专利名称：太阳能发电储能系统及方法
太阳能发电储能系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能发电系统，特别涉及一种太阳能发电储能系统及方法。背景技术：
太阳能是最普遍而能小型化的能源，然而太阳能电池板的电压与电流并不呈线 性，属于非理想性的再生能源，随着日照环境、角度与温度而产生的电力有显著不同。为了 获取最大功率效率，采用最大功率追踪法实现实时检测太阳能电池板输出的功率，目前的 最大功率追踪都是检视出太阳能系统的电压及电流，经乘积或在处理演算比较功率，确认 最大功率调整方向，其过程过于复杂费时，且太阳光照度或温度快速变化而系统难完成实 时应变，造成最大功率误判几率增加。再者，太阳能具有很大的开发潜能，但其能量密度低， 不稳定。需要将太阳能像其他能源一样，变成连续、均勻、稳定的能源。但目前的采用的储 能装置多数为蓄电池，如铅酸蓄电池、镍镉蓄电池含有重金属，污染严重，且蓄电池的循环 使用寿命不长。
发明内容基于此，有必要提供一种实时跟踪最大功率且能有效储能降低污染、增长使用寿 命的太阳能发电储能系统。此外，还有必要提供一种实时跟踪最大功率且能有效储能降低污染、增长使用寿 命的太阳能发电储能方法。一种太阳能发电储能系统，包括太阳能电池板，为光能与电能转换组件，并联或串联而成；第一电容器，为一种低内阻、高容量的瞬间功率型超级电容器，用于接受太阳能电 池板输出电能，并输出电能到直流/直流转换器；直流/直流转换器，用于调整太阳能电池板及第一电容器的输出电压及功率；控制器，用于调整直流/直流转换器的工作周期值；第二电容器，为能量释放型超级电容器，连接直流/直流转换器及控制器，作为储 能装置，用于储存太阳能电池板产生的电能。优选地，所述系统还包括逆变器，所述逆变器连接所述第二电容器，用于将所述第 二电容器输出的直流电逆变为交流电。优选地，所述第二电容器接入电网，预设电价值，在电网电价低于所述预设电价值 时控制所述第二电容器存储电能，在电网电价高于所述预设电价值时控制所述第二电容器 给用户供电。优选地，所述第一电容器为金属氧化物电极超级电容、碳材超级电容、高分子超级 电容、混合式超级电容或铝电解电容；所述控制器为单片机或嵌入式数字处理器；所述直 流/直流转换器为升压转换器、降压转换器或升降压转换器。优选地，所述第二电容器工作温度为-40°C 75°C。
一种太阳能发电储能方法，包括将太阳能转换为电能；提供第一电容器，用于暂存太阳能转化的电能；提供一与第一电容器相连的直流/直流转换器，所述直流/直流转换器用于调整 所述第一电容器两端的电压；提供一控制器，所述控制器调整所述直流/直流转换器的工作周期并实时测量所 述第一电容器两端电压得出最大输出功率；提供第二电容器，所述第二电容器与所述直流/直流转换器相连，用于储存所述 直流/直流转换器输出的电能。优选地，所述方法还包括将所述第二电容器储存的电能转换为交流电。优选地，所述方法还包括将所述所述第二电容器接入电网，预设电价值，在电网电 价低于所述预设电价值时控制所述第二电容器存储电能，在电网电价高于所述预设电价值 时控制所述第二电容器给用户供电。优选地，所述直流/直流转换器为升压转换器、降压转换器或升降压转换器。优选地，所述第一电容器为金属氧化物电极超级电容、碳材超级电容、高分子超级 电容、混合式超级电容或铝电解电容；所述控制器为单片机或嵌入式数字处理器；所述第 二电容器工作温度为_40°C 75°C。上述太阳能发电储能系统及方法，通过将太阳能转换为电能并将电能经第一电容 器输出到直流/直流转换器，通过控制器调整直流/直流转换器的工作周期，反复调节并测 量第一电容的电压，得出太阳能转换为电能的实时最大输出功率，这样只需测量电压值，不 需要有电流及演算处理，大幅提高了太阳能发电系统的追踪反映速度及确定最大输出功率 点的准确性；采用第二电容器作为储能装置，不需要特别的充电电路和控制放电电路，电路 简单，充电迅速，节省大量充电时间，不需要防过充和防过放电路，可靠性高、使用寿命长， 超强的电荷保持能力，无污染，焊接简单牢固，维护方便，降低了整个系统的成本。另外，将第二电容器并入电网中，且预设电价值，在电网电价低于预设电价值时控 制第二电容器储能，在电网电价高于预设电价值时控制第二电容器给用户供电，实现了有 效指导用户合理用电，提高电网效率。再者，第二电容器漏电流非常小，充电后供电时间长，可以在阴天充电，可 在-40°C 75°C的环境温度中正常使用，具有优良的温度性能；将第二电容器储存的电能 转换为交流电，实现供电于交流电器。
图1为一个实施方式中太阳能发电储能系统结构示意图；图2为一个实施方式中太阳能发电储能方法流程图。
具体实施方式图1为太阳能发电储能系统结构示意图。一个实施例中，该系统包括太阳能电池 板10、第一电容器20、直流/直流转换器30、逻辑控制器40、第二电容器50。太阳能电池板10，为光能与电能转换组件，可以根据需求并联或串联而成。
第一电容器20 —端与太阳能电池板10和直流/直流转换器30电连接，另一端接 地。第一电容器20是一种低内阻、高容量的瞬间功率型超级电容器，可以作为电能暂时的 储存器。第一电容器10可为金属氧化物电极超级电容、碳材超级电容、高分子超级电容、混 合式超级电容、铝电解电容或类似的高电容量的电容器。在动态平衡的稳态下，第一电容器 20接受太阳能电池板10输出电能，并输出电能到直流/直流转换器30。在电能进出稳态 下，第一电容器20上的净电能为零，即无电能蓄积在第一电容器20上，太阳能电池板10产 生的电能都流入直流/直流转换器30中，呈现动态平衡状态。其中，太阳能电池板10产生能量计算公式为，W1 = P*t = U1=KI1=Kt除去时间的因素，即令t = 1，则W1 = P = U1^I1仏为太阳能电池板电压，I工为太阳能电池板电流。第一电容器20的能量W2与其电容量相关，计算公式为，W2 =^CU22C为第一电容器的电容值，U2为第一电容器两端电压。动态平衡的具体状态是在任一时刻，太阳能电池板10流入第一电容器20的能量 等于第一电容器20流入直流/直流转换器30的能量，即太阳能电池板10产生的能量、流 入第一电容器20的能量、流出第一电容器20的能量和流入直流/直流转换器30的能量都 相等。因此，可以通过检测第一电容器20的电压来得到太阳能电池板10的实时功率。直流/直流转换器30，连接太阳能电池板10和第一电容器20，用于调整太阳能电 池板10及第一电容器20的输出电压及能力。直流/直流转换器30可以为升压转换器、降 压转换器或升降压转换器或其他具有类似功能的转换器。控制器40，用于根据太阳能电池板10及第一电容器20的输出电压的变化，增加或 减少直流/直流转换器30的工作周期D值，控制器40可为单片机或嵌入式数字处理器等 微处理器。第二电容器50，连接直流/直流转换器30及控制器40，作为储能装置，用于储存 太阳能电池板10产生的电能。第二电容器50可选用能量释放型超级电容器。第二电容器 50为超级电容，其储能原理是电极活性物质在电极表面或体相中的二维或准二维控件上 进行高度可逆的电化学吸/脱附，或是发生N型/P型元素掺杂/去掺杂反应，从而产生于 电极电荷有关的双电层电容和法拉第准电容。由于这些电化学反应不破坏电极结构，因此 对第二电容器50进行过充、过放都不影响其使用寿命，且可靠性高，使用寿命长(充放电循 环寿命在10万次以上)。因第二电容器50具有法拉级的超大电容量，超强的荷电保持能 力，且漏电流非常小，实验表明，持续8小时应用，电压下降小于5% ；不需要特别的充电电 路和控制放电电路，充电迅速，而且可以在仅高于其漏电流(典型值为ImA)的状态下充电， 因此，在阴天，太阳能电池板10也能对第二电容器50进行充电。无污染，是一种绿色电源， 可以焊接在电路中，不会出现接触不牢固的问题。再者，第二电容器50还具有优良的温度 性能，可在-40°C 75°C的环境温度中正常使用。超级电容具有的环境无害、工作温度宽，使得其在通讯、气象、航海、电站及军事等方面能够很好的应用。另一个实施例中，将第二电容器50接入电网中，采用分时电价的机制，预设电价 值，根据该预设电价值控制第二电容器50在低于预设电价值时储存哪种电能及在高于预 设电价值时控制第二电容器50给用户供电。其中，预设电价值可以由用户根据自身需要设 定。当电网电价低于预设电价值时，第二电容器50存储相应的电能，该相应的电能可以为 太阳能转换的电能，也可以为电网的电能。可以将太阳能发电的电能电价与电网的电价比 较，选择储存哪种电能经济实惠。按照第二电容器50中已存储电能的比率来判断存储相应 的电能，这个比率可由用户根据情况设定。举例说明，如第二电容器50中已存储大量电能， 且即将存满，则无需再存储电网的电能，只继续存储太阳能转换的电能即可。第二电容器储 存的电能，供用户在阴雨天太阳能发电不足，或者电网电价较高时使用。这样采用第二电容 器50结合分时电价的机制可以有效的指导用户合理用电，提高电网效率，满足了用户对经 济性的更高的需求。另一个实施例中，上述太阳能发电储能系统还包括逆变器，逆变器与第二电容器 50相连，用于将第二电容器50输出的直流电逆变为交流电，然后接交流负载。另外，第二电 容器50也可以直接接直流负载。上述太阳能发电储能系统实现实时追踪太阳能电池板10的最大输出功率的过程 是太阳能电池板10将光能转换为电能，输出电能到第一电容器20，再输出电能到直流/ 直流转换器30，然后由控制器40对直流/直流转换器30的工作周期D值调整，当工作周期 D值改变，第一电容器20的电压增加，即太阳能电池板产生的能量多于流入直流/直流转换 器30的能量，此时将调整D值朝原改变方向进行，即D值增加，则下一个D值将继续增加； 反之，朝相反方向进行，如此反复的震荡扰动与观察比较，将可趋近太阳能电池板的最大输 出功率点。另外，上述太阳能发电储能系统的工作过程是太阳能电池板10将光能转换为电 能，输出电能到第一电容器20，再输出电能到直流/直流转换器30，然后由控制器40进行 工作周期调整，实时最大限度的把电能传递到第二电容器50存储，由第二电容器50直接供 电直流负载或接逆变器供电给交流负载。图2为一个实施方式中太阳能发电储能方法流程图，该方法包括步骤S10，将太阳能转换为电能。一实施例中，采用太阳能电池板作为光能与电能 转换组件，将太阳能转换为电能，该太阳能电池板可以根据需求并联或串联而成。步骤S20，提供第一电容器，用于暂存太阳能转化的电能。该第一电容器为一种低 内阻、高容量的瞬间功率型超级电容器，可以作为电能暂时的储存器。该第一电容器可为金 属氧化物电极超级电容、碳材超级电容、高分子超级电容、混合式超级电容或铝电解电容。步骤S30，提供一与第一电容器相连的直流/直流转换器，所述直流/直流转换器 用于调整所述第一电容器两端的电压。其中，直流/直流转换器为升压转换器、降压转换器 或升降压转换器。步骤S40，提供一控制器，所述控制器调整所述直流/直流转换器的工作周期并实 时测量所述第一电容器两端电压得出最大输出功率。其中，该控制器为单片机或嵌入式数
字处理器。步骤S50，提供第二电容器，所述第二电容器与所述直流/直流转换器相连，用于储存所述直流/直流转换器输出的电能。其中，第二电容器可选用能量释放型超级电容器， 该第二电容器工作温度为-40°C 75°C。该第二电容器储存的电能能够直接供电直流负 载。步骤S60，将第二电容器储存的电能转换为交流电。该第二电容器储存的电能转换 为交流电后可以供电给交流负载。一实施例中，上述太阳能发电储能方法还包括步骤S70，将第二电容器接入电 网，预设电价值，在电网电价低于该预设电价值时控制第二电容器存储电能，在电网电价高 于该预设电价值时控制第二电容器给用户供电。其中，当电网电价低于预设的电价值时，第 二电容器存储太阳能转换的电能或电网的电能，可以将太阳能发电的电能电价与电网的电 价比较，选择储存哪种电能经济实惠。或者按照第二电容器中已存储电能的比率来判断并 存储太阳能转换的电能或电网的电能，这个比率由用户根据情况设定。第二电容器储存的 电能，供用户在阴雨天太阳能发电不足，或者电网电价较高时使用。上述太阳能发电储能系统及方法实现实时追踪太阳能转换电能的最大输出功率 与第二电容器储能装置配合，实时调节充电电流，更高效的充电，最大限度的利用太阳能能 源。上述太阳能发电储能系统及方法通过将太阳能转换的电能经第一电容器输出到 直流/直流转换器，通过控制器调整直流/直流转换器的工作周期，反复调节并测量第一 电容的电压，得出太阳能转换为电能的实时最大输出功率，这样只需测量电压值，不需要有 电流及演算处理，大幅提高了太阳能发电追踪反映速度及确定最大输出功率点的准确性； 采用第二电容器作为储能装置，不需要特别的充电电路和控制放电电路，电路简单，充电迅 速，节省大量充电时间，不需要防过充和防过放电路，可靠性高、使用寿命长，超强的电荷保 持能力，无污染，焊接简单牢固，维护方便，降低了整个系统的成本。另外，将第二电容器并入电网中，且预设电价值，在电网电价低于预设电价值时控 制第二电容器储能，在电网电价高于预设电价值时控制第二电容器给用户供电，实现了有 效指导用户合理用电，提高电网效率。再者，第二电容器漏电流非常小，充电后供电时间长，可以在阴天充电，可 在-40°C 75°C的环境温度中正常使用，具有优良的温度性能；将第二电容器储存的电能 转换为交流电，实现供电于交流电器。而上述太阳能发电储能系统及方法还可以为安全超载提供大启动电流，满足负载 设备大电流启动需求。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种太阳能发电储能系统，其特征在于，包括太阳能电池板，为光能与电能转换组件，并联或串联而成；第一电容器，为一种低内阻、高容量的瞬间功率型超级电容器，用于接受太阳能电池板 输出电能，并输出电能到直流/直流转换器；直流/直流转换器，用于调整太阳能电池板及第一电容器的输出电压及功率；控制器，用于调整直流/直流转换器的工作周期值；第二电容器，为能量释放型超级电容器，连接直流/直流转换器及控制器，作为储能装 置，用于储存太阳能电池板产生的电能。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电储能系统，其特征在于，所述系统还包括逆变器， 所述逆变器连接所述第二电容器，用于将所述第二电容器输出的直流电逆变为交流电。
3.根据权利要求1所述的太阳能发电储能系统，其特征在于，所述第二电容器接入电 网，预设电价值，在电网电价低于所述预设电价值时控制所述第二电容器存储电能，在电网 电价高于所述预设电价值时控制所述第二电容器给用户供电。
4.根据权利要求1所述的太阳能发电储能系统，其特征在于，所述第一电容器为金属 氧化物电极超级电容、碳材超级电容、高分子超级电容、混合式超级电容或铝电解电容；所 述控制器为单片机或嵌入式数字处理器；所述直流/直流转换器为升压转换器、降压转换 器或升降压转换器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能发电储能系统，其特征在于，所述第二电 容器工作温度为_40°C 75°C。
6.一种太阳能发电储能方法，包括将太阳能转换为电能；提供第一电容器，用于暂存太阳能转化的电能；提供一与第一电容器相连的直流/直流转换器，所述直流/直流转换器用于调整所述 第一电容器两端的电压；提供一控制器，所述控制器调整所述直流/直流转换器的工作周期并实时测量所述第 一电容器两端电压得出最大输出功率；提供第二电容器，所述第二电容器与所述直流/直流转换器相连，用于储存所述直流/ 直流转换器输出的电能。
7.根据权利要求6所述的太阳能发电储能方法，其特征在于，所述方法还包括将所述 第二电容器储存的电能转换为交流电。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能发电储能方法，其特征在于，所述方法还包括将所 述第二电容器接入电网，预设电价值，在电网电价低于所述预设电价值时控制所述第二电 容器存储电能，在电网电价高于所述预设电价值时控制所述第二电容器给用户供电。
9.根据权利要求8所述的太阳能发电储能方法，其特征在于，所述直流/直流转换器为 升压转换器、降压转换器或升降压转换器。
10.根据权利要求8所述的太阳能发电储能方法，其特征在于，所述第一电容器为金属 氧化物电极超级电容、碳材超级电容、高分子超级电容、混合式超级电容或铝电解电容；所 述控制器为单片机或嵌入式数字处理器；所述第二电容器工作温度为-40°C 75°C。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能发电储能系统及方法，所述系统包括太阳能电池板；第一电容器，用于接受太阳能电池板输出电能，并输出电能到直流/直流转换器；直流/直流转换器，用于调整太阳能电池板及第一电容器的输出电压；控制器，用于调整直流/直流转换器的工作周期值；第二电容器连接直流/直流转换器及控制器，用于储存太阳能电池板产生的电能。所述方法包括将太阳能转换为电能；提供第一电容器，用于暂存太阳能转化的电能；所述直流/直流转换器用于调整所述第一电容器两端的电压；提供一控制器，所述控制器调整所述直流/直流转换器的工作周期；提供第二电容器，用于储存所述直流/直流转换器输出的电能。
文档编号H02J3/28GK102118063SQ200910239649
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者吴闻婧, 李磊 申请人:深圳先进技术研究院