[发明专利]离网式太阳能—磷酸铁锂锂离子蓄电池供电系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能与锂离子蓄电池的应用领域，尤其涉及一种离网式太阳能-磷酸铁锂锂离子蓄电池供电系统。

背景技术

目前，人类面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下，新能源已成为全球的热点问题，要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发和利用可再生洁净能源。我国太阳能资源非常丰富，如果按陆地面积的1％，转换效率平均按20％计，一年可提供的能量大约为48亿吨标准煤。多数地区的年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，接近美国，优于日本、欧洲，因而有巨大的开发潜能，终将成为21世纪后期的主导能源。

太阳能发电系统按照其运行方式主要可分为离网式和联网式两大类。离网式是未与公共电网联接的太阳能发电系统，主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊处所，如边远偏僻农村、牧区、高原、沙漠、公路、气象站等，提供照明、看电视等基本生活用电；离网式太阳能发电系统根据用电负载的特点，可分为直流系统、交流系统和交直流混合系统等几种。其主要区别在于系统中是否带有逆变器。离网式太阳能发电系统主要由太阳能电池、DC-AC逆变器、控制系统和蓄电池等组成。联网式是与公共电网联接的太阳能发电系统，建设联网式太阳能发电系统投资巨大，建设期长，需要复杂的控制和配电设备，并要占用大片土地，因而发展不快。而离网式太阳能发电系统，由于建设容易，已成为太阳能发展的主流。

太阳能电池，如同一个能量转换器，在有光照(无论是太阳光还是其他发光体产生的光照)情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，产生“光生压电”，即光生伏打效应。它是一种把太阳能直接转化电能的半导体器件，太阳能电池将光能转变为电能的基本原理是：太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，两者电性相反，电子带负电，空穴带正电；电性相反的电子-空穴对被半导体P-N结所产生的静电场分离开；光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。

DC-AC逆变器：由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器是将直流电转换成交流电的必不可少的设备。逆变器按运行方式分，可分为独立运行逆变器和并网运行逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，并网运行逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。若按输出波型分，可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦和对谐波要求不高的系统；正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。逆变器是通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调质、滤波、升压等，得到与负载频率、额定电压等匹配的正弦交流电，供系统终端用户使用。

控制系统：太阳能发电系统中控制系统是作为主要部件，其可靠性直接影响用电器的正常工作。控制器按太阳能电池最大输出功率选型，并且要求具有夜间防反充电保护、蓄电池过充电保护、蓄电池过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、输出过载保护及输出短路保护、太阳能电池接反保护、蓄电池接反保护等功能。

蓄电池：它将太阳能电池产生的电能储存起来，当光照不足或晚上，负载需求大于太阳能电池所发的电量时，将存储的电能释放以满足负载的能量要求，它是太阳能发电系统的储能部件。在太阳能电池供电系统中，太阳能电池的输出能量极不稳定，所以需要配置蓄电池系统才能正常工作。太阳能电池产生的直流电进入蓄电池储存，此时蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。举太阳能供电照明系统为例，太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，达到一定阀值，再供应照明负载。蓄电池容量选择的一般原则是：在能够满足夜晚照明前提下，把白天太阳能电池的能量尽量存储下来，同时还要能够存储预定的连续阴雨天夜晚照明需要的电能。在太阳能供电系统中，太阳能电池和控制装置的使用寿命在25年以上，而普通蓄电池的使用寿命一般为2-3年，所以蓄电池是太阳能供电系统中最薄弱的环节。储能电容虽然使用寿命可以达到10年以上，但昂贵的价格限制了它的应用。铅酸蓄电池虽然价格便宜，但污染环境，放电电压平台低，均一性不高，寿命不长，因质量比能量、体积比能量都比较低，使得质量重，搬运不便。所以铅酸蓄电池存在它的局限性。