CZ2011582A3 - Method of transmission of photovoltaic generator power to resistance load and apparatus for making the same - Google Patents
Method of transmission of photovoltaic generator power to resistance load and apparatus for making the same Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2011582A3 CZ2011582A3 CZ20110582A CZ2011582A CZ2011582A3 CZ 2011582 A3 CZ2011582 A3 CZ 2011582A3 CZ 20110582 A CZ20110582 A CZ 20110582A CZ 2011582 A CZ2011582 A CZ 2011582A CZ 2011582 A3 CZ2011582 A3 CZ 2011582A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- photovoltaic generator
- power
- load
- switch
- output
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/66—Regulating electric power
- G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
- F24D11/003—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Zpusob predávání výkonu fotovoltaického generátoru do odporové záteze, kde výstupní výkon fotovoltaického generátoru se ukládá do kapacitoru (C), spocívá v tom, ze z kapacitoru (C) se tento výkon dále predává do odporové záteze pres spínac DC/DC menice. Jeho spínání, které se provádí pulsne sírkovou modulací, se rídí v závislosti na velikosti promenlivého napetí na výstupu fotovoltaického generátoru, kde tato závislost je definována vztahem P = V.sup.2.n./ R.sub.0.n.. S, kde P je výkon spotrebovaný v zátezi, V je napetí, snímané na výstupu fotovoltaického generátoru, které je vyhlazené kapacitorem C, R.sub.0.n.je hodnota odporu záteze a S je trída, definovaná vztah S = T.sub.on.n./T.sub.on.n.+ T.sub.off.n., kde T.sub.on.n.je doba sepnutého stavu spínace a T.sub.off.n.doba vypnutého stavu spínace. Pomocí zmen trídy S se prubezne urcuje maximální okamzitá hodnota výkonu P, spotrebovaného v odporové zátezi, pricemz výchozí hodnota R.sub.0.n.velikosti odporu takto spínané záteze je pro pracovní podmínky fotovoltaického generátoru, dané intenzitou na nej dopadajícího zárení a teplotou PN prechodu v jeho fotovoltaických cláncích, mensí az rovna pomeru napetí U.sub.MPP.n.a proudu I.sub.MPP.n.v bode maximálního výkonu fotovoltaického generátoru. Vynález se týká téz zarízení k provádení zpusobu.The method of transmitting the power of the photovoltaic generator to the resistive load, where the output power of the photovoltaic generator is stored in the capacitor (C), is that from the capacitor (C) this power is further transferred to the resistive load via the DC / DC switch. Its switching, which is performed by pulse width modulation, is controlled in dependence on the variable voltage magnitude at the output of the photovoltaic generator, where this dependence is defined by the relation P = V.sup.2.n / R.sub. where P is the power consumed in the load, V is the voltage sensed at the output of the photovoltaic generator that is smoothed by the capacitor C, R.sub.0.n is the load resistance value and S is the class defined by S = T.sub. on.n./T.sub.on.n.+ T.sub.off.n., where T.sub.on.n is the switch-on state and T.sub.off.n. . By means of class S changes, the maximum instantaneous value of the power P consumed in the resistive load is determined continuously, whereas the initial value R.sub.0.n of the resistivity of the switched load is for the working conditions of the photovoltaic generator, given by the intensity of the incident radiation and the PN temperature. in its photovoltaic cells, less than or equal to the voltage ratio U.sub.MPP.to the current I.sub.MPP.n at the point of maximum power of the photovoltaic generator. The invention also relates to apparatus for carrying out the method.
Description
Způsob předávání výkonu fotovoltaického generátoru do odporové zátěže a zařízení k provádění tohoto způsobuMethod for transmitting the power of a photovoltaic generator to a resistive load and apparatus for carrying out the method
Oblast technikyTechnical field
Předmětem vynálezu je způsob předávání výkonu fotovoltaického generátoru do odporové zátěže a zařízení k provádění tohoto způsobu.The object of the invention is a method of transmitting the power of a photovoltaic generator to a resistive load and an apparatus for carrying out the method.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Jsou známy různé způsoby zapojení panelů fotovoltaického generátoru ke spotřebiči. Například je možné použít střídač, který stejnosměrné napětí dodávané fotovoltaickým generátorem transformuje na střídavé napětí o parametrech sítě. Vyrobená energie se následně spotřebovává ve spotřebiči obdobně, jako kdyby byl připojen do elektrické sítě. Přitom dochází na střídači ke ztrátám z důvodu přeměny energie ze stejnosměrné na střídavou. Výhodou střídače je, že obsahuje řídící algoritmus, díky kterému pracuje v oblasti maximálního bodu výkonu v závislosti na osvitových podmínkách. Střídače, které umí řídit maximální bod výkonu, jsou ale velice drahé a výrazně navyšují relativní náklady celého systému. Cílem tohoto vynálezu je zvýšit účinnost systému fotovoltaického generátoru a odporové zátěže a dosažení úspor energie převáděné do této zátěže, při současném zjednodušení a zlevnění systému.Various methods of connecting the photovoltaic generator panels to the consumer are known. For example, it is possible to use an inverter that transforms the DC voltage supplied by the photovoltaic generator into an AC voltage with grid parameters. The energy produced is then consumed in the appliance in the same way as if it were connected to the mains. This results in losses on the inverter due to the conversion of energy from DC to AC. The advantage of the inverter is that it contains a control algorithm that allows it to operate at the maximum power point depending on the exposure conditions. However, inverters that can control the maximum power point are very expensive and significantly increase the relative cost of the entire system. It is an object of the present invention to increase the efficiency of the photovoltaic generator system and the resistive load, and to achieve savings in the energy transferred to that load, while simplifying and cheaper the system.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Předmětem vynálezu je způsob předávání výkonu fotovoltaického generátoru do odporové zátěže, kde výstupní výkon fotovoltaického generátoru se ukládá do kapacitoru. Podstata vynálezu spočívá v tom, že z kapacitoru se tento výkon dále předává do odporové zátěže přes spínač, jehož spínání, které se provádí pulsně šířkovou modulací, se řídí v závislosti na velikosti proměnného napětí na výstupu fotovoltaického generátoru, kde tato závislost je definována vztahem P = V2 /Ro. S, kde Pje výkon spotřebovaný v zátěži, l/je napětí, snímané na výstupu fotovoltaického generátoru, které je vyhlazené kapacitorem, R0\e hodnota odporu zátěže a Sje střída, definovaná vztahem S = Ton/(Ton + Toff), kde Tonje doba sepnutého stavu spínače a TOff doba vypnutého stavu spínače. Pomocí změn střídy S se průběžně určuje maximální okamžitá hodnota výkonu P, spotřebovaného v odporové zátěži, přičemž výchozí hodnota Ro velikosti odporu takto spínané zátěže je pro pracovní podmínky fotovoltaického generátoru, dané intenzitou na něj dopadajícího záření a teplotou PN přechodu v jeho fotovoltaických článcích, menší až rovna poměru napětí VMpp&proudu Imppv bodě maximálního výkonu fotovoltaického generátoru.The object of the invention is a method of transferring the power of a photovoltaic generator to a resistive load, wherein the output power of the photovoltaic generator is stored in a capacitor. The principle of the invention consists in that from the capacitor this power is further transferred to the resistive load through a switch whose switching, which is performed by pulse width modulation, is controlled according to the magnitude of the variable voltage at the photovoltaic generator output. = V 2 / R o . S where P is the power dissipated in the load L / is the voltage sensed at the output of the photovoltaic generator, which is smoothed by a capacitor, R 0 \ e value of the load resistance and s duty cycle, defined by the relation S = T on / (T on + T of f ), where T on is the switch- on time of the switch and T O ff the switch-off time of the switch. The variation of the duty cycle S continuously determines the maximum instantaneous value of the power P consumed in the resistive load, the default value R of the resistive load being for the operating conditions of the photovoltaic generator, given by its radiation intensity and PN transition temperature in its photovoltaic cells. less than or equal to the voltage ratio V M pp & current Impp at the point of maximum photovoltaic generator power.
Výhodou je vysoká účinnost systému podle tohoto vynálezu, jehož pomocí DC/DC měniče regulované výstupní napětí odpovídá vždy bodu resp. oblasti maximálního výkonu systému. Tato napěťová konverze dokáže pracovat s účinností až 99 %, jediná ztráta je na spínači, cca. 0,5 %, ostatní ztráty na kabelech a kondenzátoru jsou zanedbatelné. Prakticky to lze ilustrovat na příkladu, jestliže je toto řešení využito pro elektrické bojlery, obsahující jak stejnosměrnou, tak i střídavou topnou spirálu, které mají dva termostaty. Příklad využití: spirála napájená ze střídavé sítě je nastavena termostatem na 45 °C, spirála napájená stejnosměrným proudem, čili z DC/DC měniče, pak na maximum 75 °C. Systém šetří energii, která by jinak musela být dodána z rozvodné sítě pro ohřev vody na 75 °C.The advantage is the high efficiency of the system according to the invention, by means of which the DC / DC converter of the controlled output voltage always corresponds to a point or to the same. maximum system performance. This voltage conversion can operate with an efficiency of up to 99%, the only loss is on the switch, approx. 0.5%, other losses on cables and capacitor are negligible. Practically this can be illustrated by way of example if this solution is used for electric boilers comprising both a DC and an AC heating coil having two thermostats. Usage example: AC coil is set by thermostat to 45 ° C, DC coil is set from DC / DC converter, then to 75 ° C maximum. The system saves energy that would otherwise have to be supplied from the grid to heat the water to 75 ° C.
Zařízení k provádění uvedeného způsobu zahrnuje DC/DC měnič, zapojený mezi fotovoltaickým generátorem a odporovou zátěží. Ke kapacitoru tohoto DC/DC měniče je přes spínač připojena odporová zátěž tak, že k řídícímu vstupu spínače je připojen blok mikroprocesoru, jehož vstupy jsou připojeny k odporovému děliči napětí, zapojenému na výstupu fotovoltaického generátoru. Spínačem může být elektronický spínač, např. výkonový tranzistor typu MOSFET. Odporovou zátěží může být stejnosměrná topná spirála elektrického boileru, opatřeného kombinovanou stejnosměrnou a střídavou topnou spirálou a dvěma termostaty.The apparatus for carrying out the method comprises a DC / DC converter connected between a photovoltaic generator and a resistive load. A resistive load is connected to the capacitor of this DC / DC converter via a switch by connecting a microprocessor block to the switch input, the inputs of which are connected to a resistive voltage divider connected to the photovoltaic generator output. The switch may be an electronic switch, such as a MOSFET power transistor. The resistive load may be a DC heating coil of an electric boiler provided with a combined DC and AC heating coil and two thermostats.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Vynález bude blíže vysvětlen pomocí výkresů a následujícího popisu příkladů. Na obr.1 jsou zobrazeny voltampérové/výkonové charakteristiky fotovoltaického generátoru při různých velikostech jeho osvitu (250 W/m2, 784 W/m2 a 1020 W/m2) a přímková voltampérová charakteristika odporové zátěže, tvořená spirálou o odporu 14,4 Ω. Na obr. 2 je znázorněn princip řízení DC/DC měniče střídou (S=0,6), na obr.3 příklad voltampérové charakteristiky fotovoltaického panelu a na obr,4 průběh poměru výkonu odporové zátěže v závislosti na střídě. Na obr.5 jsou zobrazeny voltampérové charakteristiky fotovoltaického generátoru a zátěže při různých hodnotách střídy S. Na obr.6 je příklad základního zapojení sestavy fotovoltaického generátoru a odporové zátěže s DC/DC měničem. Obr. 7. znázorňuje rozšířené zapojení sestavy fotovoltaického generátoru a odporové zátěže s DC/DC měničem, na rozdíl od obr. 6 obsahuje navíc některé další pomocné prvky pro zlepšení funkčnosti vynálezu. Výstup z fotovoltaického generátoru je vypínatelný a je proudově jištěn, dále je použita přepěťová ochrana, diodová ochrana DC/DC měniče proti přepólování, proudová ochrana oddělující výkonové a řídící části, Zenerova dioda, chránící vstupní svorky měření napětí mikroprocesorem, stabilizátor napětí zajišťující napájení mikroprocesoru přímo z fotovoltaického generátoru. Spínací prvek je jištěn proti přepětí vlivem vlastní indukčnosti vodičů a topné spirály pomocí blokovací diody.The invention will be explained in more detail by means of the drawings and the following description of examples. Fig. 1 shows the volt-ampere / power characteristics of a photovoltaic generator at various exposure levels (250 W / m 2 , 784 W / m 2 and 1020 W / m 2 ) and a linear volt-ampere characteristic of a resistive load, formed by a 14.4 Ω. Fig. 2 shows the principle of DC / DC converter control (S = 0.6); Fig. 3 shows an example of the volt-ampere characteristic of a photovoltaic panel; Fig. 5 shows the volt-ampere characteristics of the photovoltaic generator and the load at various S-value values. Giant. 7 shows an expanded connection of a photovoltaic generator and resistive load assembly with a DC / DC converter, unlike FIG. 6, in addition to some other auxiliary elements for improving the functionality of the invention. Output from photovoltaic generator is switchable and is fused, overvoltage protection, diode protection of DC / DC converter against polarity reversal, current protection separating power and control parts, Zener diode, protecting input terminals of voltage measurement by microprocessor, voltage stabilizer providing power supply to microprocessor directly from a photovoltaic generator. The switching element is protected against overvoltage due to the inductance of the conductors and the heating coil by means of a blocking diode.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Pro spotřebu elektrické energie v odporové zátěži lze stejně využít střídavý jako stejnosměrný proud a proto je z podstaty věci zbytečné provádět přeměnu. Pro zapojení fotovoltaického generátoru k odporové zátěži je proto výhodnější použít přímo stejnosměrný proud a je vhodné pro tento účel použít DC/DC měnič (se stejnosměrným vstupem a stejnosměrným výstupem). Fotovoltaický generátor, který je tvořený soustavou sérioparalelně propojených panelů, má proměnlivý napěťový výstup, závislý na teplotě PN přechodů fotovoltaických článků panelů a na intenzitě dopadajícího záření. Tyto provozní podmínky určují průběh voltampérové (dále jen VA) charakteristiky pro daný fotovoltaický generátor, která je proměnlivá. Účelem je, aby fotovoltaický generátor neustále pracoval v oblasti (v bodě) svého maximálního výkonu, kdy je hodnota součinu jeho výstupního napětí a proudu maximální. Výkon přímého spojení panelů a odporové zátěže je dán průsečíkem VA charakteristiky fotovoltaického generátoru a zátěže. Jestliže je fotovoltaický generátor přímo připojen na odporovou zátěž, nelze prakticky dosáhnout výsledný bod jeho maximálního výkonu, protože průsečík VA charakteristiky fotovoltaického generátoru a přímky VA charakteristiky odporové zátěže, to je reálný pracovní bod systému fotovoltaický generátor - odporová zátěž, se bude nacházet mimo bod (oblast) maximálního výkonu.For the consumption of electrical energy in a resistive load, it is possible to use AC as well as direct current and therefore it is inherently unnecessary to carry out the conversion. For direct connection of a photovoltaic generator to a resistive load, it is therefore preferable to use direct current and use a DC / DC converter (with DC input and DC output) for this purpose. The photovoltaic generator, which consists of a series of parallel-connected panels, has a variable voltage output, depending on the PN transition temperature of the photovoltaic cells of the panels and the intensity of the incident radiation. These operating conditions determine the course of the volt-ampere (VA) characteristic for a given photovoltaic generator, which is variable. The purpose is for the photovoltaic generator to operate continuously in the region (at a point) of its maximum power, where the product of its output voltage and current is maximum. The power of the direct connection of the panels and the resistance load is given by the intersection of the VA characteristics of the photovoltaic generator and the load. If the photovoltaic generator is directly connected to a resistive load, it is virtually impossible to reach its maximum power point because the intersection of the VA characteristics of the photovoltaic generator and the VA line of the resistance load, that is the real operating point of the photovoltaic generator area) of maximum power.
Pro dosažení bodu maximálního výkonu uvedené soustavy je výstupní výkon fotovoltaického generátoru ukládán do kapacitoru C, připojeného k výstupnímTo reach the maximum power point of the system, the output power of the photovoltaic generator is stored in a capacitor C connected to the output
svorkám fotovoltaického generátoru, například do elektrolytického kapacitoru o hodnotě 6 mF / 200 V. Odporová zátěž je připojena ke kapacitoru C přes spínač, s výhodou elektronický spínač, např. výkonový tranzistor typu MOSFET, a podobně, jehož spínání, které se provádí pulsně šířkovou modulací, je řízeno v závislosti na velikosti napětí na výstupu fotovoltaického generátoru. Tato závislost je definována vztahem P-V2 /Ro. S, kde Pje výkon spotřebovaný v zátěži, V je napětí, snímané na výstupu fotovoltaického generátoru, které je vyhlazené kapacitorem C, Ro je hodnota odporu zátěže a S je střída, která je bezrozměrnou veličinou v intervalu[θ-l] a je definována vztahem S = Ton/(Ton + Tofí), kde Ton je doba sepnutého stavu spínače a TOff doba vypnutého stavu spínače. Pomocí změn střídy S se průběžně určuje maximální okamžitá hodnota výkonu P, spotřebovaného v odporové zátěži, a hodnota střídy S pro tento maximální výkon se nastaví vždy jako výchozí hodnota pro další následující změny střídy S, V případě, kdy je intenzita dopadajícího záření na fotovoltaický generátor nízká, je zapotřebí nastavit střídu S na nižší hodnotu než při vyšší intenzitě záření.the terminals of a photovoltaic generator, for example an electrolytic capacitor of 6 mF / 200 V. A resistive load is connected to the capacitor C via a switch, preferably an electronic switch, e.g. a MOSFET power transistor and the like, whose switching is performed by pulse width modulation , is controlled in dependence on the voltage level at the output of the photovoltaic generator. This dependence is defined by the relation PV 2 / R o . S, where P is the power consumed in the load, V is the voltage sensed at the photovoltaic generator output that is smoothed by the capacitor C, R o is the load resistance value and S is the duty cycle that is a dimensionless quantity in [θ-l] interval S = T on / (T on + T off ), where T on is the switch- on time of the switch and T O ff the switch-off time of the switch. The duty cycle changes S continuously determine the maximum instantaneous value of the power P consumed in the resistive load, and the duty cycle value S for this maximum power is always set as the default value for the next successive duty cycle changes S, In case the intensity of incident radiation on the photovoltaic generator low, it is necessary to set the duty cycle S to a lower value than at higher radiation intensity.
Výpočet výkonu předávaného do zátěže je následující:The calculation of the power transferred to the load is as follows:
V sepnutém stavu spínače je hodnota napětí na zátěži rovna hodnotě výstupního napětí na fotovoltaickém generátoru, při vypnutém stavu spínače je hodnota napětí na zátěži nulová. Kapacitor C při opakovaném připínání a odpínání zátěže zajišťuje vyhlazení výstupního napětí fotovoltaického generátoru,In the switched-on state of the switch, the value of the voltage on the load is equal to the value of the output voltage on the photovoltaic generator. Capacitor C ensures that the output voltage of the photovoltaic generator is smoothed when the load is repeatedly switched on and off,
Uvažuje se dostatečně velká frekvence f =----?---- [H-], při které lze výstupníConsider a sufficiently large frequency f = ----? ---- [H-] at which the output can be output
T()N + ^()1·Ί' napětí na fotovoltaických panelech považovat při dané střídě S za konstantní v čase (dostatečně vyhlazené pomocí kapacitoru C), a která není natolik velká, aby se začaly projevovat parazitní indukčnosti přívodů či zátěže a přechodové děje ve spínacím prvku. Na zátěži pak bude periodicky proměnné napětí, po dobu Ton bude rovné ustálené hodnotě napětí na výstupu fotovoltaických panelů r[r]a po dobu Toff bude nulové.T () N + ^ () 1 · Ί 'voltage on photovoltaic panels considered constant at a given S time (sufficiently smoothed by capacitor C), and which is not large enough to begin to show parasitic inductances of leads or loads and transients in the switching element. The load will then be periodically variable voltage, for the time T he will be equal to the stabilized voltage value at the output of photovoltaic panels r [r] and for the time T off it will be zero.
Průměrný výkon předávaný do zátěže bude roven P = —S [fk] .The average power transferred to the load will be P = —S [fk].
Pracovní oblast a vliv uvedeného DC/DC měniče na pracovní bod:Operating range and influence of the DC / DC converter on the operating point:
Jestliže se odporová zátěž střídavě s dostatečnou frekvencí, například 500 Hz, připojuje k fotovoltaickému generátoru, projevuje se takto připojená zátěž změnou sklonu přímkové VA charakteristiky zátěže, navenek se toto jeví jako kdybychom měnili hodnotu odporu zátěže. Při přímém připojení fotovoltaických panelů a odporové zátěže bude napětí na výstupu fotovoltaického generátoru rovné napětí na zátěži a bude odpovídat napětí v průsečíku křivek VA charakteristiky fotovoltaického generátoru a zátěžové přímky odporové zátěže. Tato situace nastane i v případě připojení DC/DC měniče, pokud střída S = 1. Bude-li střída S < 1, pak při dostatečně velké frekvenci f spínání se zátěž spolu s měničem projeví na výstupních svorkách fotovoltaického generátoru opět jako odporová zátěž, ale s jinou hodnotou odporu.If a resistive load is alternately coupled with a sufficient frequency, for example 500 Hz, to the photovoltaic generator, the connected load manifests itself by changing the slope of the line VA load characteristic, externally, this appears to change the value of the load resistance. With direct connection of photovoltaic panels and resistive load, the voltage at the photovoltaic generator output will be equal to the load voltage and will correspond to the voltage at the intersection of the VA curve of the photovoltaic generator characteristics and the resistive load load line. This situation occurs even if the DC / DC converter is connected, if the S = 1 cycle. If the S = 1 cycle, at a sufficiently high switching frequency f, the load together with the inverter will again appear as a resistive load on the output terminals of the photovoltaic generator. with a different resistance value.
Hodnota tohoto zdánlivého odporu vzroste na hodnotu Rx = [Ω], kde Rx znamená pozorovanou hodnotu odporu a Ro výchozí hodnotu odporu zátěže. Hodnota Rx\e tedy nepřímo úměrná hodnotě S, nabývá hodnot v intervalu [fl0 -<»].The value of this apparent resistance increases to R x = [Ω], where Rx is the observed resistance value and R is the default load resistance value. Thus, the value of R x \ e is inversely proportional to the value of S, taking values in the interval [fl 0 - <»].
V reálné aplikaci je třeba zaručit, aby pro uvažované pracovní podmínky generátoru (intenzita záření a teplota PN přechodu ve fotovoltaických článcích) vždy platiloIn real application, it is necessary to ensure that the considered working conditions of the generator (radiation intensity and PN transition temperature in photovoltaic cells) always apply
Ro [Ω], kde VMpp'\e napětí v bodě maximálního výkonu fotovoltaického hfiT generátoru a lMpp je proud v bodě jeho maximálního výkonu. Tato podmínka zajistí, aby existovala hodnota střídy S, při které je možné za pomocí uvedeného DC/DC měniče zajistit provoz systému v bodě maximálního výkonu fotovoltaického generátoru.R o [ Ω ], where V M pp '\ e the voltage at the maximum power point of the photovoltaic hfiT generator and al M pp is the current at its maximum power point. This condition ensures that there is a duty cycle value S at which the operation of the system at the point of maximum power of the photovoltaic generator can be ensured by means of the DC / DC converter.
Na obr.1 protíná VA charakteristika zátěže křivku maximálního výkonu při hodnotách osvitu fotovoltaického generátoru 784 W/m2. Pokud by byla hodnota osvitu konstantní, stačilo by pouhé připojení panelů fotovoltaického generátoru k zátěži a systém by pracoval s maximální možnou účinností. Osvitové hodnoty se však mění a je důležité s nimi měnit i hodnoty výstupního napětí na zátěži, tak aby pracovní bod systému byl i při nízké hodnotě osvitu v bodě maximálního výkonu.In Figure 1, the VA load characteristic intersects the maximum power curve at the photovoltaic generator's 784 W / m 2 exposure. If the exposure value were constant, simply connecting the photovoltaic generator panels to the load would be sufficient and the system would operate at maximum efficiency. However, the exposure values change and it is important to change the values of the output voltage on the load so that the operating point of the system remains at the maximum power point even at low exposure.
Důležité je tedy měnit výstupní napětí systému na zátěži. Pomocí DC/DC měniče toto výstupní napětí odpovídá vždy bodu maximálního výkonu. Dosahuje se toho pomocí mikroprocesoru, který zpracovává vstupní hodnoty napětí přes odporový dělič R1. R2 ·· a na výstupu řídí metodou pulsně šířkové modulace spínací prvek (tranzistor) vhodnou střídou S, která odpovídá ideálnímu napětí.It is therefore important to change the output voltage of the system on the load. Using a DC / DC converter, this output voltage always corresponds to the maximum power point. This is achieved by means of a microprocessor that processes the voltage input values through a resistive divider R1. R2 ·· and the pulse width modulation output is controlled by a switching element (transistor) with an appropriate S-mode, which corresponds to the ideal voltage.
Princip řízení střídou S je znázorněn na obr. 2. Hodnota 1 zde odpovídá vstupnímu napětí na spínací prvek, průběh označený jako výstupní napětí (modrá barva) odpovídá napětí na spínacím prvku (pulsně šířková modulace - PWM), průběh označený jako průměr (červená barva) odpovídá napětí na zátěži. Střída daného průběhu je 60 % a tudíž výstupní napětí je VVýStup = Vvstup . S, kde VvstuP je střední hodnota vstupního napětí a S je střída.The principle of the S-mode control is shown in Fig. 2. The value 1 here corresponds to the input voltage on the switching element, the waveform labeled as the output voltage (blue) corresponds to the voltage on the switching element (pulse width modulation - PWM). ) corresponds to the voltage on the load. The duty cycle of a given waveform is 60% and therefore the output voltage is V V ý Stup = V input . S, where V vs tu P is the mean value of the input voltage and S is the duty cycle.
Obr. 3 znázorňuje závislost proudu a výkonu fotovoltaického panelu na jeho napětí, obr. 4 ukazuje pro tento panel závislost výkonu dodávaného do zátěže a poměru napětí na výstupu fotovoltaického panelu a střední hodnotě napětí na zátěži v závislosti na střídě S.Giant. Fig. 3 shows the dependence of current and power of the photovoltaic panel on its voltage.
Na obr. 5 je zobrazen příklad s VA charakteristikou fotovoltaického generátoru a VA charakteristikami zátěže při různých hodnotách střídy S. Křivka 1) je VA charakteristikou fotovoltaického generátoru, křivka 2) VA charakteristikou zátěže při S = 1, křivka 3) VA charakteristikou zátěže při S = 0,5 a křivka 4) VA charakteristikou zátěže při S = 0,25. Výkon dodávaný do zátěže odpovídá 92 W při S = 1, 161 W při S = 0,5 a 102W při S = 0,25. Použití střídy o velikosti S = 0,5 odpovídá v daném případě provozu v bodě maximálního výkonu fotovoltaického generátoru.Fig. 5 shows an example with the VA characteristic of the photovoltaic generator and the VA characteristic of the load at different S-value values. Curve 1) is the VA characteristic of the photovoltaic generator, curve 2) = 0.5 and curve 4) VA load characteristics at S = 0.25. The power supplied to the load corresponds to 92 W at S = 1, 161 W at S = 0.5 and 102W at S = 0.25. The use of a duty cycle of S = 0.5 corresponds, in the present case, to the operation at the maximum power point of the photovoltaic generator.
Na obr.6 je znázorněno základní schéma fotovoltaického generátoru, měniče a zátěže. Výstup fotovoltaického generátoru, obsahujícího celkem šest sérioparalelně zapojených fotovoltaických panelů, je připojen přes DC/DC měnič k odporové zátěži, tvořené topnou spirálou boileru. Výstup generátoru je připojen ke kapacitoru C, ke kterému je dále přes spínač, tvořený např. výkonovým tranzistorem, připojena odporová zátěž. K řídícímu vstupu spínače je připojen blok mikroprocesoru, jehož vstupy jsou připojeny k odporovému děliči napětí (R1 a R2), zapojenému na výstupu fotovoltaického generátoru. Řízení spínače je prováděno pulsně šířkovou modulací (PWM). Uspořádání panelů fotovoltaického generátoru je 3 x 2, kde první číslo je počet panelů zapojených v sérii a druhé číslo počet sériových větví paralelně propojených. Jelikož je zátěž tvořená odporem, není třeba výstup DC/DC měniče • · · · · · ··· · · · ····· · · · ··· ·· ·· ·· *·· ··« vyhlazovat např. tlumivkou, na které by vznikaly další ztráty. Reálná účinnost DC/DC měniče se takto pohybuje okolo 98 %. Největší ztráta je na spínacím tranzistoru. Celý systém pracuje tak, že výkon fotovoltaického generátoru je akumulován v kapacitoru C, pres odporový dělič jsou do mikroprocesoru vzorkovány hodnoty vstupního napětí a mikroprocesor vyhodnotí pomocí algoritmu vhodnou střídu pro spínač (viz obr.4).Fig. 6 shows the basic diagram of the photovoltaic generator, converter and load. The output of the photovoltaic generator, comprising a total of six series-connected photovoltaic panels connected in parallel, is connected via a DC / DC converter to a resistive load formed by the heating coil of the boiler. The output of the generator is connected to a capacitor C, to which a resistive load is connected via a switch, for example a power transistor. A microprocessor block is connected to the control input of the switch, the inputs of which are connected to a resistance voltage divider (R1 and R2) connected to the output of the photovoltaic generator. The switch is controlled by pulse width modulation (PWM). The arrangement of the photovoltaic generator panels is 3 x 2, where the first number is the number of panels connected in series and the second number the number of serial branches connected in parallel. Since the load is a resistor, there is no need to smooth the DC / DC output of the DC / DC converter. a choke that would cause additional losses. The real efficiency of the DC / DC converter is thus around 98%. The biggest loss is on the switching transistor. The whole system works in such a way that the photovoltaic generator power is stored in capacitor C, the input voltage values are sampled through the resistive divider and the microprocessor evaluates the appropriate duty cycle for the switch (see Fig. 4).
Obr. 7 znázorňuje rozšířené zapojení sestavy fotovoltaického generátoru a odporové zátěže s DC/DC měničem, na rozdíl od obr. 6 obsahuje navíc některé další pomocné prvky pro zlepšení funkčnosti vynálezu. Výstup z fotovoltaického generátoru je vypínatelný a proudově jištěn, je použita přepěťová ochrana FU3, diodová ochrana D1 DC/DC měniče proti přepólování, proudová ochrana FU1, FU2 oddělující výkonové a řídící části, Zenerova dioda D3 chránící vstupní svorky měření napětí mikroprocesorem, stabilizátor napětí zajišťující napájení mikroprocesoru přímo z fotovoltaického generátoru. Spínací prvek je jištěn proti přepětí vlivem vlastní indukčnosti vodičů a topné spirály pomocí blokovací diody D2.Giant. 7 shows an expanded connection of a photovoltaic generator and resistive load assembly with a DC / DC converter, unlike FIG. 6, it additionally includes some additional auxiliary elements to improve the functionality of the invention. Output from photovoltaic generator is switchable and current fused, FU3 overvoltage protection, diode protection D1 DC / DC converters against polarity reversal, FU1, FU2 current protection between power and control parts, Zener diode D3 protecting input voltage measuring terminals by microprocessor, voltage stabilizer power the microprocessor directly from the photovoltaic generator. The switching element is protected against overvoltage due to the inductance of the conductors and the heating coil by means of the blocking diode D2.
Příklady - zapojení fotovoltaických panelů připojených přes DC/DC měnič ke spotřebiči.Examples - connection of photovoltaic panels connected via DC / DC converter to the appliance.
Parametry systémů:System parameters:
mono - panely z monokrystalického křemíku; VMpp Jsc- napětí a proud v bodě maximálního výkonu panelů při standardních testovacích podmínkáchmono - monocrystalline silicon panels; V M pp Jsc- voltage and current at the maximum power point of the panels under standard test conditions
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Řešení podle tohoto vynálezu je využitelné pro napájení libovolných odporových topných zátěží pomocí zdroje tvořeného fotovoltaickými panely (fotovoltaický generátor). Zejména pak pro elektrické bojlery s kombinovanou stejnosměrnou a střídavou topnou spirálou, které mají dva termostaty. Příklad využití: spirála napájená ze střídavé sítě je nastavena termostatem na 45°C, spirála napájená stejnosměrným proudem, čili z DC/DC měniče, pak na maximum 75°C. Systém šetří energii, kterou by jinak musela být dodána z rozvodné sítě pro ohřev vody na 75°C.The solution according to the invention is useful for supplying any resistive heating loads by means of a photovoltaic panel (photovoltaic generator) source. Especially for electric boilers with combined DC and AC heating coils that have two thermostats. Usage example: AC coil is set by thermostat to 45 ° C, DC coil is set from DC / DC converter, then to 75 ° C maximum. The system saves energy that would otherwise have to be supplied from a 75 ° C hot water distribution network.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2011-582A CZ309486B6 (en) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | A method of transferring the power of a photovoltaic generator to a resistive load and a device for carrying out this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2011-582A CZ309486B6 (en) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | A method of transferring the power of a photovoltaic generator to a resistive load and a device for carrying out this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2011582A3 true CZ2011582A3 (en) | 2013-03-27 |
| CZ309486B6 CZ309486B6 (en) | 2023-02-22 |
Family
ID=47901665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2011-582A CZ309486B6 (en) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | A method of transferring the power of a photovoltaic generator to a resistive load and a device for carrying out this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309486B6 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014173379A1 (en) | 2013-04-25 | 2014-10-30 | Unites Systems A.S. | A system for management of electric energy produced by photovoltaic cells |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3384806A (en) * | 1964-10-16 | 1968-05-21 | Honeywell Inc | Power conditioing system |
| JPH06202745A (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Kyocera Corp | Solar battery device |
| US20090214195A1 (en) * | 2008-02-25 | 2009-08-27 | Thomasson Samuel L | PV water heating system |
| US20100132757A1 (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-03 | Chung Yuan Christian University | Solar energy system |
| AT509824B1 (en) * | 2010-04-29 | 2014-02-15 | Werner Atzenhofer | DEVICE FOR GENERATING THERMAL ENERGY |
-
2011
- 2011-09-20 CZ CZ2011-582A patent/CZ309486B6/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014173379A1 (en) | 2013-04-25 | 2014-10-30 | Unites Systems A.S. | A system for management of electric energy produced by photovoltaic cells |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ309486B6 (en) | 2023-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103178733B (en) | High-efficiency, three-level, single-phase inverter | |
| US20150097434A1 (en) | Method and apparatus for independent control of multiple power converter sources | |
| US9866144B2 (en) | Three port converter with dual independent maximum power point tracking and dual operating modes | |
| US20150288291A1 (en) | Solar photovoltaic power conversion apparatus | |
| Garrigós et al. | 5 kW DC/DC converter for hydrogen generation from photovoltaic sources | |
| CN107834887B (en) | Inverter and method for operating inverter | |
| KR101135990B1 (en) | Solar photovoltaic generating system using variable array | |
| Mansor et al. | Dynamic voltage restorer (DVR) in a complex voltage disturbance compensation | |
| CZ2013311A3 (en) | System for managing electric power produced by photovoltaic cells | |
| Zhang et al. | Comparison of traditional two-stage buck-boost voltage source inverter and diode-assisted buck-boost voltage source inverter | |
| CZ2011582A3 (en) | Method of transmission of photovoltaic generator power to resistance load and apparatus for making the same | |
| Razzak et al. | Induction motor drive system using Push-Pull converter and three-phase SPWM inverter fed from solar photovoltaic panel | |
| Karami et al. | Analysis of an irradiance adaptative PV based battery floating charger | |
| Andreas et al. | Performance Test of 2.5 kW DC Boost Converter for Nanogrid System Applications | |
| CZ23101U1 (en) | System for transmission of power of photovoltaic generator with variable output voltage to resistance load output | |
| KR101305634B1 (en) | Photovoltaic power generation system and control method thereof | |
| Sargar et al. | LCLR filter design and modelling for harmonic mitigation in interconnected micro grid system | |
| CN102570846A (en) | Power factor correction (PFC) power socket | |
| RU2514129C1 (en) | System for controlling electrical heating temperature | |
| CN204613632U (en) | Power control circuit and electric pressure cooking saucepan | |
| Andrade et al. | Boost-zeta high step-up PV module integrated converter | |
| Sahu et al. | PV Modules Based Grid Connected System Using Matlab Simulation | |
| Azizi et al. | Dual-input single-output DC-DC-AC converter | |
| Verma et al. | Single phase cascaded multilevel photovoltaic sources for power balanced operation | |
| Filsoof et al. | A bidirectional multiple-input multiple-output modular multilevel dc-dc converter |