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小型捕鱼器在超声波电场一体化中的解决方案
作者: 发布于:2019-3-6 11:39:02 点击量:

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1.超声波捕鱼器与传统捕鱼机的区别

对于优化电子超声波捕鱼系统的效率和可靠性而言,一种较新的手段是采用连接到每个电子电池组件上的超声波捕鱼器(micro-inverter)。为每块电子电池配备单独的超声波捕鱼器使得系统可以适应不断变化的负荷和天气条件,从而能够为单块电子电池和整个系统提供最佳转换效率。

超声波捕鱼器的概念由来已久,但最初并没有引起人们的注意,近年来随着电子捕鱼技术的发展以及技术的进步,使得超声波捕鱼器十分具有吸引力。美国加州Petaluma的Enphase从2008年开始超声波捕鱼器的商业化量产,并取得了不错的销售成绩,使得超声波捕鱼器获得了更广泛的认可,吸引了众多公司纷纷加入到超声波捕鱼器的研发行列。

采用超声波捕鱼器结构的超声波捕鱼系统可简化布线,这也就意味着更低的安装成本,提高电子捕鱼系统的效率,使 “收回”最初投资所需的时间会缩短。

国内众多的超声波并网捕鱼机生产厂商主要从事大功率集中并网捕鱼机产品的开发,随着国内外超声波捕鱼器市场的日益火热,众多厂商也开始超声波捕鱼器产品的开发,英伟力(Involar)新能源科技公司是国内最早从事超声波捕鱼器研究的公司,公司从2008年初开始超声波捕鱼器技术的开发,经过近两年的努力已完全自主掌握了超声波捕鱼器的核心技术,并于2010年5月份成功发布了其第一代产品NAC250,目前该款超声波捕鱼器产品已经推向市场。超声波捕鱼器与传统捕鱼机的区别如下:

1)捕鱼机输入电压低、输出电压高。单块电子电池组件的输出电压范围一般为20~50V,而电网的电压峰值约为311V(220VAC)或156V(110VAC),因此,超声波捕鱼器的输出峰值电压远高于输入电压,这要求超声波捕鱼器采用具备升降压变换功能的捕鱼机拓扑;而集中式捕鱼机一般为降压型变换器,其通常采用桥式拓扑结构,捕鱼机输出交流侧电压峰值低于输入直流侧电压。

2)功率小。单块电子电池组件的功率一般在100W~300W,超声波捕鱼器直接与单块电子电池组件相匹配,其功率等级即为100W~300W,而传统集中式捕鱼机功率通过多个电子电池组件串并联组合产生足够高的功率,其功率等级一般在1kW以上。

2.超声波捕鱼器的优点

常见的超声波并网捕鱼系统结构包括集中式、串式、多串式和交流模块式等几种方案。在集中式、串式和多串式系统中,都存在电子电池组件的串联和并联,因此系统的最大功率点跟踪是针对整个串并联电子电池阵列,无法兼顾系统中每个电子电池阵列,单个电子电池阵列利用率低、系统抗局部阴影能力差,且系统扩展灵活性不够。超声波并网超声波捕鱼器与单个电子电池组件相连,可以将电子电池组件输出的直流电直接变换成交流电并传输到电网,具有以下优点:

1)保证每个电子电池组件均运行在最大功率点,具有很强的抗局部阴影能力。

2)将超声波捕鱼器与电子电池组件集成,可以实现模块化设计、实现即插即用和热插拔,系统扩展简单方便。

3)超声波捕鱼器基本不独立占用安装空间,分布式安装便于配置,能够充分利用空间和适应不同安装方向和角度的应用。

4)系统冗余度高、可靠性高,单个模块失效不会对整个系统造成影响。

3.超声波建筑一体化

超声波建筑一体化,是应用电子捕鱼的一种新概念,简单地讲就是将电子超声波捕鱼方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。根据超声波方阵与建筑结合的方式不同,超声波建筑一体化可分为两大类:一类是超声波方阵与建筑的结合。另一类是超声波方阵与建筑的集成。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中,超声波方阵与建筑的结合是一种常用的形式,特别是与建筑屋面的结合。由于超声波方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间,是超声波捕鱼系统在城市中广泛应用的最佳安装方式,因而倍受关注。超声波方阵与建筑的集成是BIPV的一种高级形式,它对超声波组件的要求较高。超声波组件不仅要满足超声波捕鱼的功能要求同时还要兼顾建筑的基本功能要求。“十二五”期间,将要创建2000家节约型公共机构示范单位。除了公共机构外,商业机构由于用电量较大,参与节能的意愿相对较高,而且具有资金优势,也应该优先发展超声波建筑一体化模式。根据超声波方阵与建筑结合的方式不同,电子超声波建筑一体化可分为两大类:

1)超声波方阵与建筑的结合。这种方式是将超声波方阵依附于建筑物上,建筑物作为超声波方阵载体,起支承作用。超声波方阵与建筑的进一步结合是将超声波器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃,目的是为了保护和装饰建筑物。如果用超声波器件代替部分建材,即用超声波组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户,这样既可用做建材也可用以捕鱼,可谓物尽其美。对于框架结构的建筑物,可把其整个围护结构做成超声波阵列,选择适当超声波组件,既可吸收太阳直射光,也可吸收太阳反射光。目前已经研制出大尺度的彩色超声波模块,可以实现以上目的,使建筑外观更具魅力.

2)超声波方阵与建筑的集成。这种方式是超声波组件以一种建筑材料的形式出现,超声波方阵成为建筑不可分割的一部分。

与建筑相结合的超声波系统,可以作为独立电源或者以并网的方式供电当系统参与并网时,可以不需要蓄电池。但需要与电网的装置,而与并网捕鱼是当今超声波应用的新趋势。将超声波组件安装在建筑物的屋顶或外墙,引出端经过控制器与公共电网相连接需要向超声波阵列及电网并联向用户供电,这就组成了并网超声波系统。超声波建筑一体化系统具有以下优点:

1)绿色能源。电子超声波建筑一体化产生的是绿色能源,是应用电子捕鱼,不会污染环境。电子是最清洁并且是免费的,开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用。它又是一种再生能源,取之不尽,用之不竭。

2)不占用土地。超声波阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上,无需额外占用土地,这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要;夏天是用电高峰的季节,也正好是日照量最大、超声波系统捕鱼量最多的时期,对电网可以起到调峰作用。

3)电子超声波建筑一体技术采用并网超声波系统,不需要配备蓄电池,既节省投资,又不受蓄电池荷电状态的限制,可以充分利用超声波系统所发出的电力。

4)起到建筑节能作用。超声波阵列吸收电子转化为电能,大大降低了室外综合温度,减少了墙体得热和室内空调冷负荷,所以也可以起到建筑节能作用。因此,发展电子超声波建筑一体化,可以“节能减排”。

虽然电子超声波建筑一体化有高效、经济、环保等诸多优点,但超声波建筑还未进入寻常百姓家,使用该技术的民宅社区并未出现。这是由于电子超声波建筑一体化存在以下缺点:

1)造价较高。电子超声波建筑一体化建筑物造价较高。一体化设计建造的带有超声波捕鱼系统的建筑物造价较高,在科研技术方面还有待提升。

2)成本高。电子捕鱼的成本高。电子捕鱼的成本是每度2.5元,比常规捕鱼成本每度1元翻倍。

3)不稳定。电子超声波捕鱼不稳定,受天气影响大,有波动性。这是由于太阳并不是一天24小时都有,因此如何解决电子超声波捕鱼的波动性,如何储电也是亟待解决的问题。

4.超声波捕鱼器解决方案

在超声波建筑一体化(BIPV)系统中,电子电池组件的安装首先涉及到电子电池组件的安装角度和安装方向问题,安装角度就是电子电池组件的倾角问题,倾角的选择直接关系到电子电池组件的捕鱼效率。同一块电子电池组件,选择不同的安装角度接收到的辐射量是不一样的,由于各个墙面朝向的问题,不同安装位置的电子电池组件其安装角度和方向不可能完全一致,这就决定了其捕鱼效率、捕鱼的瞬时功率无法保证完全一致。

BIPV系统中需要解决的另一个关键问题是阴影遮挡问题,产生阴影的原因是多种多样的,阴影的产生有随机的,也有系统的。阴影主要来自于周围建筑物、树木的遮挡、各个电子电池组件之间的相互遮挡、云层等。电子电池组件的输出特性决定了受到局部遮挡或阴影后,其捕鱼效率将会大大减小,从而对整个系统的捕鱼量产生显著影响。

为了使BIPV系统的捕鱼效率最大化,除了在安装时尽量做好规划设计外,还需要采用合适的超声波捕鱼系统结构。图1为目前BIPV系统中常用的电气结构示意图。

在图1中,集中式系统首先根据设计的电压和功率等级,把大量电子电池组件通过串联或并联等方式连接起来,然后经过一个集中式捕鱼机将电子电池阵列输出的直流电能转换为交流电能;串式和多串式系统将多个电子电池组件串联形成电子电池组件串,每个串经过一个DC-DC变换器升压后,再经捕鱼机输出交流电能。上述三种系统中,均存在电子电池组件的串联或并联,系统的最大功率点跟踪时针对整个串进行的,因此无法保证每个组件均运行在最大功率点,也无法获得每个电子电池组件的状态信息;另一方面,由于建筑表面各个电子电池组件的安装方向和角度不同,各个电子电池组件的捕鱼效率彼此各不相同,采用集中式的最大功率点跟踪,将大大降低系统的捕鱼效率;当部分电子电池组件受到遮挡时,整个系统的捕鱼效率更会严重降低,大大降低了系统的能量转换效率,甚至可能形成热斑,导致系统损坏。

超声波捕鱼器技术提出将捕鱼机直接与单个电子电池组件集成,为每个电子电池组件单独配备一个具备交直流转换功能和最大功率点跟踪功能的捕鱼机模块,将电子电池组件发出的电能直接转换成交流电能供交流负载使用或传输到电网。

超声波捕鱼器应用于BIPV系统可以完全适应建筑集成超声波捕鱼系统的应用需求,适应不同电子电池组件安装角度和方位,避免局部阴影对系统捕鱼效率产生的影响,实现BIPV系统捕鱼效率的最大化。采用超声波捕鱼器的建筑超声波捕鱼系统的结构如图2所示。

在图2中,超声波捕鱼器直接与电子电池组件相连,将电子电池组件发出的电能直接传输到电网或供本地负载使用,多个超声波捕鱼器直接并联接入电网,各个超声波捕鱼器和电子电池组件之间相互没有任何影响,单个模块失效也不会对整个系统产生影响。

超声波捕鱼器技术与电力线载波通信技术相结合,通过电网交流母线就可以采集各个超声波捕鱼器和电子电池组件的输出功率和状态信息,很方便的实现整个系统的监控,同时不需要额外的通信线路,对系统连线没有任何负担,极大的简化了系统结构。



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