[发明专利]太阳能供电和电池操作的系统以及用于控制该系统的方法

说明书

一种功率供给系统具有太阳能电池单元和包括多个模块的电池。基于多天的时间段内的能量供给和需求数据来控制用于向负载供给电功率的模块的数目以及模块的再充电。这使得电池模块能够被更高效地使用，并且它们平均起来可以被较不频繁地充电和再充电，从而延长电池寿命。

技术领域

本发明涉及太阳能供电的产品，并且特别地涉及合并用于电荷存储的电池以及用于生成电流以便为电池再充电的太阳能面板的产品。

背景技术

本发明对于具有来自太阳能面板和电池的随时间变化的需求的产品特别感兴趣。一个示例是太阳能供电的照明，诸如离网街道照明。

电池寿命被视为用于太阳能供电的照明产品的主要区分因素。目前的电池供电的灯使用电池来存储能量以在夜晚使用。由于成本的原因，电池技术的目前选择是铅（Pb）电池。目前的Pb电池具有2至3年的相对短寿命。这主要由在太阳能应用中的使用所造成。如果Pb电池在放电之后被立即再充电，并且具有正确的充电廓形（profile），则它可以享有高达5年的寿命跨度。然而，太阳能应用不总是产生足够的电流以用于完整的再充电，特别是在当Pb电池运行在部分充电条件中（所谓的部分“充电状态”）时的冬季。结果是Pb电池具有典型地为2至3年的较短寿命跨度，这可能不被认为是足够的。

理论上，锂电池技术确实具有长得多的寿命，在最优条件下声称有10年的寿命。然而，同样对于Li离子电池，室外太阳能充电条件限制寿命跨度，这次是由操作下的温度造成的。此外，电池每晚进行循环（即充电和放电）。

在太阳能供电的能量应用中，季节效应造成能量供给和需求不平衡。这意味着电池在冬季被完全使用并且在夏季仅被部分使用。

现在将使用离网太阳能供电的（街道）照明技术作为示例来讨论涉及室外太阳能应用的特定问题，并且这将被称为“OSL”。

并网室外照明的当前技术主要由于高电网安装成本和杆安装成本而具有高安装成本。还存在高维护成本。例如当树根穿透线缆时可能需要线缆维修。

如以上描述的并网室外照明系统的一些问题通过太阳能供电的、电池驱动的系统来解决，但是当前技术由于若干原因而不是最优的。

在温暖条件中，几乎所有电池技术遭受增加的降级。缓解办法是将电池的尺寸设计得过大以用于预期寿命末端容量，但是这花费附加的金钱。更好的方式是避免电池可能在利用（较）高电流进行充电时变得太热。由于电池具有有限寿命，因此它们需要被更换，并且旧电池需要被处理掉。大多数电池技术包含不能留在环境中的材料，诸如铅或电解液。如果使用非基于铅的电池，可以避免将它们埋到地下的需要以消除昂贵的地面工作。此外，具有较长寿命的电池技术将降低这些成本。为了在所设计的寿命内达到性能要求，电池必须减载运行（在其最大输出以下操作），这抬高了成本、体积和重量。

放电深度（即作为完全充电状态的百分比，电荷从电池被移除的深度）直接涉及电池的预期寿命。电池寿命与放电深度的关系通常在来自IEC-896-2循环测试的图表中示出。当典型的铅电池完全放电时，对应的寿命为大约300次循环。为了实现600次循环，可以使用完整电荷的不超过60%。例如：为了在每晚充电/放电的情况下达到5年的操作寿命，需要1825次循环，这仅在该典型铅电池被放电不超过20%的情况下是可实现的。这意味着为了达到5年的寿命跨度，要求基于如用在街道照明中的典型Pb电池技术的5倍过大尺寸设计。事实上，在典型室外、太阳能充电条件下使用Pb电池一般达不到5年。

本发明旨在通过积极利用在不同时间处针对不同电池使用的需要来实现用在太阳能应用中的电池的寿命跨度的增加。用于室外、太阳能充电的街道照明应用的电池组典型地针对冬季中的最短白昼来设计尺寸。此外，可以安装备用容量以在若干天的恶劣天气期间提供功率。结果得到的能量存储要求通常仅利用以串联和/或并联方式放置在一起的多个电池（模块）来实现。

发明内容

本发明由权利要求限定。从属权利要求限定有利实施例。