自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站，包括光伏發(fā)電站和壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統(tǒng)，所述可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路：一路輸送給光伏電池制造系統(tǒng)用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)將存儲的壓縮空氣能轉(zhuǎn)換為電能輸送給光伏發(fā)電站的光伏電池制造系統(tǒng)用電，光伏電池制造系統(tǒng)生產(chǎn)的光伏電池板供應(yīng)給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發(fā)電站的發(fā)電容量。本實用新型的自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站能夠?qū)崿F(xiàn)可以持續(xù)發(fā)電并且發(fā)電成本低于現(xiàn)有能源發(fā)電成本，對未來光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展具有實質(zhì)性的推動作用。
【專利說明】自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及光伏電站，特別是自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站。
【【背景技術(shù)】】
[0002]光伏發(fā)電是人類非常憧憬的生活，真正意義上的未來光伏發(fā)電系統(tǒng)必須滿足3個要求:1、光伏發(fā)電系統(tǒng)在沒有光照時能夠連續(xù)發(fā)電，現(xiàn)有能源發(fā)電處于輔助地位，2、光伏發(fā)電電力成本低于現(xiàn)有能源發(fā)電成本，3、有強大太陽能輸送能力的系統(tǒng)。
[0003]太陽能特點是:1、太陽能能量的分散性，每平方米只有1000瓦的能量；2、太陽晝夜光照區(qū)別，年區(qū)域光照時長差異，如:1、2類區(qū)域與4、5類的時長相差約I倍，3、年區(qū)域連續(xù)最長無光照時長差異。因此，這是太陽能利用的技術(shù)難點。
[0004]現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、光伏電站系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)；光伏產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)用電網(wǎng)的電力制造光伏電池，光伏電池供應(yīng)給光伏電站系統(tǒng)建立光伏發(fā)電站，光伏發(fā)電站給電網(wǎng)供電；現(xiàn)有電網(wǎng)的電力主要來源于現(xiàn)有能源如煤、油、燃?xì)?、水利等的發(fā)電；現(xiàn)有光伏產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)由于使用現(xiàn)有能源的電力，這種光伏電池發(fā)電成本必定高于現(xiàn)有能源發(fā)電的成本；現(xiàn)有光伏電站系統(tǒng)都與電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)使用，這使現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)只能在輔助發(fā)電的指導(dǎo)思維中進(jìn)行研發(fā)，這必定達(dá)不到真正意義上的未來光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求。
[0005]中國專利號201120413107.0—種集裝箱裝載式的獨立太陽能移動電站，中國專利號201020276816.9 —種太陽能牧場獨立發(fā)電系統(tǒng)，提出了脫離電網(wǎng)的技術(shù)方案，但無法實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。
[0006]光伏發(fā)電的 核心技術(shù)是太陽能利用的系統(tǒng)技術(shù):
[0007]1、光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率僅是其中一個技術(shù)指標(biāo)，即使光電轉(zhuǎn)換效率再好，可能由于太陽能利用系統(tǒng)資源配置不好，最終的發(fā)電效果也不好，如目前推廣的分布式光伏電站，由于各個地區(qū)的光照時長不同，效率低的電池安裝在光照時長的地區(qū)比效率高的電池安裝在光照時長短的地區(qū)發(fā)更多電。
[0008]2、光伏產(chǎn)業(yè)電池產(chǎn)品的主要成本是電力消耗成本，按現(xiàn)有技術(shù)也可以把光伏產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)與光伏電站系統(tǒng)集成在一起，在有光照時用光伏電站電力制造光伏電池產(chǎn)品，沒有光照時用電網(wǎng)系統(tǒng)電力，但這種成本降低是有限的，因為制造過程主要還是消耗電網(wǎng)系統(tǒng)的電力。
[0009]3、光伏發(fā)電系統(tǒng)維持連續(xù)發(fā)電的一個重要技術(shù)是儲能發(fā)電技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)的能源存儲技術(shù)方式有很多，化學(xué)儲能方式由于儲能能力及環(huán)保要求在光伏發(fā)電系統(tǒng)中是不可行的，目前大家比較公認(rèn)的技術(shù)是壓縮空氣儲能發(fā)電，如在國外已經(jīng)有報道光伏電站儲能發(fā)電系統(tǒng)，把壓縮空氣存儲在山洞、礦井中；但現(xiàn)有的壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)存在電-氣-電能量轉(zhuǎn)換效率低的問題。按現(xiàn)有技術(shù)可以把光伏電站系統(tǒng)與壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)集成在一起，用光伏電站系統(tǒng)供給電網(wǎng)剩下的多余的電力供給壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能存儲起來，電網(wǎng)需電時把壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為電能供給電網(wǎng)；這種方案雖然可以維持連續(xù)供電，但光伏電站使用的光伏電池發(fā)電成本還是現(xiàn)有的成本。[0010]采用太陽能利用的系統(tǒng)技術(shù)對現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提出未來光伏發(fā)電系統(tǒng)概念:包括自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站、太陽能輸送系統(tǒng)；太陽能輸送系統(tǒng)包括電網(wǎng)系統(tǒng)、壓縮空氣輸送系統(tǒng)等。這種未來光伏發(fā)電系統(tǒng)是建立在系統(tǒng)集成技術(shù)上實現(xiàn)的，是應(yīng)用系統(tǒng)集成技術(shù)對現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)資源進(jìn)行配置，產(chǎn)生了最佳的效果；未來光伏發(fā)電系統(tǒng)不是現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的商業(yè)模式能夠?qū)崿F(xiàn)的；未來光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)從根本上不同于現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)路線，未來光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)方案實施，對國家、社會在光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)a(chǎn)生意義深遠(yuǎn)的影響。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0011]本實用新型的一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站，提供了一種可以實現(xiàn)未來光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體技術(shù)方案。
[0012]一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站，包括光伏發(fā)電站和壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏發(fā)電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統(tǒng)，所述可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統(tǒng)用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)將存儲的壓縮空氣能根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為電能輸送給光伏發(fā)電站的光伏電池制造系統(tǒng)，所述的光伏電池制造系統(tǒng)生產(chǎn)的光伏電池供給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發(fā)電站的發(fā)電容量；所述可擴容光伏電池板模塊的光伏電池板模塊總面積應(yīng)滿足以下設(shè)計公式:
[0013]S ≥(1+K2+D+K2*D)N1 / N2 / Kl ;其中:
[0014]S—光伏發(fā)電站太陽能電池板模塊總面積平方米，
[0015]NI光伏電池制造 系統(tǒng)的用電功率，
[0016]N2太陽能電池板模塊單位平方米發(fā)電功率，
[0017]Kl光伏發(fā)電站的系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率，
[0018]D—I年內(nèi)連續(xù)陰天的最長天數(shù)，
[0019]Hl---天最長的夜時長，
[0020]K2天夜時長系數(shù){K2=24 / (24-Η1)}。
[0021]所述的壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，包括直流發(fā)電機、空氣壓縮機、多個互不相通的儲氣罐、管道、壓力控制閥、壓力控制系統(tǒng)、氣動馬達(dá)及發(fā)電機；所述的氣動馬達(dá)設(shè)置有與儲氣罐數(shù)量一樣的進(jìn)氣口，氣動馬達(dá)轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有與進(jìn)氣口數(shù)量一樣的對應(yīng)葉片；所述的直流電動機與空氣壓縮機連接，空氣壓縮機的出氣口與各儲氣罐的進(jìn)氣口連接，氣動馬達(dá)的每個進(jìn)氣口用管道與對應(yīng)的一個儲氣罐出氣口連接，氣動馬達(dá)進(jìn)氣口與儲氣罐出氣口之間設(shè)置有壓力控制閥，氣動馬達(dá)與發(fā)電機連接；所述的壓力控制系統(tǒng)分別控制每個壓力控制閥，調(diào)節(jié)控制每個儲氣罐的出氣口壓力。
[0022]所述的多個不相通的儲氣罐是管道狀結(jié)構(gòu)，儲氣罐設(shè)置有多個進(jìn)氣口。
[0023]所述的儲氣罐的長度可延伸到任一可擴容電池板模塊處，直流電動機、空氣壓縮機沿儲氣罐長度方向多點分布設(shè)置與儲氣罐的進(jìn)氣口連接。
[0024]本實用新型的一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站優(yōu)點在于:
[0025]1、由于可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統(tǒng)用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)將存儲的壓縮空氣能根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為電能輸送給光伏發(fā)電站的光伏電池制造系統(tǒng)，光伏電池制造系統(tǒng)生產(chǎn)的光伏電池供給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發(fā)電站的發(fā)電容量。這樣可以實現(xiàn)了在沒有光照時光伏發(fā)電站內(nèi)部連續(xù)供電；光伏發(fā)電站的電力成本比現(xiàn)有能源電力成本低得多，因為光伏發(fā)電站除投資折舊成本外，發(fā)電過程消耗的成本接近零；可擴容光伏電池板模塊面積得到自循環(huán)持續(xù)擴大，能極大限度滿足沒有光照期間的用電需求，這為光伏發(fā)電系統(tǒng)帶來明確的、成熟技術(shù)路線，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展成為可持續(xù)的常態(tài)，社會、國家只要用愚公移山的方式，每天投入一點，光伏發(fā)電容量就增加一點，隨著時間的不斷過去、光伏發(fā)電容量就不斷增加，在有限的時間里，人類就能實現(xiàn)光伏發(fā)電的生活。
[0026]2、由于多個不相通的儲氣罐是管道狀結(jié)構(gòu)，儲氣罐設(shè)置有多個進(jìn)氣口，儲氣罐的長度可延伸到任一可擴容電池板模塊處，直流電動機、空氣壓縮機沿儲氣罐長度方向多點分布設(shè)置與儲氣罐的進(jìn)氣口連接。這樣，在壓縮空氣中，直接采用光伏電池板的直流電產(chǎn)生壓縮空氣能，提高了電能轉(zhuǎn)換的效率；沿儲氣罐的長度方向與可擴容電池板模塊、儲氣罐對應(yīng)配置，非常機動靈活，對于太陽能大面積采集的特點，具有很重要的現(xiàn)實意義；由于儲氣罐是管道狀結(jié)構(gòu)，同時可以成為未來光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能輸送系統(tǒng)的手段，根據(jù)需要，通過管道儲氣罐延伸，既增加了儲氣罐容積，又可以把壓縮空氣輸送到需要的發(fā)電站。
[0027]3、由于氣動馬達(dá)的多個進(jìn)氣口與多個儲氣罐出氣口通過各自的管道對應(yīng)連接，壓力控制系統(tǒng)可以分別控制每個壓力控制閥，調(diào)節(jié)控制每個儲氣罐的出氣口壓力。這樣，在系統(tǒng)工作時，只要求多個儲氣罐的出氣口壓力的合力滿足氣動馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速要求就可以，每個儲氣罐的壓力可以不同，每個儲氣罐的壓縮空氣理論上都可以用到幾乎接近零殘存。因此，本實用新型極大提高了壓縮空氣儲能方式的能效轉(zhuǎn)換效率。
[0028]因此，本實用新型的一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站能夠?qū)崿F(xiàn)可以持續(xù)的光伏發(fā)電，并且發(fā)電成本低于現(xiàn)有能源發(fā)電成本；自循環(huán)擴容可以使光伏發(fā)電站的發(fā)電規(guī)模不斷擴大，使光伏發(fā)電實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展，對未來光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展具有實質(zhì)性的推動作用。
【【專利附圖】

【附圖說明】】`
[0029]下面參照附圖結(jié)合實施例對本實用新型作進(jìn)一步的描述。
[0030]圖1本實用新型的一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站的整體流程圖
[0031]圖2本實用新型的一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站的具體結(jié)構(gòu)流程圖
[0032]圖3本實用新型的氣動馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖
【【具體實施方式】】
[0033]本實用新型的一種實施例:
[0034]一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站的流程圖，如圖1和圖2，主要包括光伏發(fā)電站、壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)；光伏發(fā)電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統(tǒng)；壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)包括直流發(fā)電機、空氣壓縮機、3個互不相通的管道狀結(jié)構(gòu)的儲氣罐、管道、壓力控制閥、壓力控制系統(tǒng)、安裝在氣動馬達(dá)轉(zhuǎn)軸21上的轉(zhuǎn)速傳感器23、氣動馬達(dá)及發(fā)電機；氣動馬達(dá)設(shè)置有3進(jìn)氣口，氣動馬達(dá)轉(zhuǎn)軸21上設(shè)置3個對應(yīng)葉片22 ;直流電動機與空氣壓縮機連接，在空氣壓縮機的出氣口與各儲氣罐的進(jìn)氣口連接，直流電動機與空氣壓縮機沿儲氣罐的長度方向間隔設(shè)置，氣動馬達(dá)的每個進(jìn)氣口用管道與對應(yīng)的一個儲氣罐出氣口連接，氣動馬達(dá)進(jìn)氣口與儲氣罐出氣口之間設(shè)置有壓力控制閥，氣動馬達(dá)通過電機聯(lián)接軸24與發(fā)電機連接；壓力控制系統(tǒng)分別控制每個壓力控制閥，調(diào)節(jié)控制每個儲氣罐的出氣口壓力；光伏發(fā)電站的可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統(tǒng)用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，通過直流電機驅(qū)動空氣壓縮機把電能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能存儲到3個儲氣罐中，壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)將存儲在3個儲氣罐中的壓縮空氣通過各自的出氣口輸送到氣動馬達(dá)對應(yīng)3個進(jìn)氣口驅(qū)動氣動馬達(dá)轉(zhuǎn)軸拖動發(fā)電機發(fā)電供給光伏發(fā)電站的光伏電池制造系統(tǒng)用電；光伏電池制造系統(tǒng)生產(chǎn)的光伏電池供給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發(fā)電站的發(fā)電容量；壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)根據(jù)氣動馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上安置的轉(zhuǎn)度傳感器反饋的速度信號，分別控制3個儲氣罐的出氣口壓力來滿足發(fā)電機的穩(wěn)定發(fā)電工作。設(shè)計:N1=1000KW(光伏電池制造系統(tǒng)的用電功率)，N2=0.1Kff / M2(太陽能電池板模塊單位平方米功率)，S光伏發(fā)電站太陽能電池板模塊總面積平方米。Kl=0.7(光伏發(fā)電站的系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率)，D=10天(I年內(nèi)連續(xù)陰天的最長天數(shù))，H=16小時(天最長的夜時長)，K2-天夜時長系數(shù){K2=24 / (24-Η1)}，即光伏發(fā)電站的光伏電池板模塊總面積:S=(1+K2+D+K2*D)N1 / N2 / Kl=628571平方米。
[0035]所述的自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站能夠?qū)崿F(xiàn)可以持續(xù)的光伏發(fā)電并且發(fā)電成本低于現(xiàn)有能源發(fā)電成本；實現(xiàn)了在保證發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電工作的同時，只要有一個儲氣罐壓力高于氣動馬達(dá)穩(wěn)定工作要求，其他兩個儲氣罐存儲的壓縮空氣都可以用到幾乎接近零殘存，實現(xiàn)了電-氣-電的高效轉(zhuǎn)換，對未來光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展具有實質(zhì)性的推動作用。
【權(quán)利要求】
1.一種自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站，包括光伏發(fā)電站和壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述光伏發(fā)電站包括可擴容光伏電池板模塊、光伏電池制造系統(tǒng)，所述可擴容光伏電池板模塊輸出的電力分成兩路:一路輸送給光伏電池制造系統(tǒng)用電，另一路輸送給壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能存儲，壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)將存儲的壓縮空氣能轉(zhuǎn)換為電能輸送給光伏發(fā)電站的光伏電池制造系統(tǒng)用電，所述的光伏電池制造系統(tǒng)生產(chǎn)的光伏電池供應(yīng)給可擴容電池板模塊用以擴大光伏發(fā)電站的發(fā)電容量；所述可擴容光伏電池板模塊的光伏電池板模塊總面積應(yīng)滿足以下設(shè)計公式:
S ≥(1+K2+D+K2*D)N1 / N2 / Kl ； 其中: S-光伏發(fā)電站太陽能電池板模塊總面積平方米， NI—光伏電池制造系統(tǒng)的用電功率， N2太陽能電池板模塊單位平方米發(fā)電功率， Kl---光伏發(fā)電站的系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率， D—I年內(nèi)連續(xù)陰天的最長天數(shù)， Hl---天最長的夜時長， K2天夜時長系數(shù){K2=24 / (24-Η1)}。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站，其特征在于:所述的壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)，包括直流發(fā)電機、空氣壓縮機、多個互不相通的儲氣罐、管道、壓力控制閥、壓力控制系統(tǒng)、氣動馬達(dá)及發(fā)電機；所述的氣動馬達(dá)設(shè)置有與儲氣罐數(shù)量一樣的進(jìn)氣口，氣動馬達(dá)轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有與進(jìn)氣口數(shù)量一樣的對應(yīng)葉片；所述的直流電動機與空氣壓縮機連接，空氣壓縮機的出氣口與儲氣罐的進(jìn)氣口連接，氣動馬達(dá)的每個進(jìn)氣口用管道與對應(yīng)的一個儲氣罐出氣口連接，氣動馬達(dá)進(jìn)氣口與儲氣罐出氣口之間設(shè)置有壓力控制閥，氣動馬達(dá)與發(fā)電機連接；所述的壓力控制系統(tǒng)分別控制調(diào)節(jié)每個儲氣罐的出氣口壓力的壓力控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站，其特征在于:所述的多個不相通的儲氣罐是管道狀結(jié)構(gòu)，儲氣罐設(shè)置有多個進(jìn)氣口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的自循環(huán)擴容的獨立式光伏電站，其特征在于:所述的儲氣罐的長度可延伸到任一可擴容電池板模塊處，直流電動機、空氣壓縮機沿儲氣罐長度方向多點分布設(shè)置與儲氣罐的進(jìn)氣口連接。
【文檔編號】H02S10/00GK203660956SQ201320784086
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】賴勇清, 郝長中 申請人:賴勇清