[发明专利]基于薄膜太阳能电池的长效一体化的电源系统及充电方法

说明书

本发明一种基于薄膜太阳能电池的长效一体化的电源系统，包括薄膜光伏组件、超级电容模组、充放电控制器、稳压模组和锂电池组件组成的储能设备，薄膜光伏组件的输出端连接所述的超级电容模组的输入端，超级电容模组的输出端连接充放电控制器的输入端，充放电控制器的输出端连接所述的稳压模组；锂电池组件与所述的充放电控制器相连；薄膜光伏组件为柔性或刚性的薄膜太阳能电池；薄膜光伏组件的额定电压高于锂电池组件的最大电压。本发明一种轻便、高效、长寿命的基于薄膜太阳能电池的长效一体化的电源系统及充电方法，充分利用薄膜光伏组件的弱光发电性和超级电容的低压充电性，具有高效弱光发电、整体系统效率高的优点。

技术领域

本发明专利属于离网型光伏储能技术领域，具体地，涉及一种基于薄膜太阳能电池的长效一体化的电源系统。

背景技术

目前，太阳能电池因其资源巨大、清洁无污、安装方便的优点正广泛应用于电站、监控、路灯、草坪灯等方面。在实际应用中，太阳能电池的一般储能设备为铅酸蓄电池、锂电池、超级电容等。对于铅酸蓄电池而言，体积庞大，不利于安装，使用寿命短，冬季恶劣气候下无法给负载正常供电。因此，锂电池因其相同容量下，体积更小，重量更轻，然而因为锂电池系统复杂、造价高，其应用也收到一定的局限性。

现有技术中，以晶硅太阳能电池为供电设备，蓄电池为储能设备的监控系统，使用寿命短，体积庞大，重量较重，且系统在弱光条件下充电能力不足，导致太阳能利用率不高。主要原因是单晶硅太阳能电池在低辐照下不产生电流或产生小电流，而无法给铅酸蓄电池充电，使得系统效率降低至50％～60％，尤其是在雾霾天较多的地方。且铅酸蓄电池的一般寿命为2～3年，使用寿命短，以铅酸蓄电池为储能电源的光伏离网系统甚至冬季恶劣气候下无法正常启动，且单晶硅电池组件重量较重，在高山等的场所不易运输，人工成本高，安全性低，维护成本高，在电网等重要领域甚至易造成重大生命安全隐患。

而中国申请号为201510323778.0的发明专利申请“利用超级电容延长蓄电池寿命的太阳能供电方法及装置”，公开了一种“通过太阳能电池板同时给蓄电池和超级电容充电，蓄电池和超级电容通过电压比较电路进行电压比较，电压高者作为供电输出，向用电设备供电。”利用了超级电容，延长了使用的寿命。而超级电容器，是一种新型储能元件，具有功率密度高、充放电性能好、高低温特性好、充放电效率高、循环充放电寿命长的优良特性，可有效弥补蓄电池的不足。然而超级电容的放电电压，电流是不稳定的。超级电容电压随着放电的进行逐步降低，超级电容放电的电流随着负载的大小不同和电压的降低变化。该方案在光照强度不够稳定的情况下，超级电容供电性能不够稳定，放电电压、电流比较难控制，并且气候恶劣的情况下，如在低温下，锂电池无法正常供电而负载无法正常启动。

发明内容

本发明的发明目的是解决上述现有太阳能电池的局限性，提出一种轻便、高效、长寿命的基于薄膜太阳能电池的长效一体化的电源系统，以解决铅酸电池或超级电容独立供电所存在的使用寿命短或成本高、体积重量高、系统弱光条件下充电效率差，或气候恶劣的条件下负载设备无法正常启动的问题。本发明充分利用薄膜光伏组件的弱光发电性和超级电容的低压充电性，具有高效弱光发电、整体系统效率高的优点。

本发明一种基于薄膜太阳能电池的长效一体化的电源系统，包括薄膜光伏组件、超级电容模组、充放电控制器、稳压模组和锂电池组件组成的储能设备，所述的薄膜光伏组件的输出端连接所述的超级电容模组的输入端，所述的超级电容模组的输出端连接充放电控制器的输入端，所述的充放电控制器的输出端连接所述的稳压模组；所述的锂电池组件与所述的充放电控制器相连；所述的薄膜光伏组件为柔性或刚性的薄膜太阳能电池；所述的薄膜光伏组件的额定电压高于锂电池组件的最大电压。

基于薄膜太阳能电池的长效一体化的电源系统的充电方法：包括如下步骤：

S1、薄膜光伏组件吸收太阳能能量并转换为电流Ia，所述的超级电容模组吸收薄膜光伏组件产生的电流Ia并累积电荷＝Ia*t，所述的超级电容模组电压为其中t为充电时长，C为电容量；