戶用光伏智能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種戶用光伏智能控制系統(tǒng)，包括：匯流防雷器；儲能電池；光伏控制器，和匯流防雷器的伸出端、一直流母線以及儲能電池連接，用于控制儲能電池的充放電過程和為直流用電負載供電；能量管理器，與直流母線連接、單向電能表連接，用于根據(jù)電能的不同狀態(tài)將電能按照不同方向傳輸；控制器，與光伏控制器、單向電能表和能量管理器連接，用于采集、處理和輸出光伏組件陣列的發(fā)電信息、儲能電池的充放電信息、電量信息，以及用于系統(tǒng)參數(shù)設定、運行控制。本發(fā)明可以避免光伏應用系統(tǒng)的大規(guī)模系統(tǒng)設計及施工過程，并且無電能浪費。
【專利說明】戶用光伏智能控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能利用及電能轉換【技術領域】，具體而言，本發(fā)明特別涉及一種適用于家庭、商戶等小型組織的戶用光伏智能控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代社會中，不可再生能源大量消耗，能源問題日益凸顯，作為能源使用主體之一的家庭的消耗量不斷增加。如何解決這一日趨嚴重的問題，人們不斷嘗試采用光伏技術來滿足家庭的部分能源消耗。但目前還沒有完成一個較為合理的技術方案。一般的離網(wǎng)系統(tǒng)設計簡單、成本較低，但其光伏利用率低，需要配置大量的蓄電池用于電能存儲，同時由于用電系統(tǒng)的用能不確定性，使得離網(wǎng)系統(tǒng)存在本質缺陷；而并網(wǎng)系統(tǒng)多存在系統(tǒng)復雜、成本高、實施困難等缺陷，不便于大面積推廣。
[0003]例如，中國專利CN202364159U涉及一種光伏儲能裝置，其既可以為蓄電池充電，又能將電能提供給負載和電網(wǎng)。但沒有考慮作為產(chǎn)品電能還應提供給直流負載的可能性，同時該發(fā)明沒有實現(xiàn)電能的優(yōu)化利用，造成電能的浪費，只能分時段使用電能，而且設計較為理想化，沒有慮及太陽能的不確定性，使得該設計無法滿足真實情況的應用。
[0004]中國專利申請CN102195523A涉及一種智能太陽能光伏電源系統(tǒng)，中國專利CN201504107U涉及一種便攜式戶用太陽能光伏電源，二者分別解決了光伏電源在應用過程中的部分問題，整體系統(tǒng)設計簡單，但都屬于離網(wǎng)光伏系統(tǒng)，在蓄電池組固定的情況下光伏利用率低，且無法解決光照條件好時產(chǎn)生的多余電能，造成電能的浪費，應用前景有限。
[0005]因此，如何設計一款戶用光伏智能控制系統(tǒng)，使其一方面要便于實施，降低制造成本，一旦擁有，便不再需要大規(guī)模的系統(tǒng)設計及施工過程，另一方面又要滿足不同家庭的需求，控制系統(tǒng)簡單、集成化程度高、占地面積小、實現(xiàn)與市電電網(wǎng)、家庭用電系統(tǒng)無縫對接，同時又可以在有無市電電網(wǎng)的條件下均可運行，是人們需要亟待解決的綜合性問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種戶用光伏智能控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術存在的技術方案復雜、或者能源利用率低等問題。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其技術方案如下:
[0008]一種戶用光伏智能控制系統(tǒng)，包括:匯流防雷器，輸入端用于和光伏組件陣列連接，以匯聚來自光伏組件陣列的電流以及減少光伏組件陣列的連接線；儲能電池，用于存儲和釋放電能；光伏控制器，和所述匯流防雷器的伸出端、一直流母線以及所述儲能電池連接，用于控制所述儲能電池的充放電過程和為直流用電負載供電；單向電能表，用于和交流用電負載連接，用于記錄交流用電負載的用電信息；能量管理器，與所述直流母線連接、單向電能表連接，用于根據(jù)電能的不同狀態(tài)將電能按照不同方向傳輸；控制器，與所述光伏控制器、單向電能表和能量管理器連接，用于采集、處理和輸出光伏組件陣列的發(fā)電信息、所述儲能電池的充放電信息、電量信息，以及用于系統(tǒng)參數(shù)設定、運行控制。[0009]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，還包括:雙向電能表，連接于市電電網(wǎng)和所述能量管理器之間，以記錄光伏陣列組件所發(fā)電能輸送至市電電網(wǎng)的并網(wǎng)信息和使用市網(wǎng)電能的信息，并且與所述控制器加以連接。
[0010]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，還包括:控制柜，所述匯流防雷器、光伏控制器、能量管理器、儲能電池、控制器、雙向電能表、單向電能表、直流母線集成于所述控制柜內。
[0011]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述控制柜的側壁上設有便于連接光伏陣列組件和所述匯流防雷器的光伏電能輸入端、便于連接市電電網(wǎng)和所述雙向電能表的市網(wǎng)輸入端、便于連接交流用電負載和所述單向電能表的交流負載用電端、便于連接直流用電負載和所述光伏控制器的直流負載用電端。
[0012]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述儲能電池為鉛酸電池、鋰離子電池或鎳氫電池。
[0013]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述儲能電池為鋰離子電池。
[0014]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述儲能電池具有保溫隔熱外殼。
[0015]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，還包括:顯示器，與所述控制器連接，用于顯示所述控制器輸出的信息。
[0016]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述光伏電能輸入端為光伏組件陣列所發(fā)電能的輸入端口，包括正極導線、負極導線和防雷接地線。
[0017]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述直流負載用電端用于供電給直流用電負載，且設有自由切換檔位旋鈕，以輸出不同的電壓。
[0018]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述顯示器為LED、OLED、IXD、CRT或
數(shù)碼管顯示器。
[0019]優(yōu)選地，在所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)中，所述顯示器為LED顯示器。
[0020]本發(fā)明提供一種戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其可以避免光伏應用系統(tǒng)的大規(guī)模系統(tǒng)設計及施工過程，能夠滿足家庭、商戶等小型組織的需求，控制系統(tǒng)簡單、集成化程度高、占地面積小，能夠實現(xiàn)與市電電網(wǎng)、家庭用電系統(tǒng)無縫對接，同時在有無市電電網(wǎng)的條件下均可運行，適應性強，便于市場推廣。在目前光伏應用不斷家庭化的今天，本發(fā)明能夠很好的滿足戶用需要，前景廣闊，推廣潛力巨大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)原理框圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例的控制柜的正面示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例的控制柜的側面示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0025]圖1示意性的示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的原理結構，如圖所示，本優(yōu)選實施例包括控制柜5以及位于控制柜5中的雙向電能表11、能量管理器12、單向電能表13、匯流防雷器14、光伏控制器15、儲能電池16、控制器17 (也可以稱為總控制器)、直流母線18。為了顯示本優(yōu)選實施例的應用，圖1還示出了市電電網(wǎng)4、光伏組件陣列3、直流用電負載21、交流用電負載22，另外如圖1和圖3所示，本優(yōu)選實施例的與光伏組件陣列3連接的光伏電能輸入端71、與市電電網(wǎng)4連接的市網(wǎng)輸入端72、與交流用電負載22連接的交流負載用電端73、與直流用電負載21連接的直流負載用電端74等連接端口設于控制柜5的側壁，便于使用，不必打開控制柜5即可實現(xiàn)系統(tǒng)組建。
[0026]再如圖1所示，匯流防雷器14連接于光伏組件陣列3和光伏控制器15之間，其用于匯聚來自所述光伏組件陣列的電流，同時減少光伏組件陣列3與光伏控制器15之間的連接線，方便維護，提高可靠性。其一般包括防雷器/斷路器，并由防雷器/斷路器直接與光伏控制器15連接。本優(yōu)選實施例通過市網(wǎng)輸入端72進行接地，確保系統(tǒng)電氣安全。
[0027]直流母線18分別與光伏控制器15、儲能電池16和能量管理器12相連。
[0028]光伏控制器15連接于匯流防雷器14、直流母線18并通過直流負載用電端74連接于直流用電負載21。與直流母線18相連的儲能電池16用于存儲電能。
[0029]能量管理器12連接于直流母線18、交流用電負載22以及市電電網(wǎng)4，其用于實現(xiàn)整流和逆變功能，以通過檢測直流母線18的電能信息將電能按照不同方向進行傳輸。
[0030]雙向電能表11連接于能量管理器12和市電電網(wǎng)4之間，用于檢測電量，分別記錄上網(wǎng)電量及用戶的耗用電量。單向電能表13和交流用電負載22連接，以記錄其用電信息。
[0031]儲能電池16可以為鉛酸電池、鋰離子電池或鎳氫電池，采用鋰離子電池時，可以提高系統(tǒng)的能源利用率，并且儲能電池16位于一保溫隔熱裝置中，例如位于具有保溫隔熱層的殼體中，以提高儲能電池16的使用壽命。另外，儲能電池16為可拆卸式設計，也即其連接線、固定結構都是可拆卸結構，如此設計便于更換、維護以及將其挪至他處使用。
[0032]控制器17主要控制與其連接的能量管理器12、光伏控制器15、雙向電能表11和單向電能表13的參數(shù)設置及相關數(shù)據(jù)采集及處理等，主要包括程序控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等模塊，數(shù)據(jù)處理模塊通過光伏控制器15采集光伏組件陣列3的發(fā)電信息、通過光伏控制器15和能量管理器12采集儲能電池16的充放電信息、雙向電能表11和單向電能表13記錄的電量使用信息等；其中，雙向電能表11記錄并入和使用市電電網(wǎng)的電能信息，單向電能表13記錄交流用電負載的用電信息。
[0033]顯示器6與控制器17連接，用于顯示控制器17的操作界面、前述各項信息、信息處理結果等，顯示器6優(yōu)選為LED顯示器，也可以為OLED、IXD、CRT、數(shù)碼管等顯示裝置。
[0034]如圖1和圖2所示，能量管理器12、光伏控制器15、匯流防雷器14、儲能電池16、控制器17、雙向電能表11、單向電能表13、直流母線18、顯示器6位于具有整體結構的控制柜5中，可以簡化本優(yōu)選實施例的機械結構，更利于運輸、安裝和使用。優(yōu)選地，顯示器6位于控制柜5的主視面上，諸如光伏電能輸入端71、市網(wǎng)輸入端72、交流負載用電端73、直流負載用電端74等連接端口設于控制柜5的側面。進一步優(yōu)選地，光伏電能輸入端71作為光伏組件陣列3所發(fā)電能的輸入控制柜5的端口，其包括正極導線、負極導線和防雷接地線，以提高安全性。直流負載用電端74用于供電給直流用電負載21，設有自由切換檔位旋鈕，可以根據(jù)需要，輸出電壓12V、24V、36V、48V、60V等。
[0035]進一步具體而言，在本優(yōu)選實施例中，能量管理器12根據(jù)電能的不同狀態(tài)將電能按照不同方向進行傳輸時。例如，在夏季光照條件好時，光伏組件陣列3產(chǎn)生的直流電經(jīng)過匯流防雷器14、光伏控制器15、直流母線18實現(xiàn)對儲能電池16充電，將電能存儲在儲能電池16中，同時還可以為直流用電負載21供電；當產(chǎn)生的電能用于供給儲能電池16及直流用電負載21外，仍有剩余時，通過檢測直流母線18上的電能信息，控制器17控制能源管理器12將直流電轉變?yōu)榻涣麟娭苯訛榻涣饔秒娯撦d22供電，由于能量管理器12還與市電電網(wǎng)4相連，當電能供給交流用電負載22還有剩余時，電能可直接經(jīng)由能量管理器12實現(xiàn)并網(wǎng)，避免電能的浪費。在陰天或夜晚時，儲能電池16的電能經(jīng)由與直流母線18相連的光伏控制器15為直流用電負載21供電、與直流母線18相連的能量管理器12為交流用電負載22供電，能量管理器12將直流電逆變?yōu)榻涣麟?。當連續(xù)陰雨天較多時，儲能電池16無法滿足負載用電需求時，市電電網(wǎng)4的電能可經(jīng)由能量管理器12為交流用電負載22供電、經(jīng)由直流母線18為儲能電池16充電、經(jīng)由與直流母線18相連的光伏控制器15為直流用電負載21供電，確保電能的正常供給。
[0036]另外，當本優(yōu)選實施例不與市電電網(wǎng)4連接時，僅失去將多余電能并入公共電網(wǎng)和電量不足使用公共電網(wǎng)電能的功能，但不會影響其他功能的正常使用，此時本優(yōu)選實施例也成為離網(wǎng)光伏系統(tǒng)，因此，本優(yōu)選實施例的實用性更強，在有公共電網(wǎng)的市區(qū)或沒有公共電網(wǎng)的偏遠山區(qū)均可以使用。
[0037]綜上，本發(fā)明及其優(yōu)選實施方式采用集成式一體化設計，系統(tǒng)結構簡單、設計巧妙、設備及維護成本低、操作便捷、可長期在無人值守的狀態(tài)下運行，電能充分利用，毫無浪費，同時，又美觀實用。
[0038]總體而言，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的控制系統(tǒng)采用模塊化組合，設計巧妙、操作簡便、電能傳輸過程自動完成，無需人工操作，系統(tǒng)信息實時傳輸，示范性強，同時具有并網(wǎng)、離網(wǎng)雙重工作模式，適應性強，無需大規(guī)模的系統(tǒng)設計和施工，適合家庭等小型組織使用，便于大面積推廣。
[0039]由技術常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內或在等同于本發(fā)明的范圍內的改變均被本發(fā)明包含。
【權利要求】
1.一種戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 匯流防雷器，輸入端用于和光伏組件陣列連接，以匯聚來自光伏組件陣列的電流以及減少光伏組件陣列的連接線； 儲能電池，用于存儲和釋放電能； 光伏控制器，和所述匯流防雷器的伸出端、一直流母線以及所述儲能電池連接，用于控制所述儲能電池的充放電過程和為直流用電負載供電； 單向電能表，用于和交流用電負載連接，用于記錄交流用電負載的用電信息； 能量管理器，與所述直流母線連接、單向電能表連接，用于根據(jù)電能的不同狀態(tài)將電能按照不同方向傳輸； 控制器，與所述光伏控制器、單向電能表和能量管理器連接，用于采集、處理和輸出光伏組件陣列的發(fā)電信息、所述儲能電池的充放電信息、電量信息，以及用于系統(tǒng)參數(shù)設定、運行控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 雙向電能表，連接于市電電網(wǎng)和所述能量管理器之間，以記錄光伏陣列組件所發(fā)電能輸送至市電電網(wǎng)的并網(wǎng)信息和使用市網(wǎng)電能的信息，并且與所述控制器加以連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括:控制柜，所述匯流防雷器、光伏控制器、能量管理器、儲能電池、控制器、雙向電能表、單向電能表、直流母線集成于所述控制柜內。
4.根據(jù)權利要求3所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制柜的側壁上設有便于連接光伏陣列組件和所述匯流防雷器的光伏電能輸入端、便于連接市電電網(wǎng)和所述雙向電能表的市網(wǎng)輸入端、便于連接交流用電負載和所述單向電能表的交流負載用電端、便于連接直流用電負載和所述光伏控制器的直流負載用電端。
5.根據(jù)權利要求1所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能電池為鉛酸電池、鋰離子電池或鎳氫電池。
6.根據(jù)權利要求1所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能電池具有保溫隔熱外殼。
7.根據(jù)權利要求1所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 顯示器，與所述控制器連接，用于顯示所述控制器輸出的信息。
8.根據(jù)權利要求4所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏電能輸入端為光伏組件陣列所發(fā)電能的輸入端口，包括正極導線、負極導線和防雷接地線。
9.根據(jù)權利要求4所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述直流負載用電端用于供電給直流用電負載，且設有自由切換檔位旋鈕，以輸出不同的電壓。
10.根據(jù)權利要求7所述的戶用光伏智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示器為LED、OLED、IXD、CRT或數(shù)碼管顯示器。
【文檔編號】H02S10/20GK103595348SQ201310585935
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】朱景森, 胡小萍, 張承慶, 盧志超 申請人:安泰科技股份有限公司