一种光伏光热能源微网及使用方法与流程

本发明属于光伏光热综合利用研究领域，具体涉及一种光伏光热能源微网及使用方法。

背景技术

广泛而高效的利用太阳能，是解决目前人类面临的能源危机和环境污染的有效手段。光伏光热技术，通过热电联供的方式，实现对太阳能全波段的综合利用；然而，目前光伏光热系统需要主网供电，以维持其热力循环控制器、测试与控制系统的运行。对于偏远的地区，采用主网供电技术难度较高，边际成本显著增加，不利于充分利用此类地区的太阳能资源。

与此同时，光伏光热装置未与储热、储电装置耦合匹配，其产电供热的稳定性低，无法弥补太阳能资源波动性大的问题，应用时需要额外的辅助能源作为补充，因此无法获得高太阳能保障率，增加了能源设备投资，也不利于清洁能源利用的产业化发展。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种光伏光热能源微网系统及使用方法，实现光伏光热技术在离网地区的应用，提高太阳能热电联供的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种光伏光热能源微网，包括光伏光热单元阵列、储电单元、热回收单元以及控制与监测单元；

所述储电单元包括光伏控制逆变一体机和蓄电池；

所述热回收单元包括热流体箱、热负载以及冷流体箱；

控制与监测单元包括第一热力循环控制器、第二热力循环控制器以及运行管理中心；

光伏光热单元阵列出口与热流体箱入口相连，热流体箱出口经第二热力循环控制器和热负载与冷流体箱入口相连，冷流体箱出口经第一热力循环控制器与光伏光热单元阵列入口相连；

光伏光热单元阵列、光伏控制逆变一体机、蓄电池、热流体箱、第二热力循环控制器、热负载、冷流体箱以及第一热力循环控制器均与运行管理中心相连。

进一步的，光伏光热单元阵列包括若干光伏光热单元，光伏光热单元包括光伏光热组件、支架和底座；支架上设置在底座上，光伏光热组件安装于支架上。

进一步的，光伏光热单元阵列的光伏光热组件与光伏控制逆变一体机相连；蓄电池为磷酸铁锂电池。

进一步的，光伏控制逆变一体机还连接有电负载，电负载与运行管理中心相连。

进一步的，热流体箱和冷流体箱结构相同，热流体箱包括不锈钢夹层箱体和保温材料，保温材料设置在不锈钢夹层箱体外表面。

进一步的，运行管理中心为研华数据采集模块。

进一步的，第一热力循环控制器和第二热力循环控制器为水泵。

进一步的，光伏光热单元阵列的输出功率通过下式计算：Poutput＝Pm*A；其中，Poutput为光伏光热单元阵列的标准输出电功率；Pm为单位采光面积光伏光热单元的标准输出电功率，A为采光面积。

进一步的，光伏控制逆变一体机的最大输入电流、电压、功率等于或大于光伏光热单元阵列的标准输入电流、电压、功率。

一种上述的光伏光热能源微网的使用方法，包括以下步骤：

太阳光通过光伏光热单元阵列产生电能和热能，电能经过光伏控制逆变一体机存储于蓄电池中；蓄电池中的电能经过光伏控制逆变一体机输出交流电，供第一热力循环控制器、第二热力循环控制器、运行管理中心以及电负载运行；冷流体箱冷流体通过光伏光热单元阵列，吸收热能后转换成热流体，热流体进入热流体箱，热流体箱中的热流体经热负载后转化为冷流体，冷流体进入冷流体箱；

运行管理中心通过采集并分析气象数据、光伏光热单元阵列运行数据、储热单元运行数据以及储电单元运行数据，控制光伏光热单元阵列、热回收单元、储电单元、第一热力循环控制器以及第二热力循环控制器的运行。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过设置运行管理中心，能够控制光伏光热单元阵列、光伏控制逆变一体机、蓄电池、热流体箱、第二热力循环控制器、热负载、冷流体箱以及第一热力循环控制器，可以实现在偏远的地区的太阳能热电联供，并且克服了采用主网供电技术难度较高，边际成本显著增加的问题。本发明使光伏光热能源微网不再需要依赖主电网为其控制与监测单元、热力循环控制器供能，而完全依靠自身产电供能。

本发明光伏光热能源微网在使用时，可以实现热流体到冷流体的循环，并且运行管理中心进行控制，实现了光伏光热单元阵列(光伏光热系统)、储电单元与热回收单元的耦合匹配，解决了由于太阳能资源波动性大而导致的太阳能热电联供稳定性差的问题，本发明实现了光伏光热系统的离网运行，使其摆脱了对主电网的依赖，通过将储电技术、储热技术与光伏光热技术相结合，提高了太阳能热电联供的稳定性，有利于太阳能利用技术的进一步发展和推广。

附图说明

图1为本发明光伏光热能源微网结构图。

其中：1为光伏光热单元阵列、2为光伏光热组件，3为支架，4为底座，5为光伏控制逆变一体机，6为蓄电池，7为电缆，8为热流体箱、9为冷流体箱、10为流体管道，11为第一热力循环控制器，12为运行管理中心，13为信号线，14为电负载，15为热负载，16为第二热力循环控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明提出的光伏光热能源微网，包括光伏光热单元阵列1、储电单元、储热单元以及控制与监测单元。

所述光伏光热单元阵列1包括若干光伏光热单元，光伏光热单元包括光伏光热组件2、支架3和底座4；支架3上设置在底座4上，光伏光热组件2安装于支架3上，光伏光热单元阵列1由两个光伏光热单元如图1方式并列排布组成。

所述储电单元包括光伏控制逆变一体机5、蓄电池6(磷酸铁锂电池)以及电缆7。光伏控制逆变一体机5与蓄电池6通过电缆7相连。另外，光伏光热单元阵列1的光伏光热组件2与光伏控制逆变一体机5通过电缆7相连。

光伏控制逆变一体机5还通过电缆7连接有电负载14。

所述热回收单元包括热流体箱8、冷流体箱9以及流体管道10。热流体箱8包括不锈钢夹层箱体和保温材料。保温材料设置在不锈钢夹层箱体外表面。冷流体箱9包括不锈钢夹层箱体和保温材料。保温材料设置在不锈钢夹层箱体外表面。本发明中的保温材料为铝箔，外表面为橡胶海绵材料。

控制与监测单元包括第一热力循环控制器11、第二热力循环控制器16、运行管理中心12以及信号线13。

光伏光热组件2出口通过流体管道10与热流体箱8入口相连，热流体箱8出口经第二热力循环控制器16与热负载15相连，热负载15通过流体管道10与冷流体箱9入口相连，冷流体箱9出口经第一热力循环控制器11与光伏光热组件2入口相连。

光伏光热组件2、光伏控制逆变一体机5、电负载14、热流体箱8、第二热力循环控制器16、热负载15、冷流体箱9以及第一热力循环控制器11均通过信号线13与运行管理中心12相连。

运行管理中心12为研华数据采集模块，流体为水，第一热力循环控制器11和第二热力循环控制器16均为水泵。

一种光伏光热能源微网的储能配置方法，如下所示：

1)确定光伏光热单元阵列1的采光面积A和输出功率：Poutput＝Pm*A。

其中，Poutput为光伏光热单元阵列的标准输出电功率；Pm为单位采光面积光伏光热单元的标准输出电功率，A为采光面积。

2)根据光伏光热单元的串并联方式确定光伏光热单元阵列1在标准条件下的电流和电压。

3)配置与光伏光热单元阵列1匹配的光伏控制逆变一体机5，光伏控制逆变一体机5的最大输入电流、电压、功率应等于或大于光伏光热单元阵列1的标准输入电流、电压、功率。

4)计算光伏光热系统单日运行耗电量：Q单日运行＝Q单日热循环控制器1 Q单日运行管理中心 Q单日热循环控制器2＝P热循环控制器1*T单日产热循环时间 P运行管理中心*T单日运行管理 P热循环控制器2*T单日用热循环时间。

其中，Q单日运行为光伏光热系统单日运行的耗电量，Q单日热循环控制器1为第一热力循环控制器单日运行的耗电量，Q单日运行管理中心为运行管理中心单日运行的耗电量；Q单日热循环控制单元2为第二热力循环控制器单日运行的耗电量；P热循环控制单元为第一热力循环控制器的运行功率；T单日产热循环时间为单日内产热循环时间；P运行管理中心为运行管理中心的运行功率；T单日运行管理为单日运行管理中心运行时间；P热循环控制器为第二热力循环控制器的运行功率；T单日用热时间为单日用热循环时间；T单日产热循环时间为单日内产热循环时间。

5)蓄电池6的容量需要满足以下几个方面：蓄电池6的容量大于使用地最长连续阴雨天气时间段下的系统连续运行能耗：Q蓄电池＞Q单日运行*N Q预计单日电负载能耗*N。

其中，Q蓄电池为蓄电池容量；Q单日运行为光伏光热系统单日运行的耗电量；Q预计单日电负载能耗为用户侧平均单日电负载能耗；N为使用地最长连续阴雨天日数。

6)计算热负载15的换算热流体消耗量，热流体温度按照60℃计算，热流体箱8和冷流体箱9保温可达到60℃两天温降不超过15℃。

7)设置热流体箱8的容量大于使用地最长连续阴雨天气时间段的热水消耗量。水箱储热量Q热＝Cm(45-20)M>Q单日热需求量；N为使用地最长连续阴雨天日数。

其中，Q热为热水箱储热量，Cm为水的比热容；M为储热水箱最大储水质量；Q单日热需求量为使用地预计单日热需求量。

一种光伏光热能源微网的使用方法为：太阳光通过光伏光热单元阵列1产生电能和热能，电能通过电缆7并经过光伏控制逆变一体机5，再通过电缆7存储于蓄电池6中；蓄电池6中的电能通过电缆7经过光伏控制逆变一体机5输出交流电，通过电缆7直接供第一热力循环控制器11、第二热力循环控制器16、运行管理中心12以及其他电负载14运行使用。热能以热流体为载体，在第一热力循环控制器11和第二热力循环控制器16的驱动下，冷流体通过光伏光热单元阵列1，吸收其产生的热能而转换成热流体，热流体通过流体管道10进入热流体箱8，热流体箱8中的热流体再流经热负载15后通过热交换或直接散热的方式为热负载15供能，并且转化为冷流体，冷流体然后通过流体管道10进入冷流体箱9，实现流体循环使用。

运行管理中心12通过采集并分析气象数据、光伏光热单元阵列1运行数据、热回收单元运行数据、储电单元运行数据以及用户的运行指令，控制调试光伏光热单元阵列1、热回收单元、储电单元以及控制与监测单元的运行。

本发明采用光伏控制逆变一体机5以及蓄电池6，可以实现光伏光热装置产电的自动存储，并且能够将存储的电能逆变为交流电，为光伏光热系统运行供能，实现了光伏光热系统的离网运行，使其摆脱了对主电网的依赖，扩展了应用范围。

本发明将储电技术、储热技术以及光伏光热技术相结合，提高了太阳能热电联供的稳定性，有利于太阳能利用技术的进一步发展和推广。