基于市电补偿的光伏发电装置及其水泵系统.pdf

本发明给出了一种基于市电补偿的光伏发电装置，太阳能供电组件的光伏阵列与汇流箱相连，且输出直流电源，其输出电压为Ux；市电补偿组件包括与城市电网相连的AC-DC转换器，且输出直流电源，其输出电压为Uy；太阳能供电组件的输出与市电补偿组件的输出之间并联，并且Uy＜Ux。根据本基于市电补偿的光伏发电装置的电路特性，该装置的最终输出会主动选择太阳能供电组件的输出，在太阳能供电组件的输出的功率达不到负载的工作功率时，再利用市电补偿组件对其进行补充，最终本发电装置的输出功率达到负载工作功率。本发明还提供了一种水泵系统，其利用上述的基于市电补偿的光伏发电装置对水泵供电。本水泵系统可以利用上述发电装置对水泵进行供电。

1.  一种基于市电补偿的光伏发电装置，包括太阳能供电组件和市电补偿组件，其特征为：
太阳能供电组件包括光伏阵列和汇流箱，光伏阵列与汇流箱相连，太阳能供电组件输出稳定的直流电源，其输出电压为Ux；
市电补偿组件至少包括与城市电网相连的AC-DC转换器，市电补偿组件输出稳定的直流电源，其输出电压为Uy；
太阳能供电组件的输出与市电补偿组件的输出之间并联，并且Uy＜Ux。

2.  根据权利要求1所述的基于市电补偿的光伏发电装置，其特征是：
所述的市电补偿组件还包括调压箱，城市电网通过调压箱输入AC-DC转换器。

3.  根据权利要求1所述的基于市电补偿的光伏发电装置，其特征是：
（Uy+20伏特）≤Ux≤(Uy+60伏特)。

4.  根据权利要求1所述的基于市电补偿的光伏发电装置，其特征是：
太阳能供电组件的输出与市电补偿组件的输出之间并联后与逆变器串联。

5.  一种水泵系统，包括水泵和发电装置，其特征在于：利用如权利要求1至4中任一项所述的基于市电补偿的光伏发电装置对水泵供电。

基于市电补偿的光伏发电装置及其水泵系统
技术领域
本发明涉及一种光伏发电装置，特别是一种基于市电补偿的光伏发电装置。
本发明还涉及一种水泵系统，特别是一种基于市电补偿的光伏驱动水泵系统。
背景技术
当今社会生产发展规模日益壮大，对能源的需求也在不断增长。传统的三大能源石油、煤炭和天然气的总量有限，即将面临枯竭，同时还会造成环境污染和温室效应。相比之下，太阳能作为一种可再生资源，因为其无污染、分布广泛且辐射量高，被国际社会公认为最理想的新能源之一。光伏发电则是目前高效利用太阳能的最佳途径之一，深入研究光伏发电技术，提高发电效率有着重大的理论和现实意义。
传统的光伏逆变器一般由太阳能光伏电池、储能元件、控制器、变压器、逆变电路和滤波电路等组成。光伏电池的能量来源于太阳，而光照条件各地不一，同时受云层及地球自转的影响，总是处于变化的状态。为了保证光照等外界因素不会影响负载的正常运行，势必要采取一定的措施稳定光伏电池的输出功率。
目前，克服上述问题的方式有两种：1、通过增加电池组对太阳能光伏电池发的电进行储存，但此方式需要另外增加储能元件，增大投入成本，而且再储能耗尽后，还需要对负载进行补偿，否则影响负载的正常工作；
2、通过市电对太阳能电池组进行补偿，现有的补偿机制是通过比较太阳能光伏电池的所产生的功率与负载的功率进行比较，如果太阳能光伏电池的所产生的功率小于负载需要的功率时，市电补偿控制器会直接选择市电对负载输出，如果太阳能光伏电池的所产生的功率大于负载需要的功率时，市电补偿控制器会直接选择太阳能对负载输出，利用市电补偿控制器对太阳能或市电进行选择，但是市电补偿控制器的成本很高，而且如果光照条件不好的情况下，太阳能发电的输出不稳定，容易造成市电补偿控制器频繁切换，对市电补偿控制器产生损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、可以自我补偿的的基于市电补偿的光伏发电装置。
本发明所要解决的技术问题是还提供一种利用基于市电补偿的光伏发电装置运转的水泵系统。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于市电补偿的光伏发电装置，包括太阳能供电组件和市电补偿组件；
太阳能供电组件包括光伏阵列和汇流箱，光伏阵列与汇流箱相连，太阳能供电组件输出稳定的直流电源，其输出电压为Ux；
市电补偿组件至少包括与城市电网相连的AC-DC转换器，市电补偿组件输出稳定的直流电源，其输出电压为Uy；
太阳能供电组件的输出与市电补偿组件的输出之间并联，并且Uy＜Ux。
采用这样的结构后，在太阳能供电组件发电时，市电补偿组件可以进行有效的对其补偿；
Uy＜Ux，根据本基于市电补偿的光伏发电装置的电路特性，该装置的最终输出会主动选择太阳能供电组件的输出，在太阳能供电组件的输出的功率达不到负载的工作功率时，再利用市电补偿组件对其进行补充，最终本基于市电补偿的光伏发电装置的输出功率达到负载工作功率。
与现有技术的区别在于：本基于市电补偿的光伏发电装置可以根据光伏阵列的发电情况，自主选择是否需要市电补偿，如果需要市电补偿时不需停止太阳能供电组件发电，也不需要另外的储能设备，最大限度的利用太阳能供电组件所产生的电能。
为了更好的理解本申请的技术内容，以下将本基于市电补偿的光伏发电装置简称为本装置。
本装置的市电补偿组件还包括调压箱，城市电网通过调压箱输入AC-DC转换器；采用这样的结构后，城市电网的交流电压为固定，通过调压箱后，可以调节城市电网的电压为一个预定值。
作为本装置的优选方案，（Uy+20伏特）≤Ux≤(Uy+60伏特)，太阳能供电组件的电压为合理值。
本装置的太阳能供电组件的输出与市电补偿组件的输出之间并联后与逆变器串联；采用这样的结构后，逆变器使直流电源转变为交流电，使本装置最终输出稳定的交流电。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种水泵系统，包括水泵和发电装置，利用上述的基于市电补偿的光伏发电装置对水泵供电。
采用这样的结构后，本水泵系统可以利用基于市电补偿的光伏发电装置产生的电能稳定的对水泵进行供电。
附图说明
图1是本水泵系统的拓扑结构框图。
图2是本水泵系统的功率平衡原理图。
具体实施方式
如图1至2所示
本装置包括太阳能供电组件和市电补偿组件。
太阳能供电组件包括光伏阵列和汇流箱，光伏阵列与汇流箱相连，光伏阵列将太阳能转换为不稳定的直流电（即不稳定的DC），光伏阵列连接汇流箱，不稳定的DC经过汇流箱后得到稳定的DC，进而太阳能供电组件输出稳定的直流电源，其输出电压为Ux、输出电流为Ix、输出功率为Wx，太阳能供电组件的输出电路上设有防反送电装置；
市电补偿组件包括调压箱、AC-DC转换器，调压箱与AC-DC转换器串联，城市电网经过调压箱输出稳定交流电（即稳定的AC），稳定的AC输入AC-DC转换器，变为稳定的DC，进而市电补偿组件输出稳定的直流电源，其输出电压为Uy、输出电流为Iy、输出功率为Wy，市电补偿组件的输出电路上设有防反送电装置；
太阳能供电组件的输出与市电补偿组件的输出之间并联后与逆变器串联，并且太阳能供电组件的输出电压Ux大于市电补偿组件的输出电压Uy，Ux=Uy+40伏特（V）。
水泵系统包括上述基于市电补偿的光伏发电装置和水泵，水泵与上述装置的逆变器串联，水泵的额定工作功率为Wz。
由于光伏阵列的额定电压是定值，所以可以得到Ux为定值，同理，城市电网的电压也可以看做为定值，所以Uy也为定值。
在水泵工作时，光照环境不断变化，本装置会光伏阵列输入汇流箱的直流电源的电流Ix会不断变化，进而会影响太阳能供电组件的输出功率Wx，又因为太阳能供电组件的输出电压Ux恒大于市电补偿组件的输出电压Uy，所以本装置的输出会优先选择太阳能供电组件的输出，如果当太阳能供电组件的输出功率不能满足水泵的工作功率Wz时，本装置的市电补偿组件才会输出电流Iy。
即如果太阳能供电组件的输出功率Wx等于或大于水泵的工作功率Wz，太阳能供电组件单独向负载（即水泵）供电，市电补偿组件没有输出电流；如果太阳能供电组件的输出功率Wx小于负载（即水泵）的工作功率Wz时，太阳能供电组件和市电补偿组件同时向负载（即水泵）供电，水泵的工作功率Wz=(Ux*Ix)+(Uy*Iy)，所以在水泵工作时无论光照环境的改变，都能最大限度的利用太阳能所转换的能量。
本实施例中只规定了Ux=Uy+40V，但实际使用中，实验过Ux=Uy+20V、Ux=Uy+35V、Ux=Uy+60V，都能取得同样的技术效果。
以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。