一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统

摘要

本发明属于船舶绿色新能源领域，涉及一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统，太阳能光伏组件利用太阳能对其的光生伏特效应产生直流电源，之后通过逆变器将直流电转变为船舶所需的三相交流电后经过光伏并网柜作为太阳能光伏发电系统的总输出端口并入至船舶主电站,并由船舶电网输送给船舶负载使用。本发明的一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统，有效的减少船舶燃油机发电机的运行使用,并可利用船舶主甲板露天部分非操作区域灵活布置太阳能光伏组件串，从而减少太阳能光伏组件设备所产生电力总额的损失，且利用率高，后期维护方便，尤其适用于对现有大型远洋散装货船的改造加装。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶绿色新能源领域，尤其涉及一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统。

背景技术

随着近几年全世界对船舶海运事业发展的关注力日益提升，尤其是船舶引发出的环境污染问题，是当前国际社会的重点关注问题。各国对船舶业和航运业也采取了一定的措施，如制定相关法律制度进行约束，促使船舶的发展朝向低排放、低耗能、低污染、高能效以及安全环保的绿色船舶上发展。国际海事组织(IMO)也在第四次温室气体研究(Greenhouse Gas Study)中强调，航运业继续保持其排放量下降与全球海运贸易增长相悖而行的趋势。该报告同时表明，仅通过提高技术效率还不足以使该海运业实现2050年将排放量与2008年相比减少一半的目标。如何做好船舶节能减排工作,已然成为全人类关注的课题。在此前景条件下,若能将绿色新能源技术比如太阳能光伏发电应用到大型远洋运输船舶上,则可以有效的减少船舶能耗大户“船舶柴油机”的运行使用,以直接减少二氧化硫、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物的排放。

太阳能光伏组件为具有封装及内部联结的、能单独提供直流电输出的、最小不可分割的太阳电池组合装置。又称太阳电池组件。

太阳能光伏组件串为在光伏发电系统中，将若干个光伏组件串联后，形成具有一定直流电输出的电路单元。

太阳能光伏方阵为将若干个光伏组件在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。

太阳能光伏发电系统是指利用太阳能对光伏组件的光生伏特效应(半导体材料表面受到太阳光照射是，其内部会产生大量电子-空穴对，在内建电场作用下运动并产生直流电)，将太阳光辐射能直接转换成电能的发电系统。

太阳能光伏发电系统一般由太阳能光伏组件、控制器和蓄电池 (可根据系统模式选择配置)、逆变器组成。目前针对于大型远洋运输船舶中加装太阳能光伏发电系统的运行模式,从光伏组件布置利用最优化、方案可行性、系统可靠性及经济性等方面综合分析，主要分为并网型和离网型。

并网型：是指太阳能光伏发电系统提供直流电变换成交流电后直接馈入船舶主电站的三相交流电网进行并网,通过船舶主电站向全船供电,其构建的主导思想是太阳能光伏发电系统相对独立。在电力匹配过程中,太阳能光伏发电系统相当于一台发电机。

离网型(混合型)：是指太阳能光伏发电系统独立支持若干直、交流用电模块,当其供电功率不足时,再由船舶主电站通过功率判断决定是否该向用电模块供电,主导思想为用电模块在船舶电力系统中为非关键用电模块,其可独立于船舶电网运行。若太阳能光伏发电系统产生的电能过剩,则对船舶蓄电池进行充电。

通常大型远洋运输散装货船单台发电机功率为700-1000kW左右，若加装太阳能光伏发电系统采用离网型，则需配备足够容量的蓄电池,并能在光伏发电有富余时进行存储，以满足在外界环境变化造成的光伏发电匮乏时负荷的需要。而大容量的蓄电池在船舶安装存储的安全性要求高及经济性回报率低则是制约船东采用太阳能光伏发电系统的主要因素之一(目前在配备蓄电池的太阳能光伏发电系统中, 蓄电池的成本占总系统的30％左右,且蓄电池的寿命一般都为3-5 年)。

因此，提出一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统，太阳能光伏组件利用太阳能对其的光生伏特效应产生直流电源，之后通过逆变器将直流电转变为船舶所需的三相交流电后经过光伏并网柜作为太阳能光伏发电系统的总输出端口并入至船舶主电站,并由船舶电网输送给船舶负载使用，其解决了船舶小功率用电、节能环保等问题。

本发明提供了具体的技术方案如下：

一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统，包括船舶主电站、若干太阳能光伏组件、至少一个逆变器、光伏并网柜，若干所述太阳能光伏组件与所述逆变器相连，所述逆变器与所述光伏并网柜相连，所述光伏并网柜与所述船舶主电站相连。

进一步的，所述太阳能光伏组件依次将正极插头插入下一个组件的负极插座，使若干个所述太阳能光伏组件串联在一起组成为一个光伏组件串。

进一步的，所述光伏组件串布置成若干个光伏方阵并安装在船舶主甲板露天区域。

进一步的，所述光伏组件串与所述逆变器并联。

进一步的，所述逆变器通过逆变器交流输出电缆输送交流电至所述光伏并网柜。

进一步的，所述光伏并网柜通过太阳能光伏发电系统输出电缆并网输入所述船舶主电站。

进一步的，所述船舶主电站通过船舶主配电板内部汇流排和船舶主配电板负载断路器将并网后的电能输送至各在线的船舶负载。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、增加船舶的额外辅助电源,在加装后以有效的减少船舶电网对柴油发电机的持续依然或减少在线柴油发电机的运行数量,从而减少对环境的污染。

2、根据光伏逆变器的最佳组串及容配比进行灵活的太阳能光伏组件串安装布置，可在其中一或多块光伏组件发生损坏或故障时，只会减少该路组串的光伏发电电力，而不会造成整个太阳能光伏发电系统的故障或损失。

3、本发明的一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统因其加装方式简单、灵活、且利用率高，后期维护方便，尤其适用于对现有大型远洋散装货船的改造加装。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。

图1是本发明的主要部件的组成概要图；

图2是本发明的电气示意图；

图3是本发明的光伏组件安装示意图。

附图标记如下：

1.太阳能光伏组件，2.光伏组件串负极连接线，3.光伏组件串正极连接线，4.光伏组件串，5.逆变器，6.逆变器交流输出电缆，7. 并网柜输入断路器，8.并网柜内部汇流排，9.并网柜总输出断路器， 10.光伏并网柜，11.太阳能光伏发电系统，12太阳能光伏发电系统输出电缆，13.船舶主配电板中光伏电源并网输入断路器，14.船舶主配电板内部汇流排，15.船舶主配电板负载断路器，16.船舶负载，17. 船舶主电站，18.光伏方阵，19.主甲板正常操作区域，20.主甲板安全通道，21.主甲板货舱盖，22.主甲板直升机停靠平台，23.船舶主甲板露天区域。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定”、“安装”、“连接”或“设置”有另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上的。需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有说明书特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述：

参照图1-3，一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统，包括船舶主电站17、若干太阳能光伏组件1、至少一个逆变器5、光伏并网柜10，若干所述太阳能光伏组件1与所述逆变器5相连，所述逆变器5与所述光伏并网柜10相连，所述光伏并网柜10与所述船舶主电站17相连。

在本发明的一些实施例中，所述太阳能光伏组件1依次将正极插头插入下一个组件的负极插座，使若干个所述太阳能光伏组件1 串联在一起组成为一个光伏组件串4。

在本发明的一些实施例中，所述光伏组件串4布置成若干个光伏方阵并安装在船舶主甲板露天区域23。

在本发明的一些实施例中，所述光伏组件串4与所述逆变器 5并联。

根据光伏逆变器的最佳组串及容配比进行灵活的太阳能光伏组件串安装布置，可在其中一或多块光伏组件发生损坏或故障时，只会减少该路组串的光伏发电电力，而不会造成整个太阳能光伏发电系统的故障或损失。

在本发明的一些实施例中，所述逆变器5通过逆变器交流输出电缆6输送交流电至所述光伏并网柜10。

在本发明的一些实施例中，所述光伏并网柜10通过太阳能光伏发电系统输出电缆并网输入所述船舶主电站17。

太阳能光伏发电系统直接与船舶主电站进行并网,通过船舶主电站向全船供电,其构建的主导思想是太阳能光伏组件发电系统相对独立，在电力匹配过程中,太阳能光伏系统相当于一台发电机。

在本发明的一些实施例中，所述船舶主电站17通过船舶主配电板内部汇流排14和船舶主配电板负载断路器15将并网后的电能输送至各在线的船舶负载16。

有效的减少船舶燃油机发电机的运行使用,从而减少二氧化硫、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物的排放，且加装方式简单、灵活、且利用率高，后期维护方便，尤其适用于对现有大型远洋散装货船的改造加装。

本发明的具体工作原理如下：

在逆变器5根据其参数规格进行最佳组串及容配比设计后，太阳能光伏组件1依次将正极插头插入下一个组件的负极插座，使若干个太阳能光伏组件1串联在一起组成为一个光伏组件串4，之后可将整光伏组件串负极连接线2和光伏组件串正极连接线3连接至逆变器5 的MTTP最大功率点跟踪端口，其余的太阳能光伏组件1也依次类似串联成光伏组件串4后再并联至逆变器5中，而一个逆变器5最多可连接光伏组件串4的数量由其最大功率点跟踪端口MTTP参数及容配比设计决定，待所有的太阳能光伏组件1都连接好至若干个逆变器5 后，逆变器5通过将直流电转换成船舶所需的三相交流电，经由逆变器交流输出电缆6输送交流电至光伏并网柜10中的并网柜输入断路器7，之后将其余的逆变器5输入电源汇流至并网柜内部汇流排8再经过并网柜总输出断路器9将整个太阳能光伏发电系统11的电源经由太阳能光伏发电系统输出电缆12输送至船舶主配电板中光伏电源并网输入断路器13，待检测太阳能光伏发电系统11各电能质量及防孤岛保护满足船级社所要求的规定之后，太阳能光伏发电系统11可正式并网至船舶主电站17，最后通过船舶主配电板内部汇流排14和船舶主配电板负载断路器15将并网后的电能输送至各在线的船舶负载16。

逆变器5的光伏组件串4的串联数可根据下列公式进行设计：

式中：

Kv---光伏组件的开路电压温度系数；

K′v---光伏组件的工作电压温度系数；

N---光伏组件的串联数(N取整)；

t---光伏组件工作条件下的极限低温(℃)；

t′---光伏组件工作条件下的极限高温(℃)；

Vdcmax---逆变器允许的最大直流输入电压(V)；

Vmpptmax---逆变器MPPT电压最大值(V)；

Vmpptmin---逆变器MPPT电压最小值(V)；

Voc---光伏组件的开路电压(V)；

Vpm---光伏组件的工作电压(V)。

太阳能光伏组件1在船舶主甲板露天区域23优先避开各主甲板正常操作区域19、主甲板安全通道21、主甲板直升机停靠平台22等船舶正常运营所需的空间后，最大化的利用主甲板货舱盖21及其他非正常操纵区域进行布置太阳能光伏组件1，在具体布置时可按照之前电气系统设计时已将所有太阳能光伏组件1串联成若干个光伏组件串4为依据，将太阳能光伏组件1布置成若干个光伏方阵18，以便于其相互之间的电缆连接及寻找维护。

综上所述，本发明的一种基于船舶上加装并网型太阳能光伏发电系统，太阳能光伏组件利用太阳能对其的光生伏特效应产生直流电源，之后通过逆变器将直流电转变为船舶所需的三相交流电后经过光伏并网柜作为太阳能光伏发电系统的总输出端口并入至船舶主电站,并由船舶电网输送给船舶负载使用。本发明的并网型太阳能光伏发电系统，有效的减少船舶燃油机发电机的运行使用,从而减少二氧化硫、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物的排放，并可利用船舶主甲板露天部分非操作区域灵活布置太阳能光伏组件串，从而减少太阳能光伏组件设备所产生电力总额的损失，且利用率高，后期维护方便，尤其适用于对现有大型远洋散装货船的改造加装。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。