使可再生能量的使用最大化的储存系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于使可再生能量的使用最大化的电能储存系统。在所述系统中，连接到至少一个电池模块的逆变器与电网电源和家庭或办公室电气装置相集成。另外，可再生能源可以包括在系统中。控制器用于控制部件，以减少高峰需求时间段期间对电网电源的需求以及使连接到系统的可再生能源的使用最大化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适用于普通家庭和办公使用的能量储存系统。
技术介绍
光伏装置通常串联或并联地相连接作为将光能转换成电能的转换装置。传统地， 光伏装置产生的能量直接用作电源，或者反馈回本地电网，从而降低中心发电厂的负荷。由 于太阳能仅在白天可以产生，因此夜晚，尤其是在傍晚，必须由中心发电厂产生更多的电 力，以便满足对电能的需求。虽然如此，对将DC电力转换成AC电力的逆变器的依赖可能会 造成明显的电力损失，这是因为(来自光伏装置的)DC电源的不稳定性以及相位调谐问题 (由逆变器产生的AC电力与电网中的AC电力同相的一致性)。因此，提出一种有效的能量 储存系统以解决上述问题。在本专利技术中，一种电储存系统由与一个或多个逆变器集成的并联连接的多个电池 构成。逆变器相互独立，并且每一个逆变器连接到并联连接的至少一个电池模块。逆变器 的最大功率极限被设计成与和逆变器相连的电池模块的功率容量相一致(例如，电池模块 和逆变器需要相同的额定功率极限)，从而确保安全操作。每个逆变器都将DC电源(来自 电池)转换成AC电源，直到达到电池的低电压为止。在电池的低电压时间段期间，电网电 源被旁通以满足使用者的需求，直到达到预设的电池充电时间段(例如，午夜至早上6:00) 为止。每个逆变器都可以连接到已经安装在办公室或家中的断路器。本专利技术公开的储存系 统可以容易地安装在家中或办公室中，并且可以与太阳能电池板、风力涡轮机或其它可再 生能源集成，用于将在稍后实例中说明的能量节约目的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种适用于家庭和办公室的自由扩展的能量储存系统， 所述能量储存系统可以用于平衡白天和夜晚期间的能量消耗，同时实现集成用于使能量节 约最大化的可再生能源。本专利技术公开了一种在不需要任何其它的设计的情况下可进行扩展的可扩展能量 储存系统。为了满足所述系统的相容性和扩展能力而提出的需要和功能将进一步说明和论 证，所述系统包括逆变器、电池模块和可再生能源。附图说明本专利技术从以下仅通过实例在附图中显示的说明将更容易清楚呈现，其中图1显示了能量储存系统的传统设计；图2显示了家中使用的能量储存系统的再现；图3显示了图2中显示的系统的进一步说明；图4显示了用于逆变器的正常模式操作的逻辑；图5显示了用于逆变器中的过放电模式操作的逻辑；图6显示了用于逆变器的过充电模式操作的逻辑；图7是用于逆变器的再充电模式操作的逻辑；图8是用于逆变器的维护模式操作的逻辑；图9显示了与太阳能电池板电池板集成一体的储存系统的示意性表示；以及图10显示了对于24小时(从一天中的早上4:00至第二天的早上4:00)的相对 于时间的I，V曲线。具体实施例方式硬件图1中显示了能量储存系统的传统设计。从图1中可以看出，集中进行储存。由 于高电力要求，储存系统的电压必须高以减小电流的大小并因此减少热量。传统设计的缺点1.高电压，所述高电压尤其是在电压大于60V时潜在地存在危险。2.由于许多电池串联相连而在周期工作后造成的电池平衡问题。越多的电池串联 相连，则不平衡问题越可能变得严重。这将影响电池系统的使用寿命。3.在断路器用于终止电流的情况下可能形成电弧。4.如果不安装充电控制器就会造成能量储存效率问题(这是由于光伏装置与电 池之间的电压差造成的IV损失)。5.当串联连接许多模块时潜在的光伏装置不操作。串联相连的模块中的一个的故 障将会造成转换效率很大的损失。6.使用高电力逆变器、充电控制器、电池控制器(监控器)和断路器(用于防止电 弧)造成的昂贵成本。与传统的设计考虑相比较，当前公开的储存系统由连接到至少一个电池模块的逆 变器构成。逆变器的最大功率极限设计为与正在与逆变器相连的电池模块的功率能力相一 致(例如，电池模块和逆变器需要相同的额定功率极限)，用于防止过电流操作(加热)，从 而确保安全性。越多的电池模块并联地连接到现有的电池模块，则系统越安全。虽然如此， 越多的电池模块并联连接，则由于可以储存和使用更多的可再生能量使系统具有更高的成 本效益。电池模块的可扩展特性以及逆变器、电池模块和可再生能源(例如，太阳能电池 板)之间的相容性形成本专利技术的基础。图2显示了常规家庭中采用的能量储存系统的再 现。每个逆变器都连接到断路器，如图2中所示，并且每个逆变器都连接到至少一个电池模 块，所述电池模块具有相同的逆变器额定功率。图2中显示的系统的进一步说明显示在图 3中，且所有的电池模块并联地连接。在图3中显示的情况下，必须满足以下规定，即，如果 逆变器的数量为N，则电池模块的数量应该为N+1。因此，如果一个电池模块出现故障，电池 模块的额定功率也决不会达到低于逆变器的峰值功率消耗的情况。同时，图2和图3中显 示的所有逆变器相互独立，并且并联的每个电池模块在结构上完全相同，因此使系统能够 无限扩展。如图2和图3中所示，每个逆变器都将DC电源(来自电池)转换成AC电源，直到 达到低电池电压为止。在电池的低电压时间段期间，电网电源被旁通以满足使用者的需求， 直到达到预设的电池充电时间段(例如，午夜至早上6:00)为止。每个逆变器都可以连接到已经安装在办公室或家中的断路器。本专利技术的优点包括1.低电压(安全储存系统)。2.不受限的电池模块扩展。3.电池模块的并联连接可以在一个电路在重负载使用下时减少电池负载(参见 图3)。4.每个电路都是独立的，但电池负载被集中。每个电路用传统(现有)的断路器 进行保护。5.并联连接的电池会获得低电池维护成本(容易且安全地进行更换)以及期待的 长电池使用寿命。6.由于仅需要小功率逆变器，因此可获得低成本设备。7.电池是自控的；不需要专门的电池监控器。8.能够与当前的家庭电路使用相兼容。在安装该储存系统时不需要另外的设备 (如图2和图3中所示仅是连接方式改变)。由于每个电池都连接到一个现有的断路器，因 此相容性很高且安全特性良好。9.灵活安装所述系统。例如，使用者可以根据他们的需要选择哪一个电路上安装 该储存系统(参见图2)。软件本专利技术中使用的原理1.储存系统可以独自用作储存器，所述储存器可以推迟来自中心发电厂的从高峰 需求量到低谷需求量的电能消耗，从而平衡中心发电厂的负荷。这可以通过设定储存系统 仅在能量消耗低谷时间段期间充电而获得。2.当与光伏装置集成时，从光伏装置获得的能量以第一优先次序被消耗掉。因此， 对电网电源的依赖降低。这可以通过将储存系统设定成在电网能量消耗低谷期间(例如， 在午夜至早上6:00之间)部分充电(例如，根据从光伏装置获得的预期能量充电30%)。3.当与光伏装置集成时，由于不需要特定的设计，因此储存系统可以以非常低的 成本进行安装。安装的储存系统的容量越大，则对电网电源的依赖越小(自动持续特性越 好)。由于仅需要并联连接电池，因此储存容量的扩展变得容易。4.仅在电池容量耗尽时启动从电网接收能量。5.逆变器、电池模块和太阳能电池板之间没有干扰。本专利技术中使用的部件的功能和性能的详细分析如下部分I .逆变器图4-7中显示逆变器所采用的逻辑。图4显示逆变器的正常模式操作。在正常模 式的操作期间，电池能量在到达电网能量消耗低谷时间段(在该情况下设定在晚上12点至 早上6点之间)之前转换成AC。一旦到达电网能量消耗低谷时间段，就会代替电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种能量储存系统，包括：并联电连接的多个电池模块，所述多个电池模块中的每一个都具有逆变器，所述逆变器电连接到所述电池模块以形成多个电池模块与逆变器组合，所述逆变器具有连接到一个或多个能量消耗装置的ＡＣ输出以及连接到电网的ＡＣ输入；所述多个电池模块中的每一个电池模块都具有与其余一个或多个电池模块相似的电特性；以及所述电池模块中的每一个都具有等于或大于所述逆变器的持续最大功率输出额定值的最大功率输出额定值，其中：所述多个电池模块与逆变器组合被控制以处于多个系统控制模式中的一个系统控制模式下，所述系统控制模式包括：１）过充电模式，其中在电压（Ｖ）＞所述逆变器的可持续高电压极限（ＶＨ）的情况下，则放弃逆变器功能，直到达到低的电压极限（ＶＨ’）为止；２）过放电模式，其中在电压（Ｖ）＜预设电压（ＶＬ）的情况下，则所述逆变器与所述多个电池模块断开，并且所述逆变器的连接到所述电网的ＡＣ电源的ＡＣ输入被旁通到所述逆变器的ＡＣ输出从而到达所述一个或多个能量消耗装置；３）重新充电模式，其中在电压（Ｖ）＜预设电压（Ｖ”）且一天的时间（Ｔ）在预设范围（Ｒ）内的情况下，则从连接到所述电网的逆变器ＡＣ输入对所述电池模块重新充电；以及４）正常操作模式，其中在电压（Ｖ）≤所述逆变器的可持续高电压极限（ＶＨ）的情况下，且在电压（Ｖ）≥预设电压（ＶＬ）的情况下，以及在所述一天的时间（Ｔ）不在所述范围（Ｒ）内的情况下，则所述多个电池模块连接到所述逆变器，用于通过所述逆变器ＡＣ输出将能量提供给所述一个或多个能量消耗装置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

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