户用光伏智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种户用光伏智能控制系统，包括：汇流防雷器；储能电池；光伏控制器，和汇流防雷器的伸出端、一直流母线以及储能电池连接，用于控制储能电池的充放电过程和为直流用电负载供电；能量管理器，与直流母线连接、单向电能表连接，用于根据电能的不同状态将电能按照不同方向传输；控制器，与光伏控制器、单向电能表和能量管理器连接，用于采集、处理和输出光伏组件阵列的发电信息、储能电池的充放电信息、电量信息，以及用于系统参数设定、运行控制。本发明可以避免光伏应用系统的大规模系统设计及施工过程，并且无电能浪费。
【专利说明】户用光伏智能控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能利用及电能转换【技术领域】，具体而言，本发明特别涉及一种适用于家庭、商户等小型组织的户用光伏智能控制系统。
【背景技术】
[0002]现代社会中，不可再生能源大量消耗，能源问题日益凸显，作为能源使用主体之一的家庭的消耗量不断增加。如何解决这一日趋严重的问题，人们不断尝试采用光伏技术来满足家庭的部分能源消耗。但目前还没有完成一个较为合理的技术方案。一般的离网系统设计简单、成本较低，但其光伏利用率低，需要配置大量的蓄电池用于电能存储，同时由于用电系统的用能不确定性，使得离网系统存在本质缺陷；而并网系统多存在系统复杂、成本高、实施困难等缺陷，不便于大面积推广。
[0003]例如，中国专利CN202364159U涉及一种光伏储能装置，其既可以为蓄电池充电，又能将电能提供给负载和电网。但没有考虑作为产品电能还应提供给直流负载的可能性，同时该发明没有实现电能的优化利用，造成电能的浪费，只能分时段使用电能，而且设计较为理想化，没有虑及太阳能的不确定性，使得该设计无法满足真实情况的应用。
[0004]中国专利申请CN102195523A涉及一种智能太阳能光伏电源系统，中国专利CN201504107U涉及一种便携式户用太阳能光伏电源，二者分别解决了光伏电源在应用过程中的部分问题，整体系统设计简单，但都属于离网光伏系统，在蓄电池组固定的情况下光伏利用率低，且无法解决光照条件好时产生的多余电能，造成电能的浪费，应用前景有限。
[0005]因此，如何设计一款户用光伏智能控制系统，使其一方面要便于实施，降低制造成本，一旦拥有，便不再需要大规模的系统设计及施工过程，另一方面又要满足不同家庭的需求，控制系统简单、集成化程度高、占地面积小、实现与市电电网、家庭用电系统无缝对接，同时又可以在有无市电电网的条件下均可运行，是人们需要亟待解决的综合性问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种户用光伏智能控制系统，以解决现有技术存在的技术方案复杂、或者能源利用率低等问题。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供一种户用光伏智能控制系统，其技术方案如下:
[0008]一种户用光伏智能控制系统，包括:汇流防雷器，输入端用于和光伏组件阵列连接，以汇聚来自光伏组件阵列的电流以及减少光伏组件阵列的连接线；储能电池，用于存储和释放电能；光伏控制器，和所述汇流防雷器的伸出端、一直流母线以及所述储能电池连接，用于控制所述储能电池的充放电过程和为直流用电负载供电；单向电能表，用于和交流用电负载连接，用于记录交流用电负载的用电信息；能量管理器，与所述直流母线连接、单向电能表连接，用于根据电能的不同状态将电能按照不同方向传输；控制器，与所述光伏控制器、单向电能表和能量管理器连接，用于采集、处理和输出光伏组件阵列的发电信息、所述储能电池的充放电信息、电量信息，以及用于系统参数设定、运行控制。[0009]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，还包括:双向电能表，连接于市电电网和所述能量管理器之间，以记录光伏阵列组件所发电能输送至市电电网的并网信息和使用市网电能的信息，并且与所述控制器加以连接。
[0010]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，还包括:控制柜，所述汇流防雷器、光伏控制器、能量管理器、储能电池、控制器、双向电能表、单向电能表、直流母线集成于所述控制柜内。
[0011]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述控制柜的侧壁上设有便于连接光伏阵列组件和所述汇流防雷器的光伏电能输入端、便于连接市电电网和所述双向电能表的市网输入端、便于连接交流用电负载和所述单向电能表的交流负载用电端、便于连接直流用电负载和所述光伏控制器的直流负载用电端。
[0012]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述储能电池为铅酸电池、锂离子电池或镍氢电池。
[0013]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述储能电池为锂离子电池。
[0014]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述储能电池具有保温隔热外壳。
[0015]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，还包括:显示器，与所述控制器连接，用于显示所述控制器输出的信息。
[0016]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述光伏电能输入端为光伏组件阵列所发电能的输入端口，包括正极导线、负极导线和防雷接地线。
[0017]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述直流负载用电端用于供电给直流用电负载，且设有自由切换档位旋钮，以输出不同的电压。
[0018]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述显示器为LED、OLED、IXD、CRT或
数码管显示器。
[0019]优选地，在所述的户用光伏智能控制系统中，所述显示器为LED显示器。
[0020]本发明提供一种户用光伏智能控制系统，其可以避免光伏应用系统的大规模系统设计及施工过程，能够满足家庭、商户等小型组织的需求，控制系统简单、集成化程度高、占地面积小，能够实现与市电电网、家庭用电系统无缝对接，同时在有无市电电网的条件下均可运行，适应性强，便于市场推广。在目前光伏应用不断家庭化的今天，本发明能够很好的满足户用需要，前景广阔，推广潜力巨大。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例的系统原理框图；
[0022]图2为本发明实施例的控制柜的正面示意图；
[0023]图3为本发明实施例的控制柜的侧面示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0025]图1示意性的示出了本发明优选实施例的原理结构，如图所示，本优选实施例包括控制柜5以及位于控制柜5中的双向电能表11、能量管理器12、单向电能表13、汇流防雷器14、光伏控制器15、储能电池16、控制器17 (也可以称为总控制器)、直流母线18。为了显示本优选实施例的应用，图1还示出了市电电网4、光伏组件阵列3、直流用电负载21、交流用电负载22，另外如图1和图3所示，本优选实施例的与光伏组件阵列3连接的光伏电能输入端71、与市电电网4连接的市网输入端72、与交流用电负载22连接的交流负载用电端73、与直流用电负载21连接的直流负载用电端74等连接端口设于控制柜5的侧壁，便于使用，不必打开控制柜5即可实现系统组建。
[0026]再如图1所示，汇流防雷器14连接于光伏组件阵列3和光伏控制器15之间，其用于汇聚来自所述光伏组件阵列的电流，同时减少光伏组件阵列3与光伏控制器15之间的连接线，方便维护，提高可靠性。其一般包括防雷器/断路器，并由防雷器/断路器直接与光伏控制器15连接。本优选实施例通过市网输入端72进行接地，确保系统电气安全。
[0027]直流母线18分别与光伏控制器15、储能电池16和能量管理器12相连。
[0028]光伏控制器15连接于汇流防雷器14、直流母线18并通过直流负载用电端74连接于直流用电负载21。与直流母线18相连的储能电池16用于存储电能。
[0029]能量管理器12连接于直流母线18、交流用电负载22以及市电电网4，其用于实现整流和逆变功能，以通过检测直流母线18的电能信息将电能按照不同方向进行传输。
[0030]双向电能表11连接于能量管理器12和市电电网4之间，用于检测电量，分别记录上网电量及用户的耗用电量。单向电能表13和交流用电负载22连接，以记录其用电信息。
[0031]储能电池16可以为铅酸电池、锂离子电池或镍氢电池，采用锂离子电池时，可以提高系统的能源利用率，并且储能电池16位于一保温隔热装置中，例如位于具有保温隔热层的壳体中，以提高储能电池16的使用寿命。另外，储能电池16为可拆卸式设计，也即其连接线、固定结构都是可拆卸结构，如此设计便于更换、维护以及将其挪至他处使用。
[0032]控制器17主要控制与其连接的能量管理器12、光伏控制器15、双向电能表11和单向电能表13的参数设置及相关数据采集及处理等，主要包括程序控制、数据采集、数据处理等模块，数据处理模块通过光伏控制器15采集光伏组件阵列3的发电信息、通过光伏控制器15和能量管理器12采集储能电池16的充放电信息、双向电能表11和单向电能表13记录的电量使用信息等；其中，双向电能表11记录并入和使用市电电网的电能信息，单向电能表13记录交流用电负载的用电信息。
[0033]显示器6与控制器17连接，用于显示控制器17的操作界面、前述各项信息、信息处理结果等，显示器6优选为LED显示器，也可以为OLED、IXD、CRT、数码管等显示装置。
[0034]如图1和图2所示，能量管理器12、光伏控制器15、汇流防雷器14、储能电池16、控制器17、双向电能表11、单向电能表13、直流母线18、显示器6位于具有整体结构的控制柜5中，可以简化本优选实施例的机械结构，更利于运输、安装和使用。优选地，显示器6位于控制柜5的主视面上，诸如光伏电能输入端71、市网输入端72、交流负载用电端73、直流负载用电端74等连接端口设于控制柜5的侧面。进一步优选地，光伏电能输入端71作为光伏组件阵列3所发电能的输入控制柜5的端口，其包括正极导线、负极导线和防雷接地线，以提高安全性。直流负载用电端74用于供电给直流用电负载21，设有自由切换档位旋钮，可以根据需要，输出电压12V、24V、36V、48V、60V等。
[0035]进一步具体而言，在本优选实施例中，能量管理器12根据电能的不同状态将电能按照不同方向进行传输时。例如，在夏季光照条件好时，光伏组件阵列3产生的直流电经过汇流防雷器14、光伏控制器15、直流母线18实现对储能电池16充电，将电能存储在储能电池16中，同时还可以为直流用电负载21供电；当产生的电能用于供给储能电池16及直流用电负载21外，仍有剩余时，通过检测直流母线18上的电能信息，控制器17控制能源管理器12将直流电转变为交流电直接为交流用电负载22供电，由于能量管理器12还与市电电网4相连，当电能供给交流用电负载22还有剩余时，电能可直接经由能量管理器12实现并网，避免电能的浪费。在阴天或夜晚时，储能电池16的电能经由与直流母线18相连的光伏控制器15为直流用电负载21供电、与直流母线18相连的能量管理器12为交流用电负载22供电，能量管理器12将直流电逆变为交流电。当连续阴雨天较多时，储能电池16无法满足负载用电需求时，市电电网4的电能可经由能量管理器12为交流用电负载22供电、经由直流母线18为储能电池16充电、经由与直流母线18相连的光伏控制器15为直流用电负载21供电，确保电能的正常供给。
[0036]另外，当本优选实施例不与市电电网4连接时，仅失去将多余电能并入公共电网和电量不足使用公共电网电能的功能，但不会影响其他功能的正常使用，此时本优选实施例也成为离网光伏系统，因此，本优选实施例的实用性更强，在有公共电网的市区或没有公共电网的偏远山区均可以使用。
[0037]综上，本发明及其优选实施方式采用集成式一体化设计，系统结构简单、设计巧妙、设备及维护成本低、操作便捷、可长期在无人值守的状态下运行，电能充分利用，毫无浪费，同时，又美观实用。
[0038]总体而言，与现有技术相比，本发明的控制系统采用模块化组合，设计巧妙、操作简便、电能传输过程自动完成，无需人工操作，系统信息实时传输，示范性强，同时具有并网、离网双重工作模式，适应性强，无需大规模的系统设计和施工，适合家庭等小型组织使用，便于大面积推广。
[0039]由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
【权利要求】
1.一种户用光伏智能控制系统，其特征在于，包括: 汇流防雷器，输入端用于和光伏组件阵列连接，以汇聚来自光伏组件阵列的电流以及减少光伏组件阵列的连接线； 储能电池，用于存储和释放电能； 光伏控制器，和所述汇流防雷器的伸出端、一直流母线以及所述储能电池连接，用于控制所述储能电池的充放电过程和为直流用电负载供电； 单向电能表，用于和交流用电负载连接，用于记录交流用电负载的用电信息； 能量管理器，与所述直流母线连接、单向电能表连接，用于根据电能的不同状态将电能按照不同方向传输； 控制器，与所述光伏控制器、单向电能表和能量管理器连接，用于采集、处理和输出光伏组件阵列的发电信息、所述储能电池的充放电信息、电量信息，以及用于系统参数设定、运行控制。
2.根据权利要求1所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，还包括: 双向电能表，连接于市电电网和所述能量管理器之间，以记录光伏阵列组件所发电能输送至市电电网的并网信息和使用市网电能的信息，并且与所述控制器加以连接。
3.根据权利要求2所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，还包括:控制柜，所述汇流防雷器、光伏控制器、能量管理器、储能电池、控制器、双向电能表、单向电能表、直流母线集成于所述控制柜内。
4.根据权利要求3所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，所述控制柜的侧壁上设有便于连接光伏阵列组件和所述汇流防雷器的光伏电能输入端、便于连接市电电网和所述双向电能表的市网输入端、便于连接交流用电负载和所述单向电能表的交流负载用电端、便于连接直流用电负载和所述光伏控制器的直流负载用电端。
5.根据权利要求1所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，所述储能电池为铅酸电池、锂离子电池或镍氢电池。
6.根据权利要求1所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，所述储能电池具有保温隔热外壳。
7.根据权利要求1所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，还包括: 显示器，与所述控制器连接，用于显示所述控制器输出的信息。
8.根据权利要求4所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，所述光伏电能输入端为光伏组件阵列所发电能的输入端口，包括正极导线、负极导线和防雷接地线。
9.根据权利要求4所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，所述直流负载用电端用于供电给直流用电负载，且设有自由切换档位旋钮，以输出不同的电压。
10.根据权利要求7所述的户用光伏智能控制系统，其特征在于，所述显示器为LED、OLED、IXD、CRT或数码管显示器。
【文档编号】H02S10/20GK103595348SQ201310585935
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】朱景森, 胡小萍, 张承庆, 卢志超 申请人:安泰科技股份有限公司