專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能作為一種清潔的、沒(méi)有任何污染的能源，以及太陽(yáng)能發(fā)電做為動(dòng)力供應(yīng)主要來(lái)源之一的可能性，已日益引起人們關(guān)注。相關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)后期，太陽(yáng)能發(fā)電將在世界電能結(jié)構(gòu)中占據(jù)80 %的位置。然而，由于技術(shù)問(wèn)題，迄今商業(yè)化的光伏發(fā)電裝置/太陽(yáng)能電池的價(jià)格太高、光電轉(zhuǎn)換效率過(guò)底。在城市電力系統(tǒng)中，高昂的一次性投資成本無(wú)疑更為光伏發(fā)電裝置/太陽(yáng)能電池產(chǎn)品推廣增加了難度，大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用光伏太陽(yáng)能發(fā)電，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本成為核心所在。因此，提高效率，降低成本，擴(kuò)大規(guī)模成為現(xiàn)今開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)光伏發(fā)電裝置/太陽(yáng)能電池的主題。太陽(yáng)能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)一般包括太陽(yáng)能電池板，蓄能元件，控制電路等。其中，蓄能元件如蓄電池的作用是能把有限的電能儲(chǔ)存起來(lái)，在適當(dāng)時(shí)候使用。蓄電池的工作原理是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。研究發(fā)現(xiàn)電池充電過(guò)程對(duì)電池壽命影響最大，放電過(guò)程的影響較少。也就是說(shuō)，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見(jiàn)，蓄能元件充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池乃至整個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的電性能、效率及使用壽命。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN200510134746. 2公開(kāi)了一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，采用充/停交替進(jìn)行的方式進(jìn)行充電，停止充電時(shí)消除了歐姆極化和電化學(xué)極化， 濃差極化逐漸消除，當(dāng)極化消除時(shí)，蓄電池端電壓會(huì)降低，降低到規(guī)定值時(shí)，又重新充電，此時(shí)充電效率會(huì)大大增加，充電最高電壓采取了溫度補(bǔ)償，即蓄電池溫度升高則自動(dòng)降低最高充電電壓，蓄電池溫度降低則自動(dòng)升高最高充電電壓。因此高溫季節(jié)可以減少析氣量，減少失水；低溫季節(jié)又可以充電更足；大電流充電有利于形成更緊湊的正極活性物質(zhì)骨架， 對(duì)正極活性物質(zhì)和表面的結(jié)構(gòu)有良好影響；大電流充電形成的正極活性物質(zhì)由于來(lái)不及生長(zhǎng)從而形成活性物質(zhì)的顆粒尺寸較小，活性物質(zhì)之間的連接較緊湊，從而有利于循環(huán)壽命延長(zhǎng)。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN200810058182. 2公開(kāi)了一種光伏系統(tǒng)控制充放電方法， 該系統(tǒng)包括太陽(yáng)電池組件，蓄電池，輸入電子開(kāi)關(guān)，控制器，輸出電子開(kāi)關(guān)，負(fù)載等部分。將太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中的一組蓄電池，采用兩組容量為1/2原系統(tǒng)蓄電池并聯(lián)，太陽(yáng)電池由充電控制器對(duì)兩組電池進(jìn)行脈沖方式充電，首先脈沖電流對(duì)一組電池充電，在脈沖的間歇期對(duì)另一組蓄電池充電，如此循環(huán)，則太陽(yáng)電池的發(fā)電被100%利用，兩組蓄電池又可以進(jìn)行脈沖放電，形成智能化互補(bǔ)控制充放電。該法能改善蓄電池的使用維護(hù)條件，減輕酸霧對(duì)設(shè)施的腐蝕和對(duì)環(huán)境的污染，提高容量轉(zhuǎn)換效率，兩組蓄電池交替充放電，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。
然而，這些公開(kāi)的方法并不能最大限度地增強(qiáng)蓄電池的使用率，也不能最大限度地提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，以克服現(xiàn)有方法技術(shù)的不足。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明提供的方法簡(jiǎn)便，可使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件充電出氣量減少，充電徹底，又避免過(guò)充，延長(zhǎng)蓄能元件使用壽命且使蓄電池極板不易彎曲而造成報(bào)廢；還可以避免蓄電池充電后期充電電流過(guò)大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失，并最大限度地提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。本發(fā)明所涉及的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池板，電容器，直流/直流轉(zhuǎn)換器， 蓄電池，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，控制電路；所涉及的蓄能元件包括蓄電池、電容器。本發(fā)明所涉及的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法為在包括太陽(yáng)能電池板，電容器，直流/直流轉(zhuǎn)換器，蓄電池，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，控制電路的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池板與一個(gè)或多個(gè)蓄電池的電路間連接一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器，由一微處理器操縱直流/直流轉(zhuǎn)換器及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)((2)與(2a))來(lái)控制蓄電池的充放電、操縱半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) ((7)與(7a))來(lái)控制電容器的充放電；其中，蓄電池充電過(guò)程采用二期充電法，即充電前期采用分段變電壓間歇充電，各段分別予以最佳充電電壓，獲得絕大部分充電量；充電后期采用定電壓充電段，獲得過(guò)充電量， 充電后期采用的電壓低于充電前期最后一段采用的電壓；蓄電池放電過(guò)程采用一期定壓放電法；蓄電池不能被充電時(shí)，由電容器接受太陽(yáng)能電池板輸電，電容器放電過(guò)程采用一期定壓放電法。這樣，可以將蓄電池恢復(fù)至完全充電態(tài)并通過(guò)間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然消除，以致減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒壓充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量，也使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。在本發(fā)明的充電方法實(shí)施過(guò)程中，可針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)所采用的蓄電池種類(lèi)，在充電前期采用分段變電壓間歇充電中采用電壓逐增、電壓逐減、電壓交替減增或電壓交替增減方式。微處理器控制蓄電池充放電的方式包括適時(shí)轉(zhuǎn)變充電以及間歇過(guò)程，通過(guò)實(shí)時(shí)控制充電間歇過(guò)程采集蓄電池端電壓或系統(tǒng)電路中電容器端電壓，當(dāng)蓄電池達(dá)到預(yù)定的停充電壓時(shí)，通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)停止對(duì)蓄電池充電，使充電過(guò)程在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)間歇，并再通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)蓄電池進(jìn)入下一階段的充電過(guò)程。本發(fā)明中還涉及到在太陽(yáng)能電池板與直流/直流轉(zhuǎn)換器的電路間連接一個(gè)電容器并由微處理器控制、使其至少具有在蓄電池不能被充電時(shí)接受太陽(yáng)能電池板輸電的功能。電容器充電過(guò)程可以采用任一常規(guī)的充電法、放電過(guò)程采用一期定壓充電法。
電容器最好采用高容量的電容器，如最近幾年才興起的超級(jí)電容器，其功率性能比蓄電池要好，充電速度快，不存在過(guò)放的問(wèn)題，且壽命長(zhǎng)，充放電可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)次，是一種綠色能源產(chǎn)品，并可焊接，因而不存在蓄電池那樣的不牢固現(xiàn)象。蓄電池包括鉛酸蓄電池，鎳氫蓄電池，鋰離子電池，鐵鎳蓄電池，金屬氧化物蓄電池，鋅銀蓄電池，鎳鎘電池，鈉硫蓄電池，鎳鋅蓄電池，鋅空氣蓄電池和聚合物鋰離子電池。 電路中最好對(duì)蓄電池采取過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、過(guò)熱、倒流保護(hù)。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)包括任一類(lèi)型的電子開(kāi)關(guān)、電力電子開(kāi)關(guān)、控制開(kāi)關(guān)和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。負(fù)載包括相關(guān)用電設(shè)備、并網(wǎng)逆變器、變壓器和/或電網(wǎng)。


附圖是本發(fā)明所涉及的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于在實(shí)施方式說(shuō)明范圍內(nèi)。如附圖所示，本發(fā)明實(shí)施例中裝置包括太陽(yáng)能電池板(1)，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(2)，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(2a)，直流/直流轉(zhuǎn)換器(3)，電容器(4)，微處理器(5)，驅(qū)動(dòng)和保護(hù)模塊(6)，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(7)，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(7a)，蓄電池(8)，負(fù)載(9)。實(shí)施方式如附圖所示，太陽(yáng)光(未圖示)從太陽(yáng)能電池板(1)的表面射入，產(chǎn)生電能，由微處理器(5)指令半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(2)導(dǎo)通電容器(4)與直流/直流轉(zhuǎn)換器(3)之間電路，根據(jù)電壓或其與電流反饋值計(jì)算比較等，以最佳化地進(jìn)行太陽(yáng)能電池板(1)的最大功率點(diǎn)追蹤， 并操縱直流/直流轉(zhuǎn)換器(3)及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(7)按照設(shè)定的各段最佳充電電壓，來(lái)控制蓄電池(8)的前期充電，按照設(shè)定的比前期最后一段電壓低的電壓，來(lái)控制蓄電池(8)的后期充電；操縱直流/直流轉(zhuǎn)換器(3)及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(7a)按照一期定壓放電法來(lái)控制蓄電池 (8)的放電。在蓄電池(8)被充滿或不能被充電時(shí)，微處理器(5)獲得信號(hào)，指令半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) (2)導(dǎo)通電容器(4)，使電容器(4)接受太陽(yáng)能電池板(1)的輸電而充電；或指令半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(2a)按照一期定壓放電法來(lái)控制電容器(4)放電。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于在包括太陽(yáng)能電池板，電容器，直流/直流轉(zhuǎn)換器，蓄電池，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，控制電路的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池板與一個(gè)或多個(gè)蓄電池的電路間連接一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器，由一微處理器操縱直流/直流轉(zhuǎn)換器及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)((7)與(7a))來(lái)控制蓄電池的充放電、操縱半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)((2) 與(2a))來(lái)控制電容器的充放電；其中，蓄電池充電過(guò)程采用二期充電法，即充電前期采用分段變電壓間歇充電，各段分別予以充電電壓，獲得絕大部分充電量；充電后期采用定電壓充電段，獲得過(guò)充電量，充電后期采用的電壓低于充電前期最后一段采用的電壓；蓄電池放電過(guò)程采用一期定壓放電法；蓄電池不能被充電時(shí)，由電容器接受太陽(yáng)能電池板輸電，電容器放電過(guò)程采用一期定壓放電法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的蓄電池包括鉛酸蓄電池，鎳氫蓄電池，鋰離子電池，鐵鎳蓄電池，金屬氧化物蓄電池，鋅銀蓄電池，鎳鎘電池，鈉硫蓄電池，鎳鋅蓄電池，鋅空氣蓄電池和聚合物鋰離子電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的充電前期采用分段變電壓間歇充電包括采用電壓逐增、電壓逐減、電壓交替減增或電壓交替增減方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的微處理器控制蓄電池充放電的方式包括適時(shí)轉(zhuǎn)變充電以及間歇過(guò)程，通過(guò)實(shí)時(shí)控制充電間歇過(guò)程采集蓄電池端電壓或系統(tǒng)電路中電容器端電壓，當(dāng)蓄電池達(dá)到預(yù)定的停充電壓時(shí)，通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)停止對(duì)蓄電池充電，使充電過(guò)程在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)間歇，并再通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)蓄電池進(jìn)入下一階段的充電過(guò)程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的電容器連接在太陽(yáng)能電池板與直流/直流轉(zhuǎn)換器的電路間，由微處理器控制并使電容器至少具有在蓄電池不能被充電時(shí)接受太陽(yáng)能電池板輸電的功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，該方法包括在包括太陽(yáng)能電池板，電容器，直流/直流轉(zhuǎn)換器，蓄電池，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，控制電路的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池板與一個(gè)或多個(gè)蓄電池的電路間連接一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器，由一微處理器操縱直流/直流轉(zhuǎn)換器及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)((7)與(7a))來(lái)控制蓄電池的充放電、操縱半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)((2)與(2a))來(lái)控制電容器的充放電。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102201679SQ20101012994
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者劉文韜, 劉津平, 高霞 申請(qǐng)人:劉津平, 江西杰彼新能源有限公司