CN221042690U - 一种光伏系统及太阳能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光伏系统及太阳能发电装置，其中，每个控制单元和储能单元对应连接一片光伏组件，即光伏单元，控制单元和储能单元均设置在光伏组件的非阳光直射面；控制单元分别与光伏组件和储能单元连接；通过控制单元调整光伏单元转换的能量的分配与使用，进而提高利用能量的效率，有利于强大光伏组件的功能，解决相关技术中单个光伏组件的功能较为单一的问题。

Description

一种光伏系统及太阳能发电装置

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，特别是涉及一种光伏系统及太阳能发电装置。

背景技术

光伏组件是光伏电站中的重要组成部分，它们将太阳能转化为电能。这些组件由单/多晶硅电池片串联或并联组成，其中包含了电极和互连线。这些电极和互连线的作用是将光能转化为电能，并输送到电网上。

目前，光伏组件的应用主要有：通过对光伏组件阵列发电装置以及用电设备(电车、家庭、电网)之间设置各种配套设备，进而实现电能存储以及发电应用；通过在光伏组件中设置储热功能，以利用光伏组件工作时产生的热能；通过设置蓄电池固定槽以存储光伏组件的电能，或是通过设置带有智能功能的光伏组件线盒以调整光伏组件输出；但是目前单个光伏组件的功能较为单一。

针对相关技术中，单个光伏组件的功能较为单一的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种光伏系统及太阳能发电装置以解决相关技术中单个光伏组件的功能较为单一的问题。

第一方面，本实用新型提供一种光伏系统，包括：多个互相连接的光伏单元，每个所述光伏单元包括光伏组件，每个所述光伏组件上分别设置有储能单元和控制单元；

所述控制单元和所述储能单元均设置在所述光伏组件的非阳光直射面；

所述控制单元分别与所述光伏单元和所述储能单元连接；

通过所述控制单元调整所述光伏单元转换的能量分配与使用。

在其中一个实施例中，所述光伏系统还包括汇流控制箱和逆变单元，多个所述光伏单元与汇流控制箱的输入端连接；

所述汇流控制箱的第一端作为直流输出端；

所述汇流控制箱的第二端与所述逆变单元的输入端连接，所述逆变单元的输出端作为交流输出端。

在其中一个实施例中，所述光伏单元上设置有线缆接头，多个所述光伏单元通过所述线缆接头相互连接。

在其中一个实施例中，所述光伏系统还包括主控单元，所述主控单元分别与多个光伏组件上设置的所述控制单元连接。

在其中一个实施例中，所述光伏系统还包括放电控制单元；

所述放电控制器的一端与所述主控单元连接；所述放电控制器的另一端与所述储能单元连接。

在其中一个实施例中，光伏系统还包括充电管理单元；

所述充电管理单元的一端与所述主控单元连接，所述充电管理单元的另一端与所述储能单元连接。

在其中一个实施例中，所述控制单元设置在光伏组件的接线盒的盒盖处。

在其中一个实施例中，所述控制单元还通过夹具设置在光伏组件的背玻或背板上，所述控制单元与所述光伏系统的接线盒所引出的导线连接，还与设置在所述光伏组件的边框位置的锂电池连接，还与所述汇流控制箱及逆变器连接。

在其中一个实施例中，所述控制单元还通过夹具设置在所述光伏组件的边框上。

第二方面，本实用新型提供的一种太阳能发电装置，包括第一个方面所述的光伏系统。

本实用新型提供的一种光伏系统及太阳能发电装置，包括：多个互相连接的光伏单元，每个光伏单元上分别设置有储能单元和控制单元；控制单元和储能单元均设置在光伏单元的非受光面；控制单元分别与光伏单元和储能单元连接；通过控制单元调整光伏单元转换的能量分配与使用。通过每个控制单元和储能单元对应连接一片光伏组件，即光伏单元，并通过控制单元与储能单元的连接以及预设的要求，调整光伏单元转换的能量的分配与使用，进而提高利用能量的效率，有利于强大单个光伏组件的功能。

附图说明

图1是现有的光伏组件的正面示意图；

图2是现有的光伏组件的背面接线盒示意图；

图3是现有光伏组件的分解示意图；

图4是本申请实施例的光伏系统结构示意图；

图5是本申请另一实施例的光伏系统结构示意图；

图6是本申请另一实施例的光伏系统结构示意图；

图7是本具体实施例的光伏系统背面安装示意图；

图8是本具体实施例的控制系统连接示意图；

图9是本具体实施例的另一控制系统连接示意图；

图10是本具体实施例的另一控制系统连接示意图；

图11是本具体实施例中控制系统的形状示意图；

图12是本具体实施例中控制系统的连接方式示意图。

附图标记：1、汇流条引出位置区；2、汇流条导通区；31、正玻/板；32、夹胶；33、金属；34、电池；35、背玻/板；36、边框；37、接线盒；38、线缆接头；11、光伏单元；12、控制单元；13、储能单元；14、汇流控制箱；15、逆变单元；16、主控单元；17、放电控制单元；18、充电管理单元；71、控制系统；72、输出线；73、锂电池；74、连接线；81、线盒盖；91、卡接支架。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接设在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

光伏组件是光伏电站中的重要组成部分，它们将太阳能转化为电能。这些组件由多晶硅或多晶片串联或并联组成，其中包含了电极和互连线。这些电极和互连线的作用是将光能转化为电能，并输送到电网上。电极和互连线的质量和封装方式也决定了光伏组件的使用寿命和可靠性。封装的主要目的是保护电池和电极免受环境的影响，如水分、氧化和机械损伤等。这样可以确保光伏组件在运行期间保持高效和稳定。

光伏组件的典型结构是使用焊带将发电单元(电池片)互联形成电池串后，在组件的上中下三个位置分别使用汇流条(镀锡铜带)和焊带进行连接，实现电流汇流的效果。最后在中部位置背部打孔，将中部汇流条引出，安装带导线和接头的接线盒，引出后通过接头之间的互联，实现光伏组件间的串并联，输出能量。图1是现有的光伏组件的正面示意图，图2是现有的光伏组件的背面接线盒示意图；参考图1和图2，其中汇流条引出位置区1与带二极管的接线盒连接后实现能量引出，二极管主要作用是在异常情况发生时保护内部电路；汇流条导通区2连接串联不同二极管对应的电池串。

图3是现有光伏组件的分解示意图，如图3所示，包含了层压件中主要的结构和对应位置，在具体的工艺过程中，首先是将发电电池34互联，后将正玻/板31、夹胶32、由金属33互联的电池34、和背玻/板35按照顺序层叠在一起(即层压件)；将层叠后的产品放入层压机，通过层压机的高温和抽真空，夹胶32材料融化，并排出层压件内的气体；层压完成后对溢出的夹胶32和残余材料做切割处理；处理后对层压件进行边框36安装工艺即装框工序，装框工序需要将特定的边框36上部位置中的腔体内布胶，此处的胶为硅胶，并使用装框机将边框36与层压件卡接固定，并在边框36上设置接线盒37以及线缆接头38，进而连接光伏组件和电缆。由上面的结构描述可以看到，光伏组件作为一个发电单元，功能上比较单一，首先光伏组件无法储能；比如绿色植物通过光合作用产生能量后，多余的能量可以通过植物本身各个部分进行存储，且动物可以通过食用植物，实现能量转移；但传统的光伏组件无法实现类似的储能和能量转移功能，所以就需要在外接电路上设置储能设备或者通过电网和负载实时进行能源的消耗，否则光伏组件产生的能源将直接被浪费，所以在光伏组件本体上设置储能设备，将极大的提高光伏组件产品的功能性；其次，单块光伏组件的发电是被动的，光照后光伏组件被动发电，不同组件之间发电能力存在失配的情况，而且发电情况的统计往往不是事实量化的，所以往往会存在失配的损失、发电能力与实际消耗需求失配，例如当光照强的时候光伏组件发电量大，但实际电能的需求并未达到发点量。同时光伏组件无法储能，发电数据无法被实时监测及优化，在特殊异常情况下也可以关断组件输出，但并不能结合电网的需求来实施组件之间的存储和能量输出之间的平衡。

参考图4，图4是本申请实施例的光伏系统结构示意图。本实用新型提供一种光伏系统，包括：多个互相连接的光伏单元11，每个光伏单元11包括光伏组件，每个所述光伏组件上分别设置有控制单元12和储能单元13；控制单元12和储能单元13均设置在光伏单元11的非阳光直射面；控制单元12分别与光伏单元11和储能单元13连接；通过控制单元12调整光伏单元11转换的能量分配与使用。

具体地，光伏系统包括多个互相连接的光伏单元11、分别设置在每个光伏单元11上的储能单元13和控制单元12、光伏组件以及连接配件；控制单元12分别与光伏单元11和储能单元13连接，控制单元12和储能单元13都固定在光伏单元11上或者光伏单元11内，且设置在光伏单元11的非阳光直射面，即非主要受光面；进而通过控制单元12调整光伏单元11转换的能量的分配与使用，有利于提高电能的使用和分配效率。示例性地，在一些情况下，考虑成本、光伏组件的功率尺寸和储能能力匹配等因素，光伏组件数量可以在2-6片之间，在其中1-3个光伏组件中设置固定控制系统和储能设备。光伏单元11上还设置有线缆接头，多个光伏单元11通过线缆接头相互连接。

在其中一些实施例中，光伏系统还包括汇流控制箱14和逆变单元15，多个光伏单元11与汇流控制箱14的输入端连接；汇流控制箱14的第一端作为直流输出端；汇流控制箱14的第二端与逆变单元15的输入端连接，逆变单元15的输出端作为交流输出端。

具体地，参考图5，图5是本申请另一实施例的光伏系统结构示意图。多个光伏单元11与汇流控制箱14的输入端连接，在光伏单元11接收并转换能量后，输入至汇流控制箱14中，汇流控制箱14将接收的能量转化为直流，并通过汇流控制箱14的第一端作为直流输出端；或者汇流控制箱14将接收的能量转化为交流，并通过汇流控制箱14的第二端作为交流输出端；有利于为不同的用电需求方提供其所需不同种类的电能，且多元化利用能量，在控制上也更精确，不占用额外空间，提高电能的使用和分配效率。

在其中一些实施例中，光伏系统还包括主控单元16、放电控制单元17和充电管理单元18，主控单元16分别与多个光伏单元11上设置的控制单元12连接；放电控制器的一端与主控单元16连接；放电控制器的另一端与储能单元13连接。充电管理单元18的一端与主控单元16连接，充电管理单元18的另一端与储能单元13连接。

具体地，参考图6，图6是本申请另一实施例的光伏系统结构示意图。光伏系统还包括有主控单元16、放电控制单元17以及充电管理单元18，主控单元16分别与多个光伏单元11上设置的控制单元12连接；放电控制器的一端与主控单元16连接；放电控制器的另一端与储能单元13连接。充电管理单元18的一端与主控单元16连接，充电管理单元18的另一端与储能单元13连接。其中，主控单元16包括两个输入端，一个是光伏单元11的能量输入，即输入正极和输入负极，进一步具体地，输入正极为PV正极，输出负极为PV负极，其中，PV正极和PV负极是光伏组件中用于连接光伏电池的引脚，分别表示光伏电池的正极和负极；另一个是储能单元13通过放电控制单元17进行能量输入。主控单元16包括两个输出端，一个是向用户侧输出，即输出正极和输出负极，一个是通过充电管理单元18向储能单元13输出并存储。主控单元16通过集成信息采集器件、芯片、控制电路、信号发射等电子器件，实现能量分配的功能，有利于优化能量功率，并提高光伏单元11之间的匹配性，保证多个光伏单元11输出的一致性。

在其中一些实施例中，控制单元设置在光伏组件的接线盒的盒盖处。控制单元还通过夹具设置在光伏组件的背玻或背板上，并与光伏组件的接线盒所引出的导线连接，还与设置在光伏组件的边框位置的锂电池连接，还与汇流控制箱及逆变器连接。控制单元还通过夹具设置在光伏组件的边框上。

在其中一些实施例中，太阳能发电装置包括光伏组件。

下面通过具体实施例对本实施例进行描述和说明。

在光伏组件背面即非阳光直射面设置控制系统、储能设备以及电能/数据传输通道，控制系统至少包含了光伏组件电性能输入和输出数据收集和传输、输出优化(即调整输出电流或电压)、关断、输出路径选择、储能电池管理、能量分配、逻辑计算等一项或多项功能。具体地，此处的控制系统即为前述实施例中的控制单元，储能设备即为前述实施例中的储能单元，储能设备具体为储能电池。

其中，图7是本具体实施例的光伏系统背面安装示意图。如图7所示，控制系统71有三对连接线74，其中一对与光伏组件的引出线连接(两端接线盒37)；第二对与四周边框位置的锂电池73连接，用于储能电池的充放电；第三对连接线74即输出线72悬空，用于连接其它组件单元/汇流控制箱等。控制系统在光伏组件背面的位置有三种选择：图8是本具体实施例的控制系统连接示意图；图9是本具体实施例的另一控制系统连接示意图；图10是本具体实施例的另一控制系统连接示意图。参考图8，将控制系统71直接集成在接线盒37的线盒盖81上；参考图9，设置卡接支架91，将通过卡接支架91和光伏组件背面连接固定后，通过卡口等结构固定控制系统71和和卡接支架91，进而将控制系统71固定在光伏组件背面；作为优选，将控制系统71集成在接线盒37的盒盖位置，便于拆卸更换。进一步具体地，将控制系统71作为单独的个体，通过夹具固定在组件背玻/板上，通过与接线盒37的引出导线连接，接收光伏组件发电能量并实施分配，控制系统71与夹具可以分离和固定(可拆卸连接)，便于拆卸更换；或者将控制系统71通过夹具固定在边框上，夹具和边框，夹具和控制系统71之间均可以分离和固定。通过硅胶等粘结材料直接将控制系统粘接在组件背面。

图11是本具体实施例中控制系统的形状示意图，参考图11，控制系统71是一种回字型的形状，控制系统包裹其中一个接线盒37。图12是本具体实施例中控制系统的连接方式示意图，参考图12，通过光伏组件内部连接电路的结构设置，将光伏组件的两根连接线74，即两根输出线设置在一个接线盒37上，并在该接线盒37的四周边框位置的锂电池73上附件设置控制系统71，这种结构设置方式可以有效的减少背面线缆连接的复杂性。

控制系统同时与光伏组件、储能设备导通，并设置输出端口与外部系统连接，外部系统包括其它光伏单元、负载、逆变器、电网等。控制系统可以根据时间、光照强度或者人为指令要求，调整能量分配方案，示例性地，系统中所有组件单元上的控制系统内电流输入值大于预设值，例如预设的电流输入值为10A，那么说明当地光照条件很好，光伏发电电量很高，但是如果将全部能量优先输入电网，将对电网产生冲击，因此需要优先将能量传输到储能设备进行存储或者将能量传输至负载上进行消耗。

单个或多个储能电池设置在光伏组件背面，多个储能电池之间相互串并联，用于匹配光伏组件输出电压。储能电池的类型包括但不仅限于锂电池、钠电池、超级电容，储能电池的形状包括但不仅限于长方体，圆柱型，薄片型等。储能电池的设置位置上需要考虑自身重量以及电池形状与光伏组件的匹配性，示例性地，储能设备即储能电池主要的固定位置包括边框和组件背玻/板。当使用背板/背玻固定时，将储能电池直接通过硅胶或其它胶水粘接在组件背面；为了方便储能电池的拆卸，保留组件与储能电池的距离，进而还可以避免或减少组件或储能设备工作时发热产生的相互影响；同时使用硅胶将夹具和背玻/板进行固定，再将储能装置安装在夹具上。边框固定时，同样使用储能电池自身或连接件，通过胶水或螺栓固定边框，行程形成稳定的固定。

光伏系统包括多个光伏单元，光伏单元包括储能单元和控制单元，将多个光伏单元串并联后输出至汇流控制箱，其中，汇流控制箱包含两个输出口，一个为直流负载输出端口，可以直接为直流设备供电；另一个连接逆变设备即逆变器，用于将直流电转换为交流电，实现交流输出；交流输出一方面可以直接连接电网，为电网中其它用电需求方供电；其次，也可以直接为用户自身提供交流电，包含光伏发电、智能控制、储能的汇流控制箱在能量的利用上更加多元化，并且在控制上也更加精确，不占用额外空间。其中，汇流控制箱具备一些智能功能和信号发射功能，比如用于收集光伏单元信号，同样也可以向光伏组件单元以及网络发射信号，还可以进行控制光伏单元的特定操作，比如统一向单元内的储能设备充电等。

PV正/负极为光伏系统的能量输入端，能量输入后经过主控系统，主控系统通过逻辑算法和开关控制实现能量分配，其中，主控系统可以关闭储能设备的功能，直接将能量传输至汇流控制箱，为用户侧供电；其次可以通过充电管理系统为储能设备供电，进行能量存储；最后，可以通过控制放电管理系统，将存储在储能设备上的能量通过主控系统，为用户侧供电。具体地，此处的主控系统即为前述实施例中的主控单元，放电控制系统即为前述实施例中的放电控制单元，充电管理系统即为前述实施例的充电管理单元。主控系统包含了两个输出端，其中一个向用户侧输出，一个向储能设备充电；同样也包含两个输入端，其中一个是光伏组件能量输入，另一个是储能设备的能量输入。而主控系统是通过集成信息采集器件、芯片、控制电路、信号发射等电子器件，进而实现能量分配的功能。在实际应用中，通过主控单元分配多种多样的能量输入和输出方案，进而实现不同的用户端能量需求。同时，在主控系统中设置功率优化的功能有利于提高光伏单元之间的匹配性，进而确保光伏阵列中光伏单元输出的一致性。其中，多个光伏单元组成光伏阵列。

除了上述的能量分配功能外，主控系统还具有发电数据收集以及储能设备数据收集的功能，其中，收集的信息主要包括电流电压在内的电信号的信息；同时主控系统可以将数据信息传输到网络，便于用户侧浏览，传输信号的传输方式包含电信传输或射频信号传输。主控系统在储能设备的能量分配和用户端的能量分配上预先设置一定的逻辑性要求；比如优先将能量存储于储能设备，当储能设备上能量存储超过40％之后，正常情况下优先向用户端供电，但是如果在特定时间或者达到了特定光照强度后，此时光伏系统输入的电流很大，主控系统可以根据时间/光照强度或者人为的指令要求，调整能量分配方案；进一步具体地，例如系统中所有组件单元上的控制系统内电流输入值大于预设值，说明当地光照条件很好，光伏发电电量很高，如果将全部能量优先输入电网，将对电网产生冲击，因此优先将能量传输到储能设备或者负载上进行消耗。在不同的储能设备中能量存储差异较大的情况下，对于存储能量较低的储能设备，优先为该储能设备充电，同时可以断开该储能设备对光伏组件的输出。控制系统还可以根据不同的地区，切换不同的模式，比如低纬度地区和高纬度地区等

同时，在光伏系统中，电能传输通道的连接点要求有优异密封性，进而避免长期使用过程中导致漏电的风险。信号传输的通道分有线传输和无线传输两种或两种传输方式并存，最后可以传输进入网络，将信息显示在手机电脑等连接设备上。在光伏组件上设置一定的储能设备，用于组件级间的储能利用，减少在组件阵列输出后的储能装置安装和空间排布要求；有利于充分利用光伏组件空间。在光伏组件上设置控制系统，控制系统上包含了发电数据收集传输分析、储能设备数据收集，光伏组件输出优化，储能电池和用电负载、电网等用能装置平衡，进而实现单个光伏组件的储能和智能功能，通过在单个光伏组件上设置储能设备，通过智能组件是数据收集分析传输，灵活利用光伏发电组件能源，减少能量损耗，强大光伏组件功能。

以上所述实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种光伏系统，其特征在于，包括：多个互相连接的光伏单元，每个所述光伏单元包括光伏组件，每个所述光伏组件上分别设置有储能单元和控制单元；

所述控制单元和所述储能单元均设置在所述光伏组件的非阳光直射面；

所述控制单元分别与所述光伏组件和所述储能单元连接；

通过所述控制单元调整所述光伏单元转换的能量分配与使用。

2.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括汇流控制箱和逆变单元，多个所述光伏单元与汇流控制箱的输入端连接；

所述汇流控制箱的第一端作为直流输出端；

所述汇流控制箱的第二端与所述逆变单元的输入端连接，所述逆变单元的输出端作为交流输出端。

3.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏单元上设置有线缆接头，多个所述光伏单元通过所述线缆接头相互连接。

4.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括主控单元，所述主控单元分别与多个光伏组件上设置的所述控制单元连接。

5.根据权利要求4所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括放电控制单元；

所述放电控制单元的一端与所述主控单元连接；所述放电控制单元的另一端与所述储能单元连接。

6.根据权利要求4所述的光伏系统，其特征在于，光伏系统还包括充电管理单元；

所述充电管理单元的一端与所述主控单元连接，所述充电管理单元的另一端与所述储能单元连接。

7.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述控制单元设置在光伏组件的接线盒的盒盖处。

8.根据权利要求2所述的光伏系统，其特征在于，所述控制单元还通过夹具设置在光伏组件的背玻或背板上，所述控制单元与所述光伏单元的接线盒所引出的导线连接，还与设置在所述光伏组件的边框位置的锂电池连接，还与所述汇流控制箱及逆变器连接。

9.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述控制单元还通过夹具设置在所述光伏组件的边框上。

10.一种太阳能发电装置，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求9任意一项所述的光伏系统。