本實用新型涉及一種帶超級電容的分布式光伏儲能系統(tǒng)。

背景技術：

目前，在我國比較偏遠的山區(qū)和大部分農(nóng)村地區(qū)，架設輸電線路的成本較高，而且即使架設了輸電線路，運行成本和電網(wǎng)可靠性往往不盡如人意，難免出現(xiàn)短時停電，然而提高可靠性需要的成本過高。如果利用太陽能發(fā)電構(gòu)建分布式光伏儲能系統(tǒng)，將太陽能通過超級電容器轉(zhuǎn)化為電能存入儲能電池，待需要時再將電能供入電網(wǎng)是非常經(jīng)濟的，而且不會對環(huán)境產(chǎn)生任何破壞；并且在負荷集中區(qū)域建立分布式光伏儲能系統(tǒng)，在電力正常供應時通過超級電容器及儲能系統(tǒng)將電力儲存起來，而在停電或電力供應不足時由儲能系統(tǒng)回饋給電網(wǎng)，保證電網(wǎng)均衡供電；同時，分布式光伏儲能系統(tǒng)還可以改善電能質(zhì)量，取代目前使用的UPS，提高重要負載設備如通信設備、計算機和醫(yī)療設備等的供電可靠性。但現(xiàn)有的分布式光伏儲能系統(tǒng)，其太陽能電池板的發(fā)電功率與太陽光強度有關，而與用于儲能的化學電池需要的功率無關，從而導致輻照度太高時能量浪費，輻照度太低時無法對化學電池進行充電的現(xiàn)象，而且現(xiàn)有光伏系統(tǒng)受環(huán)境和用電負荷的影響，電壓波動極大，無法穩(wěn)定工作。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術下的上述缺陷，本實用新型的目的在于提供一種帶超級電容的分布式光伏儲能系統(tǒng)，通過合理的結(jié)構(gòu)設計解決了現(xiàn)有技術下的光伏儲能系統(tǒng)的缺陷，可以在輻照度高時儲存電能并向電網(wǎng)送電，輻照度低時收集電能，當電能收集到一定程度時向儲能模塊充電，光能利用率更高，更加安全穩(wěn)定。

本實用新型的技術方案是：一種帶超級電容的分布式光伏儲能系統(tǒng)，包括太陽能電池板，所述太陽能電池板連接有第一開關，所述第一開關分別于第一通路和第二通路相連接，所述第一通路直接連接光伏逆變器，所述第二通路通過依次設置的超級電容和儲能模塊連接所述光伏逆變器，所述超級電容與所述儲能模塊之間設有第二開關，所述儲能模塊與所述光伏逆變器之間設有第三開關,所述光伏逆變器接入電網(wǎng)。

優(yōu)選的，所述帶超級電容的分布式光伏儲能系統(tǒng)還設有用于切換工作狀態(tài)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括用于測試所述太陽能電池板側(cè)電壓電流的第一開關控制器、用于測試所述超級電容側(cè)電壓電流的第二開關控制器和用于測試所述化學電池側(cè)電壓電流的第三開關控制器。

優(yōu)選的，所述第一開關控制器連接所述第一開關，所述第二開關控制器連接所述第二開關，所述第三開關控制器連接所述第三開關，各開關控制器均能控制對應開關的開合。

優(yōu)選的，所述第一開關控制器、第二開關控制器和第三開關控制器通過485總線相互連接。

優(yōu)選的，所述儲能模塊包括相互連接的蓄電池充電控制器和儲能單元，所述蓄電池充電控制器連接所述第二開關，所述儲能單元連接所述第三開關。

優(yōu)選的，所述儲能單元包括若干化學電池，不同化學電池相互串聯(lián)和/或并聯(lián)。

優(yōu)選的，所述化學電池為鉛酸電池。

優(yōu)選的，所述太陽能電池板設有溫度傳感器，所述溫度傳感器連接所述第三開關控制器。

優(yōu)選的，所述帶超級電容的分布式光伏儲能系統(tǒng)還設有繼電器及保護裝置。

優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)設有人機交互界面。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型通過設置儲能模塊和相應控制器，使得儲能模塊能在用電負荷較小和電價較低時段將光伏電站發(fā)出的多余電量儲存起來，并在用電負荷較大和電價較高時段釋放電能，不僅能夠緩沖負荷波動、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，還能削峰填谷，提高經(jīng)濟效益。

本實用新型通過各控制器的控制作用，可以根據(jù)光能輻照度的大小等相關參數(shù)選擇系統(tǒng)的工作模式，使得在光能輻照度過低時，系統(tǒng)通過儲能模塊中的儲能單元向電網(wǎng)供電，從而保證光伏逆變器在一定程度上保持額定工作狀態(tài)，避免了光伏逆變器在非額定工作狀態(tài)下的低效率工作，提高了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。

本實用新型在太陽能電池板和儲能模塊之間設置了超級電容，使太陽能電池板先向超級電容充電，儲存一定電量后再由超級電容向儲能模塊充電，采用超級電容作為中轉(zhuǎn)，起到能量緩沖的作用，不僅能夠協(xié)助控制系統(tǒng)中的諧波分量，還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的電壓波動，減小因系統(tǒng)保護導致的發(fā)電量減少；而且只有當超級電容的儲電量足夠后才向儲能模塊中的化學電池進行充電，避免了波動電壓的不完整充電，極大的提高了化學電池的充放電效率，使儲能的經(jīng)濟性更加明顯。

本實用新型中，通過超級電容和儲能模塊的協(xié)同作用，在電力系統(tǒng)因故障或擾動引起并網(wǎng)電壓跌落時，系統(tǒng)能夠完成比一般系統(tǒng)更加長時間的低電壓穿越，從而保證了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，安全穩(wěn)定，不僅能夠顯著提高光伏儲能系統(tǒng)的光能利用效率，還能夠起到短時供電、緩沖負荷波動、均衡電源輸出、改善電能質(zhì)量等作用，相比于傳統(tǒng)技術的光伏儲能系統(tǒng)更加節(jié)能高效。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框架圖；

圖2是本實用新型一種實施方式的箱體結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。

參見圖1，本實用新型公開了一種帶超級電容的分布式光伏儲能系統(tǒng)，所述超級電容可以做為儲能系統(tǒng)儲能中轉(zhuǎn)，在光能輻照度充足時，第一開關合上，第二開關斷開，超級電容用于采集太陽能電池板收集的能量；在化學電池未充滿電且超級電容充電到一定程度時，第二開關合上，超級電容給儲能模塊中的化學電池進行充電（儲能），所述化學電池可以大量存儲能量；在用電成本較高或光能輻照不足不能發(fā)電時，第三開關合上，第二開關斷開，化學電池向光伏逆變器和并網(wǎng)點供電（供電），同時太陽能電池板可繼續(xù)向超級電容充電。

在電力系統(tǒng)因故障或擾動引起并網(wǎng)電壓跌落時，所述超級電容能夠配合完成低電壓穿越功能，并且所述儲能模塊當中的化學電池可以在超級電容支持低電壓穿越一定時間后接入防止系統(tǒng)脫網(wǎng)，從而完成比一般系統(tǒng)更加長時間的低電壓穿越，從而保證了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

通常，所述超級電容還可以控制光伏逆變器等電力電子設備向電網(wǎng)注入的高次諧波。

通常，所述太陽能電池板、超級電容和儲能單元均由若干子單元組合而成。

通常，所述蓄電池充電控制器具有前期恒流充電、后期恒壓充電、最后浮充充電的特征，在所述蓄電池充電控制器的控制作用下，在化學電池儲存較少電能時向化學電池進行恒流充電；在化學電池儲存較多電能時向化學電池進行恒壓充電；在化學電池儲能接近飽滿時向化學電池進行浮充充電，不僅能夠保護化學電池，避免大電流沖擊造成的損傷，而且節(jié)約充電時間，充電效率高。

所述第一開關連接太陽能電池板組串和超級電容，所述第一開關控制器可以開斷第一開關并采集太陽能電池板組串的輸出電壓和輸出電流，所述第一開關控制器用于檢測太陽能電池板的是否在線性區(qū)域輸出能量并以此控制第一開關的開合。

所述第二開關連接超級電容和蓄電池充電控制器，所述第二開關控制器可以開斷第二開關并采集超級電容的輸出電壓和輸出電流。所述第二開關控制器用于檢測超級電容存儲的能量是否滿足儲能部分完成完整儲能過程所需要的能量并以此控制第二開關的開合。

所述第三開關連接化學電池和逆變器，所述第三開關控制器可以開斷第三開關并采集化學電池的輸出電壓和輸出電流，所述第三開關控制器用于檢測化學電池是否存儲足夠的能量且是否處于用電的尖峰時刻并以此第三開關的開合，同時，所述第三開關控制器還連接溫度傳感器，并能夠根據(jù)溫度傳感器測得的太陽能電池板的背板溫度計算太陽能電池板的最大功率點電壓值，從而根據(jù)相關參數(shù)設定發(fā)電模式。

所述第一開關控制器、第二開關控制器和第三開關控制器通過485總線相互連接，第一開關控制器能夠?qū)z測到的太陽能組串的電壓和電流信號傳送給第三開關控制器，第三開關控制器能夠給第二開關控制器發(fā)出開斷的指令，第三開關控制器能手動選擇時間模式、電壓模式和電流模式，從而適應規(guī)律性用電負荷、尖峰谷平電價模式、用電負荷不穩(wěn)定的場所和發(fā)電量受輻照度影響較大的場所。

系統(tǒng)運行時，所述第一開關控制器在電壓波動較大時合上第一開關，接入超級電容；在輸出電流較大且超級電容儲能較少時合上第一開關，接入超級電容；在輸出電流非常小且超級電容儲能較少時合上第一開關，接入超級電容；在電壓快速降低時向第三開關控制器發(fā)送低電壓穿越信號，在第三開關控制器回復后斷開第一開關。

所述第二開關控制器在檢測到電壓較高且電流為零時合上第二開關，接入蓄電池充電控制器；在檢測到電壓較低且電流較高時斷開第二開關，斷開蓄電池充電控制器；第二開關控制器通過485總線接受第三開關控制器的斷開指令后，無條件斷開第二開關。

所述第三開關控制器可以根據(jù)實際情況選擇時間模式、電壓模式和電流模式等開斷模式，選擇時間控制模式時，大工廠可選擇午休時間充電，第三開關斷開，非午休時間放電，第三開關合上，同時指令第二開關斷開，居民可選擇波谷電價時儲能，第三開關斷開，波峰電價釋放能量，第三開關合上，同時指令第二開關斷開；在負荷不穩(wěn)定的場所可以選擇電壓控制模式，當用電負荷較小時，第一開關控制器檢測到輸出電流減小且輸出電壓較高，斷開第三開關，進入充電狀態(tài)，當用電負荷較大時，第一開關控制器檢測到輸出電流增加且輸出電壓接近于該溫度條件下的最大功率電壓值，合上第三開關，同時指令第二開關斷開，進入放電狀態(tài)；在輻照度成為影響光伏系統(tǒng)發(fā)電的主要因素時選擇電流控制模式，當輻照度不足時，斷開第三開關，系統(tǒng)進入充電狀態(tài)，避免了逆變器低效率工作，當輻照度充足時，合上第三開關，同時指令第二開關斷開，進入放電狀態(tài)，使得逆變器能高效率工作。

參見圖2，作為本實用新型的一種箱體結(jié)構(gòu)，可采用三層分布式箱體，所述箱體的頂層用于設置繼電器及保護裝置，方便了設備的維護和檢修；所述箱體的中間層用于設置超級電容和各控制器及逆變器；所述箱體的底層用于安放儲能模塊中的多組儲能單元，所述箱體的面板上還設有人機交互界面方便工作人員操作。

本實用新型提供了一種帶超級電容的分布式儲能系統(tǒng)，具有控制諧波、優(yōu)異的低電壓穿越功能，極大的提高化學電池的充放電效率和電能質(zhì)量，提高光伏系統(tǒng)發(fā)電的經(jīng)濟性，并使分布式能源能更好的與大電網(wǎng)融合。

本實用新型公開的各優(yōu)選和可選的技術手段，除特別說明外及一個優(yōu)選或可選技術手段為另一技術手段的進一步限定外，均可以任意組合，形成若干不同的技術方案。