连接，获取风速、风向、太阳光辐射强度和环境温度的参数。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，光伏冲洗装置包括抽吸泵和水路管线，抽吸泵与SBR污水处理系统内的清水池相连用于抽吸清水池中的清水，水路管线的一端与抽吸泵连接，一端固定在分布式光伏矩阵中的光伏组件上方；智能控制系统与抽吸泵连接控制抽吸泵的启停。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，智能控制系统包括数据采集器和连接数据采集器的监控系统；监控系统包括依次连接的工控机、工作站和报警器，工控机、工作站和报警器均放置在中控室内，工控机与数据采集器连接，数据采集器将采集到的数据传输至工控机，工控机与工作站连接，工控机将重要数据导入到工作站并在工作站的显示屏上显示，对重要数据进行实时监控，同时在工作站上设置报警值范围，当重要数据的值高于或低于预设的报警值时，报警器开启，当数据值在正常范围内时，报警器关闭。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，低压配电系统包括与分布式光伏矩阵连接的变压器、与变压器及市电线路连接的电路调节器。光伏电通过变压器转变成与市电一致的电压，并经电路调节器调节选择性地为用电设备供电。

在上述任一技术方案的基础上，优选地，在SBR污水处理系统中，调节池与SBR反应器之间设有提升泵；SBR反应器中设有搅拌器和曝气装置，SBR反应器上还连接有加药泵，SBR反应器通过污泥外排装置与污泥池连接；SBR反应器与清水池之间设有抽吸泵，清水池内设有消毒装置。

上述各技术方案均可实现以下有益效果：1.光伏发电与市电协同供电，降低光伏发电不足时对用电设备的高效运行带来的不利影响，本实用新型中的光伏电即发即用，实现节能环保的目的；2.用SBR污水处理系统的清水池中的水冲洗光伏组件上的积尘，一方面提高光伏组件的发电效率，一方面促进污水的二次利用；3.整个系统采用智能控制，操作更方便、运行更高效，智能控制系统可以实现对光伏发电的集中监控，可以根据光伏电的发电量的情况，控制光伏电为用电设备供电，或同时控制光伏电和市电为用电设备供电，并且根据发电量的多少对光伏储能系统进行调控，过剩的光伏电经智能控制系统的调控存储在光伏储能系统中，过剩的光伏电可以并入市电系统或低压配电系统，最大限度地利用光伏电，减少浪费。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为彩钢瓦屋顶上安装光伏组件的结构示意图；

图3为混凝土屋顶上安装光伏组件的结构示意图；

图4为光伏储能系统的结构框图；

图5为SBR污水处理系统的流程框图；

图6为光伏冲洗装置与清水池及光伏组件连接的结构示意图；

图7为智能控制系统的结构框图；

图8为环境监测系统的结构框图。

图中，1、分布式光伏矩阵；11、光伏组件；12、支架结构；121、夹具；122、导轨；123、组件压块；13、混凝土支墩；131、防水卷材；132、支架；133、后立柱；134、支架斜梁；135、支架横梁；2、智能控制系统；3、光伏储能系统；4、低压配电系统；5、SBR污水处理系统；6、光伏冲洗装置；7、环境监测系统。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的实施方式进行详细的解释和说明。

如图1所示的光伏发电与市电协同供电的SBR污水处理系统，包括分布式光伏矩阵1、智能控制系统2、光伏储能系统3、低压配电系统4、SBR污水处理系统5和光伏冲洗装置6；

分布式光伏矩阵1分别与智能控制系统2、光伏储能系统3和低压配电系统4连接，光伏储能系统3与智能控制系统2连接，由智能控制系统2控制启闭，智能控制系统2控制分布式光伏矩阵1产生的光伏电输送至低压配电系统4，或者，一部分输送至低压配电系统4，一部分存储至光伏储能系统3；

低压配电系统4与SBR污水处理系统5的用电设备、智能控制系统2以及市电系统连接，智能控制系统2控制低压配电系统4为SBR污水处理系统5的用电设备供应光伏电和/或市电；

光伏储能系统3与市电系统和/或低压配电系统4连接，将储存的光伏电并入市电系统和/或低压配电系统4；

光伏冲洗装置6与SBR污水处理系统5中的清水池及分布式光伏矩阵1连接，光伏冲洗装置6与智能控制系统2连接，由智能控制系统2控制启闭，实现对分布式光伏矩阵1冲洗的目的。

分布式光伏矩阵1采用多晶硅光伏组件11，光伏组件11铺设在SBR污水处理系统的现场，包括屋顶、墙面、草坪、空地、水处理系统上方空间中的一个或多个区域，屋顶、墙面可以是设备间、机房的屋顶或墙面，空地包括设备单元间隔的空地、房屋之间的空地，每个区域的光伏组件形成1个光伏发电单元，这种光伏组件的铺设方式不会占用大面积的土地，最大限度地合理利用厂区内能接受太阳能的区域，接收更多的太阳能辐射能量；

一般情况下，太阳能并网发电系统的方阵倾角接近当地纬度，但由于建设地气候条件和地面状况的影响，使得最佳倾角与纬度有一定的偏差。在我国北方或相似纬度的其他地区以及南半球相对称的地区，铺设在屋顶的光伏组件11与水平方向的夹角采用最优夹角17度，铺设在草坪或空地上的光伏组件11与水平方向的夹角采用最优夹角32度，在我国北方，光伏组件11朝向正南方向铺设，这两个最优夹角可以保证光伏组件在全年都可以收集较多的太阳能,而不用随着季节的变化对光伏组件的倾斜度进行及时改变，可以实现“一劳永逸”的效果。

彩钢瓦屋顶上安装光伏组件的结构示意图如图2所示，彩钢瓦的瓦楞上安装有支架结构12，支架结构12采用铝合金支架结构系统做为其支撑体系，用于承担太阳能光伏阵列所负荷的自重、风荷载、活荷载、雪荷载、地震力等荷载，并将以上荷载传至彩钢瓦屋面，支架结构12包括夹具121和固定在夹具121上的导轨122等构件，各构件之间通过螺栓固定或焊接形成稳定的结构体系，夹具121装夹在彩钢瓦的瓦楞上，光伏组件11固定在导轨122上；固定光伏组件11时，在光伏组件11与螺栓之间垫上组件压块123，可以有效降低螺栓对光伏组件11的磨损，彩钢瓦在铺设时可以与水平面呈17度夹角，光伏组件与彩钢瓦平行即可；屋顶为混凝土时，其上安装光伏组件的结构示意图如图3所示，原有屋面上方本身设置有一层用于防水的保护层，保护层上设置足够多的条形混凝土支墩13，在混凝土支墩13与原有屋面保护层的连接处敷设一层改性沥青防水卷材131，将混凝土支墩13与原有屋面的保护层隔离开，确保原有屋面的防水性能；每个混凝土支墩13上均设有两个支架132用于支撑光伏组件，偏北一侧的支架下方固定有后立柱133，两个支架133上分别固定支架斜梁134的两端，支架斜梁134的两端上侧均固定有水平方向的支架横梁135，光伏组件11的两端固定在支架横梁135上，当混凝土屋顶为水平设置时，支架斜梁134与屋顶可采取32度夹角。

分布式光伏矩阵1还包括与光伏组件连接的汇流箱以及与汇流箱连接的第一逆变器，每个区域中的光伏组件11均设置一个并网点，并网点处设有并网逆变器，将直流电转变成交流电，通过0.4kV的低压线缆接入低压配电系统4，也即每个光伏发电单元配备一个汇流箱和第一逆变器，两者均就地安装，第一逆变器即为并网逆变器，光伏组件将太阳能转换成直流电，直流电汇流至汇流箱，然后经第一逆变器转换成较为稳定的交流电；汇流箱可以监控光伏组件产生的电流、电压、失效报警数据、无线传输等数据，运行人员可就地对每台汇流箱的设置参数、电流/电压数据、设备状况、事故记录等进行查看；第一逆变器上设有显示屏和触摸式按键，运行人员可就地通过显示屏观察第一逆变器上的电量显示信息、参数设置信息、故障报警信息等，还可通过触摸式按键对第一逆变器的参数进行设定，以及完成对第一逆变器开启或关闭的控制。第一逆变器本体内部配置保护装置，包括直流检测部分、直流接地部分、自动电压调整部分以及防单独运行部分，使其具有直流输入过/欠压保护、输出过压/过载保护、过流保护、过热保护、孤岛保护检测等功能。分布式光伏矩阵1中的汇流箱和第一逆变器均与智能控制系统2连接，智能控制系统2可以实时监控经过第一逆变器转化后的交流电参数，例如分布式光伏矩阵1的当前发电总功率、累计总发电量、日总发电量等。

分布式光伏矩阵1的第一逆变器输出的交流电及市电系统中的市电均并入低压配电系统4，低压配电系统包括配电变电所、配电变压器、高压配电线路、低压配电线路以及相应的电路调节器，将市电以及逆变器输出电供SBR污水处理系统5中的负载使用。低压配电系统4与SBR污水处理系统5内的用电设备连接，分布式光伏矩阵1产生的光伏电经智能控制系统2的调控优先于市电为SBR污水处理系统5供电，即发即用，省去了储能过程以及长距离输电过程，同时节能环保，使用清洁绿色能源，缓解了市政供电压力，可以最大化的利用太阳能能源。将智能控制系统2中显示的光伏电当前发电总功率与用电设备的总负荷进行比较，当光伏电不足时，市电进行补充供给，可以最大化地利用光伏发电的电能。

光伏储能系统3用于存储分布式光伏矩阵1为SBR污水处理系统5供电后过剩的电能，也即，当智能控制系统2中显示的光伏电当前发电总功率大于用电设备的总负荷时，用电设备需要的那部分光伏电输送至低压配电系统4，而过剩的那部分存储至光伏储能系统3。光伏储能系统3包括充电器、与充电器连接的第二逆变器以及与第二逆变器连接的电池组，如图4所示，第二逆变器同时与市电系统和低压配电系统4相连，第一逆变器输出的过剩的交流电经第二逆变器转化为直流电储存至电池组中，电池组中的直流电经第二逆变器转化成交流电后可以并入市电系统，或为SBR污水处理系统5的用电设备、厂区的用电设备供电，或者他用，例如上网。

如图5所示，SBR污水处理系统包括依次连接的格栅间、调节池、SBR反应器以及清水池，调节池与SBR反应器之间均设有提升泵；SBR反应器中设有搅拌器和曝气装置，SBR反应器上还连接有加药泵，SBR反应器通过污泥外排装置与污泥池连接；SBR反应器与清水池之间设有抽吸泵，清水池内设有消毒装置。

污水经提升泵进入到格栅间，将较大的悬浮物过滤掉，并对格栅间的格栅网进行定期排渣，污水经格栅间后在提升泵的作用下进入调节池，在调节池内蓄水均一化水质，调节池具有一定的蓄水能力，可缓解前端供水压力，当进水过多或过少时，提供缓冲作用，保证SBR反应器能持续供水。调节池内的水经提升泵进入到SBR反应器内，在SBR反应器中按时间顺序有进水、曝气、沉淀、排水和待机5个基本工序，具有工艺简单、占地面积小、耐冲击负荷高、运行费用低等优点，在SBR反应器好氧阶段、会进行曝气与搅拌，缺氧和厌氧阶段会进行搅拌，使污泥与污水充分接触，分解污染物，在SBR反应器运行过程中，通过加药泵投加部分碳源，促进生化反应，快速分解污染物；SBR反应器会定期排泥，SBR反应器内的污泥在污泥外排装置的作用下排至污泥池，污泥脱水后外运；SBR反应器内的出水经抽吸泵进入清水池中，清水池中的水经消毒装置处理后可回收再利用，可以用于洗车、绿化带灌溉、景观用水等，同样可以用于定期冲洗光伏组件上的灰尘，提高光伏组件的发电效率。SBR污水处理系统5中的提升泵、搅拌器、曝气装置、加药泵、污泥外排装置、抽吸泵和消毒装置等用电设备均与低压配电系统4连接，由之供电。

光伏冲洗装置6包括抽吸泵和水路管线，如图6所示，抽吸泵与SBR污水处理系统5内的清水池相连，用于抽吸清水池中的清水冲洗光伏组件上的灰尘，抽吸泵由智能控制系统2控制启停；水路管线的一端与抽吸泵连接，一端固定在光伏组件上方，采用多孔喷水的方式，从光伏组件上方，从上往下，沿着光伏组件的倾斜角度进行冲洗，只能控制系统可控制冲洗速度。每个光伏发电单元至少配备一套光伏冲洗装置6，水路管线可以是多条，用于冲洗不同的光伏组件。

如图7所示，智能控制系统2包括数据采集器和连接数据采集器的监控系统，监控系统包括依次连接的工控机、工作站和报警器，工控机、工作站和报警器均放置在中控室内，工控机与数据采集系统连接，数据采集器将采集到的数据传输至工控机，工控机将重要数据导入到工作站并在工作站的显示屏上显示，对重要数据进行实时监控，同时在工作站上设置报警值范围，当重要数据的值高于或低于预设的报警值时，报警器开启，当数据值在正常范围内时，报警器关闭。每个光伏发电单元配备一台数据采集器，数据采集器通过RS485总线与光伏发电单元中的汇流箱、第一逆变器连接，获取汇流箱、第一逆变器的运行参数、故障状态、发电参数等信息，监测汇流箱中光伏矩阵的电压、电流等直流侧运行数据以及第一逆变器的输出电流、功率、功率因数等交流侧运行数据，数据采集器采集的信息可通过有线或无线的方式传输至监控系统，采用有线方式传输时，可选择屏蔽双绞线将信息传至监控系统的工控机，通过工控机可以实时监测光伏发电系统状态；工控机将数据信息导入到工作站并在工作站的显示屏上显示，监控系统将接收到的发电信息统计形成当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、每天发电功率的曲线图呈现在显示屏上，以及相应地统计逆变器的输入输出运行参数和相关故障报警信号。同时对SBR污水处理系统5的各用电设备单元运行参数以及运行状态进行汇总以及监测。重点数据进行实时监控，同时设置报警值，当重点数据的值高于或低于报警值时，报警器开启，当数据值在正常范围内时，报警器关闭。运行人员可就地通过数据采集器的人机对话界面，对每台汇流箱以及第一逆变器的参数、设备状况、事故记录等信息进行查看，还可在监控系统的工控机上查看光伏发电的发电数据、运行数据和故障数据。监控系统与汇流箱、第一逆变器连接，能够单独对每台汇流箱及第一逆变器进行启停操作、参数设置等，不同的控制操作需相互闭锁，同一时间只接收一种控制命令。

智能控制系统2的监控系统与光伏储能系统3连接，通过工控机控制光伏储能系统3中充电器的开启和关闭，当光伏储能系统3供电时，电能经第二逆变器后由直流电转变为交流电，然后输送至低压配电系统4，由低压配电系统4为用电设备供电。当分布式光伏矩阵1产生的光伏电过剩时，光伏储能系统3的充电器在监控系统的控制下开启，用于存储过剩的光伏电；当光伏储能系统3充电完毕后仍然有光伏电过剩时，电池组在工控机的控制下进行放电，电池组中的光伏电可经第二逆变器转化成交流电后并入市电线路；当光伏电刚好可以供SBR污水处理系统5的用电设备用电或光伏电不足时，充电器关闭,光电直接输送至低压配电系统4，光伏储能系统3不进行储电；当光伏储能系统3内存储的光伏电不足以给用电设备供电时，优先使用光伏储能系统3的光伏电供电，只有当存储的光伏电全部使用完后，再开启市电供给。

低压配电系统4包括与分布式光伏矩阵连接的变压器、与变压器及市电线路连接的电路调节器。光伏电通过变压器转变成与市电一致的电压，并经电路调节器调节选择性地为用电设备供电。智能控制系统2的工控机与低压配电系统4内的电路调节器连接，当光伏电充足时，以光伏电导通为SBR污水处理系统5的用电设备供电，当光伏电不足时，优先使用光伏储能系统供电，当光伏储能系统的光伏电使用完后，使用市电导通补充供给，可以有效地节约电能、缓解供电压力，这样在最大限度的利用光伏电供电的同时，还能保持SBR污水处理系统连续稳定的运行。

智能控制系统2的工控机也可与SBR污水处理系统5的用电设备及其他设备连接，控制相关设备的启闭。

智能控制系统2的工控机与光伏冲洗装置6内的抽吸泵连接，控制抽吸泵的开启和关闭，当交流光伏电的当前发电总功率呈现下降趋势，且下降至稳定状态的60％时，极有可能是光伏组件的积尘过多，对发电影响较大，监控系统控制抽吸泵开启，抽吸泵抽取清水池的水对光板组件进行冲洗，从而提高太阳辐射的收集效率，同时促进了污水的二次利用，减少了光伏板清洗所需的人力物力；根据监控系统中光伏电的当前发电总功率的变化以及每次冲洗的间隔时间，统计出一个最佳冲洗时间，以后即可按最佳冲洗时间对光伏组件进行冲洗，防止光伏组件积尘过多影响发电量，如遇沙尘暴等特殊天气可以及时进行冲洗。

在上述技术方案的基础上，优选地，分布式光伏矩阵1上设有环境监测系统7，不同光伏铺设地点都设置至少一套环境监测系统7，所有的监测数据汇聚到工控机上。如图8所示，环境监测系统7包括安装在分布式光伏矩阵1上的监测支架以及安装在监测支架上的风速传感器、风向传感器、日照辐射表和测温探头，分别用于测量风速、风向、太阳光辐射强度和环境温度。每套环境监测系统7配备一台数据采集器，该数据采集器与环境监测系统7中的风速传感器、风向传感器、日照辐射表和测温探头连接，分别用于采集风速、风向、太阳光辐射强度和环境温度等参数，数据采集器将采集到的这些数据上传至智能控制系统2的工控机中。监控系统获取、显示并记录相关的环境参数，通过环境参数实时监控光伏发电系统，根据参数变化趋势，适时作出调整。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不能脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。