一种集装箱船光伏发电系统与方法与流程

本发明涉及光伏并网发电领域，具体涉及一种集装箱船光伏发电系统与方法。

背景技术：

面对当前严峻的海洋污染问题，各海事大国逐渐开始探索节能减排的新方法，而在远洋船舶上集成太阳能光伏电力系统，无疑成为船舶降低燃油消耗、减少废气排放的最理想的途径之一。随着光伏技术的不断深入发展，其效率、可靠性及稳定性均有了很大提高，因此太阳能光伏发电逐渐从最初的单纯技术研究转向实际应用领域。

近年来，太阳能光伏发电机技术在一些具有较大安装面积的大型船舶上得到了初步应用研究，由于太阳能光伏发电量有限，对于大型船舶，其只能作为辅助能源与船舶同步发电机并网应用或离网独立带载，如德国alster太阳能动力游艇，长27m，重42t，载客100人，停靠时还可将余电并网到岸上电网使用；我国“中远腾飞”滚装船，采用光伏并/离网混合供电模式，为船舶12层甲板照明系统供电。而集装箱船舶，作为海洋货运最重要的船型，年均货运需求量不断攀升，由于其甲板不具有光伏大规模安装所需的面积，至今不受光伏船舶研究者的青睐。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种集装箱船光伏发电系统与方法，适用于集装箱船。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种集装箱船光伏发电系统，包括光电转换系统和电能存储利用系统，其特征在于：所述的光电转换系统包括若干个光伏组件模块、设置在集装箱船体一侧带有升降装置的传输杆、以及汇流板；

所述的光伏组件模块包括本体，本体上设有光伏电池板，本体内部设有光伏电池板调节机构，本体上设有连接母头，本体底部设有用于固定光伏组件模块的连接件；

若干个光伏组件模块的连接母头之间通过连接臂连接，构成网格状，连接臂内设有电缆和通信线缆，分别通过连接母头与光伏组件模块中的光伏电池板和光伏电池板调节机构连接；连接臂的末端与升降装置连接，光伏组件模块通过升降装置升到集装箱的顶部；光伏电池板产生的电能通过电缆穿过连接臂和传输杆在汇流板汇合，再传输到所述的电能存储利用系统；

本光伏发电系统还包括光伏组件模块控制系统，光伏组件模块控制系统输出的控制信号通过通信线缆穿过传输杆和连接臂与光伏组件模块的光伏电池板调节机构连接。

按上述系统，所述的光伏组件模块的长和宽与集装箱的长和宽相等，所述的连接件与集装箱的连接件相同。

按上述系统，所述的光伏电池板调节机构包括用于开启或关闭光伏电池板受光面的卷帘门、用于驱动卷帘门的电动机和导轨，和用于调节光伏电池板角度的支撑模块和步进电机；其中导轨固定在本体上，卷帘门受电动机的驱动在导轨中运行。

按上述系统，所述的本体通过隔板隔成上部和下部，导轨、光伏电池板、支撑模块及步进电机设置在上部，电动机和连接母头设置在下部，上部和下部之间的电缆和通信线缆通过隔板上的接线孔连接，上部还设有泄水孔。

按上述系统，所述的汇流板将每3组光伏组件模块的电压进行串联后再传输给所述的电能存储利用系统。

按上述系统，所述的电能存储利用系统包括依次连接的降压整流器、光伏逆变柜、滤波器和变压器，变压器的输出端与船舶电力配电板连接，为负载供电。

一种利用所述的集装箱船光伏发电系统实现的光伏发电方法，其特征在于：它包括：

当集装箱船装载集装箱后，将光伏组件模块依次装载在最顶部的集装箱上部，利用连接件与集装箱固定；相邻的光伏组件模块通过连接母头和连接臂机械连接和线路连接；连接臂的末端通过升降装置与传输杆连接；

光伏组件模块控制系统输出控制信号，通过光伏电池板调节机构调节光伏电池板的受光面和角度；

光伏电池板产生的电能通过电缆穿过连接臂和传输杆在汇流板汇合，再传输到所述的电能存储利用系统。

本发明的有益效果为：本发明充分利用了集装箱船集装箱顶部的面积，将光伏电池板集成到独立的光伏组件模块中，可以很方便的放置在集装箱的顶部，通过连接臂和连接母头将各个独立的光伏组件模块的电能和信号进行传输，无需另外接线，再接入汇流板汇合，最后传输到所述的电能存储利用系统，从而能够适应集装箱船的安装需要，降低船舶油耗和废气的排放，保护大气及海洋环境。

附图说明

图1为本发明一实施例的系统结构图。

图2为光伏组件模块结构示意图。

图3为机械连接臂原理图。

图4为传输杆结构示意图。

图中：1-导轨，2-光伏电池板，3-连接母头，4-接线端子，5-泄水孔，6-支撑模块，7-连接臂，8-步进电机，9-电气端口，10-通信端口，11-电动机，12-卷帘门，13-光伏组件模块，14-光伏逆变柜，15-传输杆，16-滤波器，17-变压器，18-同步柴油发电机，19-光伏电力管理系统，20-buck降压整流器，21-汇流板，22-船舶电力配电板，23-驱动齿轮。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明所提供的系统适用于集装箱船舶。

本发明提供一种集装箱船光伏发电系统，如图1至图4所示，包括光电转换系统和电能存储利用系统，光电转换系统包括若干个光伏组件模块13、设置在集装箱船体一侧带有升降装置的传输杆15、以及汇流板21；光伏组件模块13包括本体，本体上设有光伏电池板2，本体内部设有光伏电池板调节机构，本体上设有连接母头3，本体底部设有用于固定光伏组件模块13的连接件；若干个光伏组件模块13的连接母头3之间通过连接臂7连接，构成网格状，连接臂7内设有电缆和通信线缆，分别通过连接母头3与光伏组件模块中的光伏电池板2和光伏电池板调节机构连接，具体的，连接臂7内设有与连接母头3连接的端子；连接臂7的末端与升降装置（本实施例中升降装置为驱动齿轮23）连接，光伏组件模块13通过升降装置升到集装箱的顶部；光伏电池板2产生的电能通过电缆穿过连接臂7和传输杆15在汇流板21汇合，再传输到所述的电能存储利用系统；本光伏发电系统还包括光伏组件模块控制系统，光伏组件模块控制系统输出的控制信号通过通信线缆穿过传输杆15和连接臂7与光伏组件模块13的光伏电池板调节机构连接。

本实施例中，电能存储利用系统包括buck降压整流器20、逆变柜14、滤波器16、变压器17、光伏电力管理系统19、同步柴油发电机18、配电板22，从汇流板21出来的电压经buck降压整流器20、光伏逆变柜14转化成交流电，后经滤波器16、变压器17并入船舶电力配电板22，实现与柴油发电机18并网供电。光伏电力管理系统19由cpu、数字量输入输出模块、串口通信模块、光伏并网接触器、pwm高脉冲输出模块组成，其用于监测整个光伏并网的集装箱船舶供电系统的运行状态，记录运行参数。所述的光伏组件模块控制系统也可以集成在光伏电力管理系统19里。

所述的光伏电池板调节机构包括用于开启或关闭光伏电池板2受光面的卷帘门12、用于驱动卷帘门12的电动机和11导轨1，和用于调节光伏电池板2角度的支撑模块6和步进电机8。其中导轨1固定在本体上，卷帘门12受电动机11的驱动在导轨1中运行。

所述的本体通过隔板隔成上部和下部，导轨1、光伏电池板2、支撑模块6及步进电机8设置在上部，电动机11和连接母头3设置在下部，上部和下部之间的电缆和通信线缆通过隔板上的接线孔连接，上部还设有泄水孔5。

优选的，所述的光伏组件模块13的长和宽与集装箱的长和宽相等，所述的连接件与集装箱的连接件相同。本实施例中，独立的光伏组件模块13长、宽尺寸以20英尺的国际标准集装箱一致，其光伏电池板安装面积可达12m²，而高度要尽量的矮。以当前市场常见的光伏电池板英利熊猫系列，其发电效率为170w/m²，每平米的电池板端电压可在达到20v，则独立的光伏组件模块的光伏发电量可达到2040w，直流端电压为240v。

所述的汇流板21将每3组光伏组件模块13的电压进行串联后再传输给所述的电能存储利用系统。在汇流板设计三组光伏整列串联是保证光伏直流端电压等级增加到720v，便于后级buck整流和逆变并网，降低光电在电力电子转化中的能源损耗。

一种利用所述的集装箱船光伏发电系统实现的光伏发电方法，包括：

载货时要求同一行的集装箱应同高度，即同一行的集装箱应堆放相同数量的箱体，当集装箱船装载集装箱后，将光伏组件模块13依次装载在最顶部的集装箱上部，利用连接件与集装箱固定；相邻的光伏组件模块13通过连接母头3和连接臂7机械连接和线路连接；连接臂7的末端通过升降装置与传输杆15连接；

光伏组件模块控制系统输出控制信号，通过光伏电池板调节机构调节光伏电池板2的受光面和角度；

光伏电池板2产生的电能通过电缆穿过连接臂7和传输杆15在汇流板21汇合，再传输到所述的电能存储利用系统。

本实施例中，连接臂7设置在光伏组件模块13中，步进电机8根据光伏控制电力管理系统的指令驱动连接臂7向外伸出，与相邻独立的光伏组件模块13的连接母头3相连，各独立的光伏组件模块13间的电传递和信号传递分别通过连接臂7中的电气端9口和通信端口10实现，电气端口9和通信端口10之间由绝缘材料进行隔离，机械连接臂7与连接母头3内接接线端子4，实现内部电路的连接。

传输杆15设立在船舷一侧，传输杆包块驱动齿轮23和机械连接臂7，根据集装箱船舶载货量，光伏电力管理系统通过遥控驱动上下两个齿轮调节机械连接臂高度，实现与最外端的独立的光伏组件模块实现电传递和信号传递。

所述的一种集装箱船舶的光伏发电系统与方法，独立的光伏组件模块13中的光伏电池板2产生的电能通过连接臂7并联成一组光伏阵列，确保某一独立的光伏组件模块13发生故障，不影响同行其他模块的正常供电。所述的汇流板、buck降压整变器、光伏逆变柜、滤波器、变压器均安装于甲板下方机舱中。

所述的buck降压整变器，其特征在于：buck降压整变器包含mppt控制器，光伏阵列输出的电压和电流送入mppt控制器中进行最大功率跟踪控制，使光伏阵列输出最大功率。

所述的光伏电力管理系统包括cpu、数字量输入输出模块、串口通信模块、光伏并网接触器、pwm高脉冲输出模块，数字量输出模块通过控制继电器圈通断电从而控制并网接触器通断；通讯模块通过rs485与逆变器进行实时通讯，控制逆变器输出功率；pwm波脉冲输出模块输出pwm信号控制伺服电机启动与旋转；与buck降压整流器通讯实现光伏直流端端电压和电流的采集；cpu与计算机通过以太网建立通信，实现数据和指令的实时交换。

本发明装置克服了集装箱船舶光伏安装面积小的困难；集成独立可拆卸式独立的光伏组件模块；方便拆卸重装，不妨碍船舶正常工作。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。