一种家用离网光伏发电系统的制作方法

一种家用离网光伏发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种家用离网光伏发电系统，其包括光伏组件、太阳能控制器、蓄电池组和交流控制模块，光伏组件、太阳能控制器、蓄电池组和交流控制模块依次连接，太阳能控制器连接直流负载，交流控制模块连接交流负载和市电；光伏组件接收件太阳光中的光辐射能量并转化为电能，通过太阳能控制器存储到蓄电池组中，太阳能控制器获取蓄电池组上的电能给直流负载直接供电；所述交流控制模块一方面将蓄电池组的直流电转换为220V交流电给交流负载供电，另一方面控制在市电供电和蓄电池组供电之间切换；使光伏发电技术能应用于我国大多数家庭，停电后能提供备用电源。
【专利说明】一种家用离网光伏发电系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能利用领域，尤其涉及的是一种家用离网光伏发电系统。

【背景技术】
[0002]目前，光伏发电技术逐渐成为主流发电技术之一，其包括并网应用和离网应用两大类。
[0003]并网应用，如大型并网光伏电站的小型化是其中一种发展方向，主要适用于单家独户的别墅型家庭，技术发展已非常成熟而有效。但对于住宅小区型的家庭，由于每户可安装光伏组件的面积有限，将大型并网光伏电站技术直接微型化后移植过来缺乏经济效益。虽然并网微逆变方案技术可行，设计与安装上也非常方便与轻松，还能很方便地实现二期扩容等优点。但是，以技术现状和能源市场的发展情况而言，目前的并网微逆变方案也就少部分能源意识较为超前且经济条件较好的家庭在使用，并网微逆变方案在我国家庭内大面积推广目前仍然是不适宜或为时过早的。
[0004]离网应用，如太阳能庭院灯采用每天一次充放电循环模式，即白天利用太阳能对储能电池充电，晚上利用储能电池放电实现照明。由于这种离网系统的所有电能消耗均完全取自于储能电池，每瓦的用电成本显然要比并网系统要高得多。储能电池、如阀控密封铅酸蓄电池在目前拥有最高的市场应用比例，和较有竞争力的每瓦时单价。但是，这种每天一次充放电循环模式下，每组储能电池的平均使用寿命相对而言很短。在运行比较好的情况下、数百次的充放电循环导致每两年左右(最长使用时间)就需要更换整组储能电池，增加了用户大量的后期经济投入和人力维护。
[0005]目前来说，对于有电地区、尤其是市电供电非常稳定的城市家庭，光伏发电应用中，离网模式对一般家庭而言没有太大吸引力、同时缺乏经济效益的。而并网模式在市电停电时，基于电网维护人员生命安全的防孤岛效应而必须执行的标准，自家安装的光伏电站也将在市电停电的瞬间立即停止工作。由于小区楼层设计的限制，即使将房屋外可接收阳光的位置全部铺满光伏组件，现有的光伏组件及其安装无法完全满足家庭每天的正常用电需求。目前缺少一种满足我国大多数家庭(特别是住宅小区型)使用，即使停电后也能正常发电的家用光伏发电系统。
[0006]因此，现有技术还有待于更进一步的改进和发展。


【发明内容】

[0007]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种家用离网光伏发电系统，使光伏发电技术能应用于我国大多数家庭，停电后能提供备用电源。
[0008]本发明的技术方案如下:
一种家用离网光伏发电系统，其包括光伏组件、太阳能控制器、蓄电池组和交流控制模块，所述光伏组件、太阳能控制器、蓄电池组和交流控制模块依次连接，所述太阳能控制器连接直流负载，所述交流控制模块连接交流负载和市电； 所述光伏组件接收太阳光中的光辐射能量并转化为电能，通过太阳能控制器传输到蓄电池组中存储，太阳能控制器获取蓄电池组上的电能给直流负载直接供电；所述交流控制模块用于选择在市电供电和蓄电池组供电之间切换，选择蓄电池组供电时将蓄电池组的直流电转换为220V交流电后给交流负载供电。
[0009]所述的家用离网光伏发电系统中，所述太阳能控制器包括:
转换单元，用于将光伏组件生成的电能传输到蓄电池组中存储；
第一输出单元，用于手动或自动控制蓄电池组对直流负载的供电状态；
第二输出单元，用于手动或自动控制蓄电池组对直流负载的供电状态；
通用控制单元，用于手动控制蓄电池组对直流负载的供电状态；
所述转换单元连接光伏组件、蓄电池组、第一输出单元、第二输出单元和通用控制单元，所述第一输出单元、第二输出单元和通用控制单元均连接直流负载。
[0010]所述的家用离网光伏发电系统中，所述第一输出单元和第二输出单元对直流负载的供电状态的控制包括:定时启闭供电，根据环境亮度和/或人体接近状态控制是否供电以及供电电压大小。
[0011]所述的家用离网光伏发电系统中，其还包括用于将蓄电池组输出的12V电压转换为5V电压、实现多路USB输出供电的DC/DC模块；所述DC/DC模块与所述通用控制单元连接。
[0012]所述的家用离网光伏发电系统中，所述蓄电池组由6个阀控密封铅酸蓄电池串联--? 。
[0013]所述的家用离网光伏发电系统中，其还包括用于显示蓄电池组的剩余电量的SOC电量指示模块。
[0014]所述的家用离网光伏发电系统中，所述交流控制模块包括:
离网正弦波逆变器，用于将蓄电池组的直流电转换成220V交流电；
双电源切换开关，用于实现市电供电与蓄电池组逆变为220V交流电供电之间的选择切换；
空开单元，用于将市电或所述220V交流电传输给交流负载供电；
所述离网正弦波逆变器、双电源切换开关、空开单元依次连接的，所述离网正弦波逆变器连接蓄电池组，空开单元连接交流负载。
[0015]所述的家用离网光伏发电系统中，所述双电源切换开关包括市电漏电断路器、断路器辅助触点NC、逆变器漏电断路器和导轨式交流接触器；所述市电漏电断路器通过断路器辅助触点NC连接导轨式交流接触器，导轨式交流接触器通过逆变器漏电断路器连接离网正弦波逆变器。
[0016]所述的家用离网光伏发电系统中，所述双电源切换开关还包括导轨式电能表、其连接在逆变器漏电断路器与导轨式交流接触器之间。
[0017]所述的家用离网光伏发电系统中，所述市电漏电断路器包括第一触点和第二触点，所述断路器辅助触点NC包括第三触点和第四触点，所述逆变器漏电断路器包括第五触点和第六触点，所述导轨式交流接触器包括第一线圈、第二线圈、第七触点、第八触点、第九触点、第十触点、第i^一触点、第十二触点、第十三触点、光伏指示灯电路和市电指示灯电路； 所述第一触点的一端连接市电的零线，第一触点的另一端通过第七触点连接空开单元的No端、第九触点的一端和第十一触点的一端，所述第二触点的一端连接市电的火线，第二触点的另一端通过第八触点连接空开单元的Lo端，所述第一线圈的一端通过第三触点连接第四触点的一端、导轨式电能表的Lout端和第十二触点的一端，第十三触点与第三触点并联，所述第一线圈的另一端连接第十一触点的另一端、第二线圈的一端、光伏指示灯电路和导轨式电能表的Nout端，所述第二线圈的另一端连接光伏指示灯电路、还通过第十触点连接第四触点的另一端，所述第九触点的另一端连接市电指示灯电路，第十二触点的另一端连接市电指示灯电路和空开单元的Lo端，所述导轨式电能表的Lin端通过第五触点连接离网正弦波逆变器的Lb端，导轨式电能表的Nin端通过第六触点连接离网正弦波逆变器的Nb端。
[0018]本发明提供的一种家用离网光伏发电系统，由光伏组件接收件太阳光中的光辐射能量并转化为电能，通过太阳能控制器存储到蓄电池组中，太阳能控制器获取蓄电池组上的电能给直流负载直接供电；交流控制模块一方面将蓄电池组的直流电转换为220V交流电给交流负载供电，另一方面控制在市电供电和蓄电池组供电之间切换，使光伏发电技术能应用于我国大多数家庭，停电后能提供备用电源。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1为本发明中家用离网光伏发电系统的应用实施例示意图。
[0020]图2为本发明中家用离网光伏发电系统的双电源切换开关的应用实施例示意图。
[0021]图3为本发明中家用离网光伏发电系统的双电源切换开关的应用实施例电路图。

【具体实施方式】
[0022]本发明提供了一种家用离网光伏发电系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]本发明结合现有市场技术、家庭适用的光伏组件安装面积、安装成本以及家庭用电方面的考虑，提供一种家用离网光伏发电系统，能将收集的太阳能转换为电能存储并给家用电器供电，为合理利用太阳能资源起到积极的正面促进作用。请参阅图1，本发明提供的家用离网光伏发电系统包括依次连接光伏组件1、太阳能控制器2、蓄电池组3和交流控制模块4。光伏组件I接收太阳光中的光辐射能量并转化为电能，通过太阳能控制器2安全地存储到蓄电池组3中。太阳能控制器2还与直流负载连接，用于获取蓄电池组3上的电能给直流负载直接供电；这种直连的直流供电方式相比于现有交流市电转换为直流电后再进行供电而言，减少了交、直流转换，从而可以有更高的能量利用效率，并且节能环保。
[0024]本实施例中，所述光伏组件I的尺寸由实际安装位置确定，型号可采用JW5535/110SP。以广东省佛山市为例，该地区太阳辐射资源在全国基本居于平均水平。光伏组件I安装在13楼住户正南方向阳台的玻璃护栏上时，光伏组件I (采用铝框组件)的边框尺寸为:宽669mm，高923mm，计算面积为0.618m2，装机容量标称值为llOWp。这一安装尺寸和成本对于我国家庭用户而言，大部分家庭均能承受。具体实施时，光伏组件可采用BIPV (Building Integrated Photovoltaic)光伏建筑一体化组件,能直接更换阳台原有的玻璃围栏，有更佳的整体感和更协调的外观。
[0025]交流控制模块4与交流负载和市电连接，用于选择在市电供电和蓄电池组供电之间切换，选择蓄电池组供电时将蓄电池组3的直流电(+12V)转换为220V交流电后才给交流负载(如家用电器)供电，使家用离网光伏发电系统满足家庭的部分用电需求。即用户能自行选择是市电给部分电器尤其是照明供电、还是蓄电池组逆变为220V交流电给家用电器供电。在选择市电给家用电器供电时，所述交流控制模块4还能实时检测市电电压，检测市电停电时能够自动切换为蓄电池组供电。这样在停电后也能保证持续供电，确保部分家用电器的正常工作；该家用离网光伏发电系统稳定性较高，能满足家庭用电的需求。
[0026]请继续参阅图1，本实施例中，所述太阳能控制器2的型号为CIS10-1.1_2L，其包括转换单元21、第一输出单元22、第二输出单元23和通用控制单元24，所述转换单元21连接光伏组件1、蓄电池组3、第一输出单元22、第二输出单元23和通用控制单元24，所述第一输出单元22、第二输出单元23和通用控制单元24均连接直流负载。
[0027]其中，所述转换单元21用于将光伏组件生成的电能传输到蓄电池组3中存储。第一输出单元22、第二输出单元23和通用控制单元24均设置有蓄电池组3的过放电保护电路。第一输出单元22和第二输出单元23均能手动或自动控制蓄电池组3对直流负载的供电状态。通用控制单元24主要采用手动控制方式来控制蓄电池组3对直流负载的供电状态。手动控制采用机械开关或触摸开关，由用户手动操作实现。
[0028]第一输出单元22和第二输出单元23的自动控制方式由其外部输入或内部产生的控制指令实现。所述控制指令可为遥控器(编程遥控器CIS-⑶)发送的红外指令(外部输入)，该红外指令用于设定供电的起止时间。第一输出单元22和第二输出单元23接收到该起止时间后启动对应的定时器，起止时间达到后、第一输出单元22和第二输出单元23对应地将蓄电池组的直流电(+12V)输出给直流负载、或切断供电连接，以实现定时点亮或熄灭直流负载的功能。具体实施时，所述红外指令还可以用于设置时间功率调整曲线，将在深夜时将光源功率(如改变供电电压或供电电流)调整为标准值的1/2至1/5，在不同时间点改变亮度。
[0029]进一步实施例中，所述控制指令还可以由光伏组件的输出电压控制点亮和关闭，即第一输出单元22和第二输出单元23内设置有所述光线传感器，其能检测当前的环境亮度并输出对应电平信号来控制是否供电和供电电压的大小调整，以实现根据环境亮度自动点亮或熄灭直流负载，或自动调整直流负载的亮度。太阳下山后环境亮度较低，直流负载自动点亮。凌晨天亮前再次自动点亮一定时长后熄灭等控制效果。
[0030]为了实现更为人性化的智能照明效果，本实施例中，所述控制指令还可以由人体接近传感器产生，即第一输出单元22和第二输出单元23内设置有人体接近传感器，检测人体接近时点亮直流负载，人体远离时熄灭直流负载；或者在夜间点亮直流负载时以极低的功率保持微光输出，用户进入预设区域(即人体接近传感器能感应到用户接近的区域)时较快地调整输出亮度至最亮，感应用户离开后缓慢变为微光。
[0031]所述第一输出单元22连接的直流负载为12V的MR16灯(MultifacetedReflector,—种由众多制造商所制定的标准规格卤素反射灯)。MR16灯在家庭中大多安装于天花吊顶中，其灯具允许用户在一定范围内调整光源的出射角度，对家庭总体的照明环境提供一种相当理想的设计光源。所述MR16灯传统采用12V/20W、或12V/35W的卤钨灯灯杯，其照明效果好、价格便宜，有一定的市场竞争力。
[0032]现有技术中MR16灯需要设置一 220V的驱动电源模块才可接入市电。而本实施例中，通过第一输出单元22即可将蓄电池组3的直流电的输出端与MR16灯的电源端直接连接。由于第一输出单元22能直接输出直流电给MR16灯供电，无需220V的电源转换驱动，不仅实现更高效率的能量利用，还可以省掉现有的220V的驱动电源模块，节省成本。
[0033]具体实施时，用户宜将卤钨灯的MR16灯替换为优质的MR16 LED灯以实现更好的节能效果，同时，原有的连接线路无需任何修改。
[0034]所述第二输出单元23连接的直流负载为无刷电机流水灯，其中的流水灯采用12V/3W的LED球泡灯，直流无刷电机水泵为12V/0.8W，其工作原理和控制指令产生方式与第一输出单元22相同，此处不作赘述。
[0035]太阳能控制器2的通用控制单元24主要采用手动控制方式来控制蓄电池组3对直流负载的供电状态。在蓄电池组3的剩余电量充足时，只要用户需要，任何时候均可手动打开或关闭通用控制单元24，以点亮或熄灭直流负载。本实施例中，通用控制单元24连接的直流负载为12V的LED球泡灯。由于通用控制单元24能直接将蓄电池组的电能传输给LED球泡灯供电，不需要经过交流逆变环节产生的额外损耗。同时，相比交流供电方式而言，直接连接直流负载，其总体的能量利用效率明显更佳。
[0036]进一步实施例中，所述通用控制单元24还可以连接DC12V直流插座，为其他12V的直流负载供电。
[0037]具体实施时，所述家用离网光伏发电系统还包括DC/DC模块(型号为LM2596)，其与通用控制单元24连接，用于将12V的供电电压(即蓄电池组输出的电压)转换为5V电压，以实现多路USB输出，为智能手机等采用USB方式供电的负载提供日常使用的电力。用户通过USB数据线连接手机与DC/DC模块时，DC/DC模块将自动启动(也可设计为通过手动按键启动或触摸启动等)，DC/DC模块的直流降压功能把通用控制单元24输出的12V转为5V标准的USB输出，给手机充电。当手机充电完成后，或将手机从USB数据线上被拔出时，DC/DC模块自动进入休眠状态，即停止5V电压转换并停止供电输出。DC/DC模块以输出5V/1A的为例，其具体工作原理为:
当实测输出电流小于10mA并保持约8S后，可判断手机的电池已充满，DC/DC模块进入休眠，停止5V电压转换工作并停止供电输出，此时DC/DC模块的待机电流小于50uA量级。其中，判断输出电流小于10mA和需要的保持时长与输出电流的具体数值有关，具体电流值越小，判断需要的时长越短。如USB数据线被拔出时，输出电流为零，则检测保持零电流2秒之内即可进入休眠状态。为了便于用户了解DC/DC模块的工作状态，还可以在DC/DC模块上设置一指示灯。当DC/DC模块进入工作状态时，指示灯点亮；进入休眠状态时，指示灯熄灭。DC/DC模块的多路USB输出除可满足手机充电外，其余的采用USB接口的电子产品均可使用。
[0038]在具体实施时，可将DC/DC模块的USB输出端口安装在墙上插座中，用户只要把手机原配的USB充电线插入该插座即可自动启动DC/DC模块进行充电，其能实现与手机原配的市电充电器相同的功能。并且，本实施例在手机充满电后或从USB充电线上拔出时，由于DC/DC模块在数秒内已可自动进入休眠状态，几乎不再有任何的电量损耗。而现有手机使用市电充电后，若未能及时拔出充电器，充电器仍与市电连接会产生一定的电能损耗。根据实际数据统计可知，充电器在一年之内24小时均不断开与市电的连接，这一年内额外多耗用的电能量是非常多的。因此，手机充满电后，本实施例的DC/DC模块自动休眠从而减少了电能损坏，用户可以在任何时候拔出手机且不会造成电能浪费，解决了现有手机充满电后未及时拔出产生的电能损耗的问题，节约了电能资源。
[0039]本实施例中提及的第一输出单元22、第二输出单元23和通用控制单元24及与其连接的直流负载均为示例。在具体实施时，所述太阳能控制器2还可包括多个输出单元以提供多路不同的直流负载的设计需求。
[0040]请继续参阅图1，本实施例中，所述蓄电池组3由6个2V 330Ah单体阀控密封铅酸蓄电池串联而成，其电压/容量为12V/330Ah，最大荷电容量为3.96kffh。所述蓄电池组3中单体电池的类型选择具有以下优点:1、一般情况下所需的最大容量不会受到限制，蓄电池不需并联；2、单个电池重量相对较轻，运送安装均方便；3、比常规12V蓄电池的设计寿命要长得多；本发明实施例中蓄电池组使用寿命将远长于现有设计的标准离网光伏系统，合理使用时，从常规离网系统设计的实际使用寿命2年左右提高至10年以上的设计使用寿命，在精细优化的理性使用前提下其使用寿命可高达到15年的期望值。因此在实际使用时选取这种单体蓄电池，能让蓄电池组3可以接近甚至尽可能地达到其设计寿命值，大大延长了家用离网光伏发电系统的使用时间。
[0041]为了方便用户了解蓄电池组的电量情况，所述家用离网光伏发电系统还包括用于显示蓄电池组的剩余电量的SOC电量指示模块31。具体实施时可采用磁电系指针式仪表来清晰显示剩余电量的百分比，同时在仪表刻度盘上的不同区域范围内用不同颜色标识当前剩余电量及建议使用方式。如仪表的指针位于刻度盘的绿色区域内，表示蓄电池组的剩余电量在总电量的80%以上，电量充裕可合理地放心使用。指针位于黄色区域内时，表示剩余电量在总电量的65-80%之间，电量有限度建议节约使用。指针位于橙色区域时表示剩余电量在总电量的55-65%之间，该一区内供电仍然是非常安全的，但尽量避免经常剩余电量在此区域时仍继续用电，以达到延长蓄电池使用寿命的目的。当指针位于红色区域时，表示剩余电量小于总电量的55%，此时太阳能控制器已进入过放电保护状态，转换单元21将切断蓄电池组的放电通道(即对直流负载和交流负载的供电通道)以保护蓄电池组，直到蓄电池组重新得到充足的电能。在指针进入绿色区域之前，控制器将不允许蓄电池组输出直流电力。
[0042]应当理解的是，为了更好地保证蓄电池组的使用寿命，当前剩余电量小于总电量的参考值55%时，转换单元21将切断蓄电池组对直流负载和交流负载的供电通道。综合考虑用户的用电需求后，在具体实施时，所述家用离网光伏发电系统还可以包括一个直流空开32 (型号为S201M-C2DC),用于作为紧急直流供电口，以适用于紧急用电情况。蓄电池组连接直流空开(如DC12V直流插座)。由于直流空开不经过太阳能控制器2控制，不带蓄电池过放电保护功能，即使指针位于红色区域，蓄电池组也能通过直流空开输出电压电流实现供电。
[0043]需要注意的是，对于现代新建的高层商品房，尤其是相对较高楼层的住户，通常拥有相当可观的风力资源。为了合理利用风力资源，本实施例中所述家用离网光伏发电系统还设置一风力充电模块，其包括风力发电控制电路、直流空开和超微型直流风力发电机。风力发电控制电路与单个或多个的超微型直流风力发电机连接，将超微型直流风力发电机根据风力产生的电能通过直流空开传输到蓄电池组中存储。安装在阳台或楼顶的超微型风力发电机能在无阳光的情况下(如阴天、夜间)实现对蓄电池组的充电，可较好地延伸蓄电池的使用寿命、还能不断补充电能。该超微型直流风力发电机的单机容量较小(尺寸及外观如家用电脑的散热风扇)、安全性较高且占用空间较少，多个使用时能方便并排叠加。由于超微型直流风力发电机输出功率很小，风力发电控制电路只要具有防反充和限压功能即可，本实施例对其具体电路结构不作限定。基于高层楼层附近的风向较为稳定，该超微型直流风力发电机无需要如常规风力发电机那样跟随风向设置。因此，该风力充电模块适用于一般家庭(居住较高楼层)用户群体使用。
[0044]请继续参阅图1，本实施例中，所述交流控制模块4包括依次连接的离网正弦波逆变器41、双电源切换开关42和空开单元43，所述离网正弦波逆变器41连接蓄电池组3，空开单元43连接交流负载。离网正弦波逆变器输出功率为300W，带缓启动，DC12V输入，能将蓄电池组3的直流电转换成220V交流电给家用电器供电。所述双电源切换开关42 (含漏电保护)主要用于实现市电供电与蓄电池组逆变为220V交流电供电之间的选择切换。市电或蓄电池组逆变后的交流电通过空开单元43对交流负载供电。
[0045]本实施例中，所述空开单元43包括3个空开、即空开1、空开2、空开3，均为交流空开、即微型断路器。空开I连接的交流负载可以为房间照明灯。空开2连接的交流负载可以为客厅照明灯。空开3连接的交流负载可以为一紧急供电插座。
[0046]具体实施时，所述双电源切换开关42可采用带保护的手动切换电路，其应用实施例示意图如图2所示，该切换开关可以非常方便地整体安装在标准Din导轨家庭配电箱内。所述双电源切换开关42包括市电漏电断路器421、断路器辅助触点NC 422、逆变器漏电断路器423和导轨式交流接触器424。所述市电漏电断路器421通过断路器辅助触点NC 422连接导轨式交流接触器424，导轨式交流接触器424通过逆变器漏电断路器423连接离网正弦波逆变器41。
[0047]其中，断路器辅助触点NC (表示常闭型)由于是附加固定安装在市电漏电断路器421上的，可与市电漏电断路器421视作一个整体，参考的优选型号为ABB S2-H02。对应的市电漏电断路器421优选型号为GS261-C25/0.03。导轨式交流接触器424适用型号为:NCH8-20/20。
[0048]为了便于了解逆变器输出的电量，所述双电源切换开关42还可以选择导轨式电能表425、其连接在逆变器漏电断路器423与导轨式交流接触器424之间。所述导轨式电能表424采用标准的Din导轨安装，在本实施例中主要用于测量离网正弦波逆变器41的输出累计电能值，还可显示交流输出的有功功率、输出电压、输出电流及功率因素等测量数据。导轨式电能表424可选型号为:ABB Cll 110-400。
[0049]当市电漏电断路器421接通时，市电将接入空开单元43为交流负载供电，此时断路器辅助触点NC 422处于断开状态，导轨式交流接触器424的线圈不通电使其主触点断开，即使此时离网正弦波逆变器41已开启，离网正弦波逆变器41输出的电能也不会对交流负载供电。
[0050]当用户手动将市电漏电断路器421关闭以切断市电时，断路器辅助触点NC 422将闭合，若此时将离网正弦波逆变器41打开且逆变器漏电断路器423处于闭合状态，则导轨式交流接触器424的线圈通电使其主触点接通，离网正弦波逆变器41输出的电能给交流负载供电，同时导轨式电能表425记录离网正弦波逆变器41的输出累计电能值。
[0051]该双电源切换开关42由于采用微型断路器和附件，及导轨式接触器连接组成，其实际体积很小且结构简单，可以非常方便地安装在标准的家庭配电箱内。并且，若用户平时使用市电供电，双电源切换开关42不工作、不会产生任何额外的电能损耗。即使使用蓄电池组的逆变电能时，双电源切换开关42实际运行时耗用的有功功率实测在IW以内，只需极少的控制能量。该双电源切换开关42的实际操作流程包括:
启用离网正弦波逆变器41。先关闭市电、即关闭市电漏电断路器421 ;接着启动离网正弦波逆变器41。此时由逆变后的220V交流电供电。
[0052]启用市电。先关闭离网正弦波逆变器41;接着接通市电漏电断路器421。此时由市电供电。
[0053]双电源切换开关操作简单，适用于一般家庭用户使用。同时，该双电源切换开关具有一定的保护功能，其原因在于:若市电处于接通状态，即使用户启动离网正弦波逆变器41并且将逆变器漏电断路器423闭合。由于断路器辅助触点NC处于断开状态，只有市电漏电断路器421的主触点超过了彻底分断的位置之后、断路器辅助触点NC才有接通的可能，因此导轨式交流接触器424不工作，离网正弦波逆变器41的输出不会传输到交流负载。
[0054]若重新启用市电时，未按所述操作流程先关闭离网正弦波逆变器41而直接将市电漏电断路器421合上，断路器辅助触点NC在市电漏电断路器421人手操作行程约40%(就是说还不到动作行程的50%，此时市电漏电断路器421未接通)时，断路器辅助触点NC已处于断开状态，交流接触器线圈立即断电同时其主触点将迅速断开。因此，一般而言，市电漏电断路器421的主触点在用户真正接通市电之前已可完成切断离网正弦波逆变器41电力输出的动作。
[0055]请同时参阅图3，图3中示出所述双电源切换开关的较佳实施例的电路结构，该切换开关同样可以方便地安装在标准Din导轨家庭配电箱内，电路结构性能更完善，定位更准确，适于用于对切换速度有更高要求的用户群体。所述市电漏电断路器421包括第一触点NI和第二触点N2、均为常开触点。所述断路器辅助触点NC 422包括第三触点N3和第四触点N4、均为常闭辅助触点。所述逆变器漏电断路器423包括第五触点N5和第六触点N6、均为常开触点。所述导轨式交流接触器424包括第一线圈KM1、第二线圈KM2、第七触点N7、第八触点N8、第九触点N9、第十触点N10、第i^一触点NI 1、第十二触点N12、第十三触点N13、光伏指示灯电路4241和市电指示灯电路4242。其中，第七触点N7和第八触点N8为第一线圈KMl的主触点(常闭)。第九触点N9和第十触点NlO为第一线圈KMl的辅触点(常开)。第i^一触点Nll和第十二触点N12为第二线圈KM2的主触点(常开)，第十三触点N13为第二线圈KM2的辅触点(常开)。
[0056]所述第一触点NI的一端连接市电的零线N,第一触点NI的另一端通过第七触点N7连接空开单元的No端、第九触点N9的一端和第i^一触点Nll的一端，所述第二触点N2的一端连接市电的火线L，第二触点N2的另一端通过第八触点NS连接空开单元的Lo端，所述第一线圈KMl的一端通过第三触点N3连接第四触点N4的一端、导轨式电能表的Lout端和第十二触点N12的一端，第十三触点N13与第三触点N3并联，所述第一线圈KMl的另一端连接第十一触点Nll的另一端、第二线圈KM2的一端、光伏指示灯电路和导轨式电能表的Nout端，所述第二线圈KM2的另一端连接光伏指示灯电路、还通过第十触点NlO连接第四触点N4的另一端，所述第九触点N9的另一端连接市电指示灯电路，第十二触点N12的另一端连接市电指示灯电路和空开单元的Lo端,所述导轨式电能表的Lin端通过第五触点N5连接离网正弦波逆变器的Lb端，导轨式电能表的Nin端通过第六触点N6连接离网正弦波逆变器的Nb端。
[0057]其中，图3中的虚线相连的触点同时开闭。其中，第一触点N1、第二触点N2、第三触点N3和第四触点N4基本上同时动作，如第一触点NI与第二触点N2闭合时，第三触点N3和第四触点N4相隔很短的时间后打开。第七触点N7与第八触点NS同时开闭，第十一触点Nll与第十二触点N12同时开闭。光伏指示灯电路4241有电流流过时，即离网正弦波逆变器41供电时，光伏指示灯电路4241其内置能发出蓝光的LED灯被点亮。市电指示灯电路4242有电流流过时，即市电供电时，市电指示灯电路4242其内置的能发出红光的LED灯被点亮。这样用户即可根据LED灯发光的颜色了解当前对交流负载供电的是市电还是蓄电池组。
[0058]图3有相当全面而完善的保护功能，而且只需增加两个小元件即可很好地实现手动和全自动的切换功能:一个用于自动/手动选择切换的开关，一个带有2NC触点的市电检测继电器(接在421和424之间，用于模拟人手操作421时对422辅助触点的动作)。
[0059]按新增的两个元件搭成的切换系统在实际运行测试时发现，若选择自动运行状态，在市电重新供电和断开市电多次反复的自动切换过程中，连接在图1紧急供电插座上的台式电脑一直保持连续稳定运行，没有出现任何一丝可察觉的异样。
[0060]关于能耗方面，图3在市电接入并设置为手动运行状态时，双电源切换装置的总耗电几乎为0，主要为红色指示灯电路，典型值为0.02W;图3在市电接入并设置为自动运行状态时，双电源切换装置总耗电基本上为市电检测继电器的线圈耗电，典型值小于0.51
[0061]本发明另一实施例中，所述双电源切换开关还可以采用由两路漏电断路器组成的全手动操作方式，或商业化成品双电源切换模块，或双刀双掷手动切换开关等三种方案实现。
[0062]其中，两路漏电断路器组成的全手动操作方式适用于具有电气专业的用户群体；其在本实施例所列出的五种方案中体积最小，成本最低，且没有增加额外损耗。但是该方案必须严格按流程操作，硬件上只需将两路标准的漏电断路器输出端并联即可实现。市电漏电断路器与逆变器漏电断路器只能接通一个，严禁将两个断路器均处于合上状态，因此不推荐一般家庭选用。
[0063]所述商业化成品双电源切换模块也可适用于一般家庭用户群体，可选的型号为2P220V双电源自动切换开关，或单相家用迷你型ATS( (Automatic Transfer Switch))。使用时可将商业化成品双电源切换模块设置为手动状态以节省平时的市电待机耗电，也可实现全自动的切换。该方案主要优点在于价格低廉，有较为成熟技术且已市场化生产。但由于需要使用电机转动两个断路器，切换速度较慢(以图3所示的实施例为例，实际运行测试，即使是在手动模式下仍可实现人为切断市电以及手动重新接通市电操作后，台式电脑均能很好地保持连续正常的工作而没有一丝的异常。而此商业化成品双电源切换模块是不可能实现的，其典型切换时间在1.5秒量级，比台式电脑要求的不间断时间长数十倍)。同时，这种商业化成品双电源切换模块较为笨重，外形体积比微型断路器要大，其底座也不是标准的导轨式，一般情况下无法安装在家庭配电箱中。
[0064]所述双刀双掷手动切换开关适用于对设备空间无要求的部分电气专业用户群体，其比较简单直接且高效，正常切换运行流程下设备安全且无额外损耗；但其体积较大，且一般不适合所有家庭成员操作。
[0065]请继续参阅图1，为了方便用户能远程控制家用离网光伏发电系统的工作状态，在本发明的另一较佳实施例中，所述家用离网光伏发电系统还包括蓝牙模块5，其与转换单元21连接，能根据用户输入的读取指令获取太阳能控制器2的工作状态参数和蓄电池组的电量状态并传输，还能传输用户输入的修改指令给太阳能控制器，修改太阳能控制器的工作状态。用户可下载相关应用软件实现用移动终端(如手机、平板电脑)对太阳能控制器现场运行数据的无线监测功能、以及太阳能控制器的测试运行、参数设置的能力。其中，所述家用离网光伏发电系统蓝牙模块5可采用蓝牙4.0模块，其体积很小，可以节省空间。
[0066]例如，用户通过手机上的蓝牙模块与家用离网光伏发电系统无线连接，手机传输用户输入的读取指令，家用离网光伏发电系统的蓝牙模块5获取相关数据传输给手机实时或动态显示蓄电池的剩余电量、蓄电池电压、当前的蓄电池电流等运行数据。用户还可以通过手机输入相关修改指令，远程无线控制太阳能控制器中转换单元的工作状态，如编辑修改并确认太阳能控制器的运行参数；直接启动测试运行指令，让太阳能控制器放弃除过放保护以外的所有控制参数全部直接输出指定的时长，如3分钟，时间长度可手动调整。所述家用离网光伏发电系统的蓝牙模块5与移动终端之间能实现的功能包括但不限于以上功倉泛。
[0067]基于上述的蓝牙模块5，在进一步的实施例中，所述家用离网光伏发电系统还可以通过互联网方式实现远程监控。即互联网通过家用路由器与蓝牙转接器连接，蓝牙转接器与家用离网光伏发电系统的蓝牙模块连接，如图1所示。通过家用离网光伏发电系统的蓝牙模块5与蓝牙转接器交互数据指令，使用户能通过互联网实现对家用离网光伏发电系统的无线通信远程监控。由于家用离网光伏发电系统的蓝牙模块5对供电的能量需求非常小，可通过定义的家用路由器的LAN 口的RJ45针脚直接供电、以完成数据的蓝牙接收到LAN口的转接功能。具体实施时，只要将蓝牙转接器插入家用路由器的LAN 口，并到网上免费下载对应的控制软件，即可通过手机上网随时对已安装的家用离网光伏发电系统实现远程监控功能。
[0068]基于上述互联网远程监控方式，在具体实施时，所述家用离网光伏发电系统还能实现现在升级，即通过互联网传输升级软件给太阳能控制器，对家用离网光伏发电系统进行参数修改、优化配置，特别地可优化光伏组件的功率、蓄电池组的容量等。用户与用户之间、用户与厂商之间还能借助互联网交流家用离网光伏发电系统的使用经验和问题。厂商能通过互联网远程检测家用离网光伏发电系统的工作状态，发现故障时传输对应程序给太阳能控制器进行系统修复或升级，以实现进一步改进设计的精确度人性化与完善性。
[0069]需要注意的是，具体实施时，所述家用离网光伏发电系统除了能对上述直流负载和交流负载供电，其还能为较低功率的多点光源进行分区化照明供电，以提供更好的光源空间感。例如，在本发明的具体实施例中，照明负荷基本上全为LED光源，包括有:对不同功率和出射光角度合理搭配的MR16射灯、大量的G4水晶灯珠、12支T5日光灯、7支T8日光灯、E27球泡灯、E14台灯、异形镜前灯等进行综合供电。由于用户可针对如听音乐、晚餐、阅读、娱乐、朋友聚会等等各种使用场景采取不同的照明需求、设计对各光源的开启和关闭做不同的优化组合，相比传统的均匀照射平均分布的照明方式其光学环境的总体效果更为人性化和更理想，同时所耗用电能的减少量也是相当的可观。
[0070]该家用离网光伏发电系统除了能满足日常的直流负载供电外，本实施例还对应提供一种“家庭光伏发电日”功能，“家庭光伏发电日”是人为的断开照明负荷与市电线路的连接，改为使用光伏发电储存的电能，主要是在两个“家庭光伏发电日”之间(间隔时间一般最长可为1-2个月，最短为几天，间隔时间的长短主要取决于前段时间的太阳辐射能量总量及家庭用电量)，每天直流负载正常使用后剩余下来累积在蓄电池组中的能量逆变后提供给整个家庭的交流负载。“家庭光伏发电日”功能的启动可依据SOC电量指示模块的指针为参考，若指针已连续数天处于绿色区域的顶端可放心启用。在合理使用时，每个“家庭光伏发电日”的实际运行时间常常可超过一天，以指针下降到黄色区域的中间附近时可考虑终止，通过手动将交流负载(如照明负荷)重新切回由市电供电。“家庭光伏发电日”功能可以提高用户的能源应用参与意识，合理规划蓄电池组的使用；只要供电容量控制在一定范围内，符合厂家对蓄电池长寿命运行建议即可。当然，若连续数月仍没有启动“家庭光伏发电日”功能，对蓄电池组也不会照成损伤。
[0071]本发明提供的家用离网光伏发电系统适用的用户群体较为广泛，安装较为方便；能在停电后，或自然灾害导致停电的情况下进行紧急供电；其还能增加国民节能环保和能源利用意识，减少碳排放。
[0072]应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种家用离网光伏发电系统，其特征在于，包括光伏组件、太阳能控制器、蓄电池组和交流控制模块，所述光伏组件、太阳能控制器、蓄电池组和交流控制模块依次连接，所述太阳能控制器连接直流负载，所述交流控制模块连接交流负载和市电； 所述光伏组件接收太阳光中的光辐射能量并转化为电能，通过太阳能控制器传输到蓄电池组中存储，太阳能控制器获取蓄电池组上的电能给直流负载直接供电；所述交流控制模块用于选择在市电供电和蓄电池组供电之间切换，选择蓄电池组供电时将蓄电池组的直流电转换为220V交流电后给交流负载供电。
2.根据权利要求1所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，所述太阳能控制器包括: 转换单元，用于将光伏组件生成的电能传输到蓄电池组中存储； 第一输出单元，用于手动或自动控制蓄电池组对直流负载的供电状态； 第二输出单元，用于手动或自动控制蓄电池组对直流负载的供电状态； 通用控制单元，用于手动控制蓄电池组对直流负载的供电状态； 所述转换单元连接光伏组件、蓄电池组、第一输出单元、第二输出单元和通用控制单元，所述第一输出单元、第二输出单元和通用控制单元均连接直流负载。
3.根据权利要求2所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，所述第一输出单元和第二输出单元对直流负载的供电状态的控制包括:定时启闭供电，根据环境亮度和或人体接近状态控制是否供电以及供电电压大小。
4.根据权利要求2所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，还包括用于将蓄电池组输出的12V电压转换为5V电压、实现多路USB输出供电的DC/DC模块；所述DC/DC模块与所述通用控制单元连接。
5.根据权利要求1所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，所述蓄电池组由6个阀控密封铅酸蓄电池串联而成。
6.根据权利要求1所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，还包括用于显示蓄电池组的剩余电量的SOC电量指示模块。
7.根据权利要求1所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，所述交流控制模块包括: 离网正弦波逆变器，用于将蓄电池组的直流电转换成220V交流电； 双电源切换开关，用于实现市电供电与蓄电池组逆变为220V交流电供电之间的选择切换； 空开单元，用于将市电或所述220V交流电传输给交流负载供电； 所述离网正弦波逆变器、双电源切换开关、空开单元依次连接的，所述离网正弦波逆变器连接蓄电池组，空开单元连接交流负载。
8.根据权利要求7所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，所述双电源切换开关包括市电漏电断路器、断路器辅助触点NC、逆变器漏电断路器和导轨式交流接触器；所述市电漏电断路器通过断路器辅助触点NC连接导轨式交流接触器，导轨式交流接触器通过逆变器漏电断路器连接离网正弦波逆变器。
9.根据权利要求8所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，所述双电源切换开关还包括导轨式电能表、其连接在逆变器漏电断路器与导轨式交流接触器之间。
10.根据权利要求9所述的家用离网光伏发电系统，其特征在于，所述市电漏电断路器包括第一触点和第二触点，所述断路器辅助触点NC包括第三触点和第四触点，所述逆变器漏电断路器包括第五触点和第六触点，所述导轨式交流接触器包括第一线圈、第二线圈、第七触点、第八触点、第九触点、第十触点、第i^一触点、第十二触点、第十三触点、光伏指示灯电路和市电指示灯电路； 所述第一触点的一端连接市电的零线，第一触点的另一端通过第七触点连接空开单元的No端、第九触点的一端和第十一触点的一端，所述第二触点的一端连接市电的火线，第二触点的另一端通过第八触点连接空开单元的Lo端，所述第一线圈的一端通过第三触点连接第四触点的一端、导轨式电能表的Lout端和第十二触点的一端，第十三触点与第三触点并联，所述第一线圈的另一端连接第十一触点的另一端、第二线圈的一端、光伏指示灯电路和导轨式电能表的Nout端，所述第二线圈的另一端连接光伏指示灯电路、还通过第十触点连接第四触点的另一端，所述第九触点的另一端连接市电指示灯电路，第十二触点的另一端连接市电指示灯电路和空开单元的Lo端，所述导轨式电能表的Lin端通过第五触点连接离网正弦波逆变器的Lb端，导轨式电能表的Nin端通过第六触点连接离网正弦波逆变器的Nb端。
【文档编号】H02J9/06GK104184394SQ201410325069
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】屈柏耿, 段春艳, 章大钧, 王旭伟, 陈达明, 陈萼, 李柏青 申请人:佛山职业技术学院