用于确定和使用由光伏太阳能发电机产生的可用的电功率余量的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于管理光伏发电机(DE)的端子处可用的光伏功率余量(P3)的装置(S)，光伏发电机(DE)设有能够向连接到所述光伏发电机(DE)的固定功率用电器(AF)和可变功率用电器(AV)供电的光伏面板(PV)，其特征在于其包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定和使用由光伏太阳能发电机产生的可用的电功率余量的装置和方法


[0001]本专利技术涉及光伏太阳能的领域，并且更具体地涉及该能量的管理领域，以便优化可从太阳能产生的电能的生产、存储和使用。

技术介绍

[0002]以已知的方式，通过光伏太阳能面板产生电能的装置通常包括一组光伏面板，这些光伏面板彼此关联以产生电压和电流，这些电压和电流能够向用电器供电以立即使用电能，还能够向电池供电，电池使得能够暂时存储该电能以备后用。实际上，太阳辐射变化很大，并且尤其取决于一天中的时间、日照和季节。
[0003]于是需要更好地管理产生的太阳电能，以便一方面根据设备的消耗电功率向设备供电，并且另一方面存储未使用的源自太阳能的电能以便在其他时间使用它，尤其是在晚上。这种管理通常通过逆变器类型的电气模块来自动保障，逆变器类型的电气模块将来自太阳能面板的光伏能量的直流电转换成交流电。然后，逆变器将光伏能量重定向到已连接的能够在当时运行的电气设备，或者重定向到诸如电池或诸如蓄水池之类的存储装置，光伏能量对蓄水池进行加热，然后将其用作能量的热存储手段。另一有利的选择是通过逆变器将其注入公共电网来销售已产生但未在本地使用的电流。
[0004]然而，实时管理可用的源自太阳能的电能的已知管理装置无法确定和管理超出连接到逆变器的用电器在给定时刻消耗的功率的潜在可用的功率。这种管理将需要通过直接测量或通过计算来持续确定潜在可用的功率值，而这在当前的现有技术中是无法实现的。实际上，功能是管理未消耗的太阳能余量(surplus)的大多数现有模块所做的只是为了预定的本地用电器而检测并转移逆变器预备注入公共网络的电流。从实践的角度来看，电流传感器放置在使得能够注入公共网络的电线周围，以测量流向公共网络的电流强度，因此测量相比于给定时刻的本地消耗能量是否存在光伏能量产出余量。这种持续测试使得能够将现有的电能余量重定向到公共电网。
[0005]然而，一些光伏系统没有连接到公共网络，因此与之完全电气隔离，在现有技术中，这无法测量可用的电能余量，因此无法使用它们或以电气或热力方式存储它们，于是该可用的电能余量被浪费了。
[0006]对于孤立站点或英语术语“Off Grid(离网)”光伏系统，不可能将电流注入公共电网。于是在电池充电期间检测与消耗站点处的瞬时消耗相比是否存在光伏能量余量，这实际上指示可用的瞬时光伏功率大于连接到该孤立站点的用电器所消耗的瞬时功率。
[0007]存在功率余量的这种指示于是使得能够并行地运转针对该电能余量的热存储装置，例如通过提高功率来向热水器的电阻供电，这使所述热水器的消耗功率自动地与可用的光伏电功率余量成比例地变化。这种自动化通常虑及所用电池的充电水平及其充电参数，以便根据电池的充电水平来优化热存储操作。
[0008]与将电流注入公共网络的光伏系统一样，不将电流注入公共网络的孤立站点光伏
系统需要多个工作传感器，特别是在能量余量存储电池和/或所述电池的充电特性附近，这意味着具有适应每种电池类型的电子控制装置。这些限制使这些已知装置非常复杂且相当昂贵。
[0009]专利技术目标
[0010]本专利技术的一个目标是提出一种新的、特别简单且经济的装置，其用于实时地确定在给定时刻未被消耗站点的已连接用电器使用的源自光伏的电能余量，以便能够例如以电气、热力或化学的形式使用或存储该能量余量。
[0011]本专利技术的另一目标是提出这样一种装置，其独立于用于存储能量余量的电池类型的装置，并且使得能够简化对已连接用电器的工作优先级的管理，特别是根据它们的消耗功率。
[0012]本专利技术的另一目标是提出这样一种装置，其能够使用电器或多余能量存储系统投入使用并向其供电，以最大限度地优化每个时刻可用且未被正常连接的用电器使用的光伏电能余量的使用或存储。

技术实现思路

[0013]根据其原理，本专利技术的主题装置创新地包括装置(S)，其能够通过测量或计算持续地确定：一方面是光伏发电机系统(G)的一组光伏太阳能面板(PV)取决于给定时刻t的日照而能提供的潜在最大功率，记为P1；并且另一方面是与投入使用的用电器在该时刻t消耗的功率——记为P2——相比的可用的功率余量，记为P3。
[0014]在本文中，潜在最大功率P1不是指光伏发电机在最佳日照下理论上可能产生的最大功率，该功率是称为“峰值”功率的固定值，而是指所述发电机在每个时刻t在虑及了该时刻的实际日照的情况下能产生的实际最大功率，因此其本质上是一个随时间变化的值。“峰值”功率是指当光伏太阳能面板被1000W/m2的阳光照射并且该辐射垂直于面板表面时该面板能产生的最大电功率。一般而言，所述太阳能面板仅接收最大太阳辐射的一部分，因为该辐射被有较多或较少云的大气过滤，并且所述辐射的入射角随一天中的时间而变化。
[0015]本专利技术还涉及在光伏发电机系统(G)中实施该装置(S)，以使用或存储在时刻t可用但未使用的功率余量P3。
[0016]光伏发电机系统(G)包括一组光伏太阳能面板(PV)，其能够在时刻t产生记为P1的最大电功率。该电功率P1部分地取决于在该时刻t接收到的太阳辐射的强度和所述太阳能面板(PV)的“峰值”功率。
[0017]所述光伏发电机(G)还包括：
[0018]‑
多个用电器(A)，其由来自太阳能面板(PV)的电能供电。这些用电器(A)在该时刻t消耗值为P2且小于P1的测得的总电功率。
[0019]‑
用于测量或计算在该时刻t仍可用于消耗的光伏电功率P3的装置(S)，其值近似为P3＝P1
‑
P2。
[0020]因此，本专利技术的第一个主题是一种用于管理光伏发电机(DE)的端子处可用的光伏功率余量(P3)的装置(S)，光伏发电机(DE)设有能够向连接到所述光伏发电机(DE)的固定功率用电器(AF)和可变功率用电器(AV)供电的光伏面板(PV)，所述功率余量(P3)等于在每个时刻t的潜在最大电功率(P1)与实际消耗的电功率(P2)之差，所述潜在最大电功率(P1)
是所述光伏发电机(DE)在虑及其采光的情况下能产生的潜在最大电功率，并且所述实际消耗的电功率(P2)是所述用电器(AF、AV)在每个时刻t实际消耗的电功率，其特征在于其包括：
[0021]‑
领示(t
é
moin)光电传感器(PE)，其能够在每个时刻t测量所述光伏面板(PV)接收到的阳光强度并从中推断出所述潜在最大电功率(P1)；
[0022]‑
确定部件(MP3)，其通过比较该时刻t的潜在最大电功率(P1)的值与所述用电器(AF；AV)实际消耗的电功率(P2)的值来确定可用的功率余量(P3)；
[0023]‑
以及管理部件(MPG)，其管理所述可用的功率余量(P3)，其被配置为在所述用电器(AF、AV)之间重定向和分配所述可用的功率余量(P3)。
[0024]根据一个实施例，用于管理功率余量(P3)的所述管理部件(MPG)被配置为控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于管理光伏发电机(DE)的端子处可用的光伏功率余量(P3)的装置(S)，光伏发电机(DE)设有能够向连接到所述光伏发电机(DE)的固定功率用电器(AF)和可变功率用电器(AV)供电的光伏面板(PV)，所述功率余量(P3)等于在每个时刻t的潜在最大电功率(P1)与实际消耗的电功率(P2)之差，所述潜在最大电功率(P1)是所述光伏发电机(DE)在虑及其采光的情况下能产生的潜在最大电功率，并且所述实际消耗的电功率(P2)是所述用电器(AF、AV)在每个时刻t实际消耗的电功率，其特征在于其包括：
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领示光电传感器(PE)，其能够在每个时刻t测量所述光伏面板(PV)接收到的阳光强度，以从中推断出所述潜在最大电功率(P1)；
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确定部件(MP3)，其通过比较该时刻t的潜在最大电功率(P1)的值与所述用电器(AF；AV)实际消耗的电功率(P2)的值来确定可用的功率余量(P3)；
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以及管理部件(MPG)，其管理所述可用的功率余量(P3)，其被配置为在所述用电器(AF、AV)之间重定向和分配所述可用的功率余量(P3)，以便最大化对光伏发电机(DE)的端子处可用的所述功率余量(P3)的使用。2.根据权利要求1所述的装置(S)，其特征在于，用于管理功率余量(P3)的所述管理部件(MPG)被配置为控制对至少一个附加用电器(AF)的投入使用和供电、或者增大已经连接到光伏发电机(DE)的用电器(AF、AV)的消耗。3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置(S)，其特征在于，所述领示光电传感器(PE)被配置为测量所述光伏面板(PV)接收到的阳光强度并产生与所述光强度成比例并因此与光伏发电机(DE)在每个时刻t能产生的潜在最大功率(P1)成比例的电流。4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(S)，其特征在于，所述领示光电传感器(PE)是光敏电阻、光电晶体管、光电二极管、日射强度计、或者领示光伏表面(V)。5.根据权利要求4所述的装置(S)，其特征在于，所述领示光电传感器(PE)由光伏表面(V)构成，所述光伏表面(V)由单个光伏单元或由多个串联或并联连接的光伏单元形成，总尺寸小于所述光伏面板(PV)的尺寸，并被定向为平行于光伏面板(PV)的表面，以便接收与光伏面板(PV)相同的光强度并产生代表其潜在最大功率(P1)的电功率(P4)。6.根据权利要求5所述的装置(S)，其特征在于，在所述领示光伏表面(V)的端子处测得的功率(P4)与太阳能面板(PV)的计算出的潜在最大功率(P1)建立如下数学关系式：P1＝(x.P4)+z，x和z是固定值，取决于面板(PV)以及所述领示光伏表面(V)的几何和光电特性。7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(S)，其特征在于，用于确定功率余量(P3)的所述确定部件(MP3)包括微型电子计算机，其从至少一个模拟传感器(T1、T2、T3)接收模拟信息作为输入，设置所述至少一个模拟传感器以捕获分别经过领示传感器(PE)、光伏面板(PV)和用电器(AF、AV)的电流强度I(pe)、I(pv)和I(pwm)，所述微型电子计算机(MP3)被配置为产生表示可用的功率余量(P3)的值的模拟或数字信号S(i)。8.根据权利要求7所述的装置(S)，其特征在于，用于确定可用的功率余量(P3)的所述确定部件(MP3)包括由霍尔效应环构成的模拟传感器(T1、T2、T3)。9.根据权利要求7所述的装置(S)，其特征在于，用于确定在每个时刻t可用的功率余量(P3)的所述确定部件(MP3)包括由被第一导电体(F2)和第一导电体(F1)穿过的单个霍尔效应环构成的模拟传感器(T)，第一导电体(F2)来自光伏面板(PV)并流有电流I(pv)，第二导电体(F1)来自领示光电组件(PE)并流有由测量阳光照度的所述光电组件(PE)产生的电流I
(p)，所述霍尔效应环(T)产生表示在每个时刻t可用的功率余量(P3)的电信号S(i)作为输出。10.根据权利要求9所述的装置(S)，其特征在于，所述霍尔效应环(T)还被第三导电体(F3)穿过，第三导电体(F3)流有用于向可变功率用电器(AV)供电的电流I(pwm)。11.根据权利要求9或权利要求10所述的装置(S)，其特征在于，所述领示光伏表面(V)连接到导线(F1)的端部，所述导线(F1)优选地电阻较小并且以数量为N的多圈穿过所述环(T)，使得流过所述导线(F1)的电流强度I(p)在从所述环(T)输出时乘以N。12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(S)，其特征在于，用于管理可用的功率余量(P3)的所述管理部件(MPG)包括操作者根据装置(S)指示存在可用的功率余量(P3)而进行的手动动作。13.根据权利要求1至11中的任一项所述的装置(S)，其特征在于，用于管理可用的功率余量(P3)的所述管理部件(MPG)由从动于可用的功率余量(P3)的瞬时值的电子自动机构构成，所述自动机构被...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔尔，
申请(专利权)人：乔尔，
类型：发明
国别省市：