CZ308936B6

CZ308936B6 - Způsob nabíjení baterie z fotovoltaického panelu

Info

Publication number: CZ308936B6
Application number: CZ2020427A
Authority: CZ
Inventors: Grigorij Dvorský; Grigorij Ing. Dvorský; Martin Dvorský
Original assignee: MGM COMPRO s.r.o.
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2021-09-15
Also published as: WO2022022758A1; US20230283100A1; CZ2020427A3; CN116195164A; EP4189801A1

Abstract

Fotovoltaický panel (1, 2) generuje v každém časovém okamžiku (∆t) okamžitý elektrický výkon (P∆t), který se v k fotovoltaickému panelu (1, 2) připojenému konvertoru (6) transformuje na nabíjecí proud. Tento nabíjecí proud se elektrickým stejnosměrným vedením (3) pro přenos elektrického proudu přenáší do alespoň jedné nabíjené akumulátorové baterie (4) pro její nabíjení. V každém časovém okamžiku se kontinuálně monitorují hodnoty okamžitého elektrického výkonu (P∆t) fotovoltaického panelu (1, 2) a maximálního možného nabíjecího napětí (Ubat.) akumulátorové baterie (4). Okamžitý elektrický výkon (P∆t) fotovoltaického panelu (1, 2) se následně v každém časovém okamžiku (∆t) kontinuálně transformuje na optimální nabíjecí proud (Iopt.). Optimální nabíjecí proud (Iopt.) se využije pro dobíjení akumulátorové baterie (4). Okamžitý elektrický výkon (P∆t) fotovoltaického panelu (1, 2) se v každém časovém okamžiku (∆t) kontinuálně upravuje tak, aby byl maximální, ale současně, aby kontinuálně transformovaný optimální nabíjecí proud (Iopt.) splňoval podmínky.

Description

Způsob nabíjení baterie z fotovoltaického panelu

Oblast techniky

Způsob nabíjení baterie z fotovoltaického panelu se týká oblasti využití čistých zdrojů elektrické energie, v tomto případě založené na bázi získávání elektrické energie pomocí fotovoltaických článků a způsobu jejího využití pro dobíjení baterií.

Dosavadní stav techniky

Jedním ze způsobů získávání ekologické elektrické energie je využití světelného záření slunce a přeměnu světelné energie na energii elektrickou. Takto vzniklá elektrická energie se pomocí elektrických rozvodů přivede ke spotřebiči, případně do akumulátorové baterie. Pro napájení běžných domácích elektrospotřebičů na střídavý proud je nutno doplnit střídač, který stejnosměrnou energii převede na střídavé napětí o velikosti a frekvenci shodné s distribuční soustavou.

Nabíjení akumulátorové baterie z fotovoltaického panelu v jednoduchém obvodu, kde jsou fotovoltaický panel a akumulátorová baterie propojeny přímo, nebo přes oddělovací diodu, je možné pouze ve speciálních případech, když nabíjecí napětí akumulátorové baterie je mírně nižší než optimální pracovní napětí fotovoltaického panelu a jednotlivé články akumulátorové baterie jsou odolné vůči přebíjení, např. u niklokadmiových (NiCd) akumulátorových baterií se zaplavenými elektrodami. Běžné moderní systémy umožňující maximalizovat výkon dodávaný fotovoltaickým panelem elektrické energie a zabránit přebíjení článků akumulátorové baterie, jsou na straně fotovoltaického panelu vybaveny sledovačem maximálního výkonu a jednotlivé články akumulátorové baterie jsou opatřeny vyvažovači, tzv. balancery, které brání jejich přebíjení Fotovoltaický panel a články akumulátorové baterie jsou propojeny přes řiditelný měnič, umožňující transformovat výkon přiváděný na jeho vstup z fotovoltaického panelu při určitém napětí na výstup, kde je výstupní výkon odebírán při napětí odpovídajícím nabíjení akumulátorové baterie. Úrovně napětí a proudu ve vstupním obvodu řiditelného měniče jsou řízeny sledovačem maximálního výkonu tak, aby fotovoltaický panel, vzhledem k aktuálním podmínkám své činnosti, dodával maximální výkon.

Nej častější metodou pro úpravu velikosti proudu a eliminaci jeho výkyvů je použití měničů na bázi transformátorů DC/AC a DC/DC, tedy jednotku měnící stejnosměrný proud (DC) na střídavý proud (AC) nebo jednotku měnící parametry stejnosměrného proudu na jiný stejnosměrný proud. Příkladem takových zařízení jsou zařízení dle dokumentu CN 106786729. Jedná se o zařízení pro přeměnu proudu a ukládání energie a způsob pro řízení energetických toků. Zařízení pro přeměnu proudu a ukládání energie obsahuje obousměrnou DC/AC měničovou jednotku pro akumulátorovou baterii, obousměrnou DC/AC měničovou jednotku pro superkondenzátor, řídicí jednotky, zařízení pro správu energie úložného zařízení a jednotlivé fotovoltaické jednotky v podobě fotovoltaických panelů. Řídicí jednotky jsou určeny pro nabíjení a vybíjení akumulátorové baterie, pro nabíjení a vybíjení superkondenzátoru a pro řízení proudového zatížení. Rovnováhy fluktuace výkonu systému se dociluje přesouváním špičkového zatížení podle stavu toku energie systému pomocí jednofázového stři dače. Zařízení má méně výkonových spínacích zařízeních, čímž se dociluje nižší energetické ztráty při přepínání a vysoké kvality výstupu elektrické energie. Nevýhodou tohoto zařízení je, i přes jeho relativní jednoduchost, použití systémů převodu stejnosměrného proudu na střídavý a zpět, což přináší nemalé energetické ztráty v systému.

Pro účely této přihlášky se za elektrický spotřebič považuje jakékoliv elektrické zařízení, které pro svou činnost potřebuje elektrickou energii nespecifikované velikosti napětí či proudu, a tedy výkonu, a nespecifikované fáze, přičemž toto elektrické zařízení přivedený elektrický výkon pro svou práci spotřebovává.

- 1 CZ 308936 B6

Pro účely této přihlášky se za baterii nebo akumulátorovou baterii považuje jakýkoliv zdroj elektrické energie schopný dlouhodobého ukládání elektrické energie formou chemické reakce dvou a více látek nebo prvků. Baterie má navíc zpravidla více vzájemně propojených článků.

Pro řízení modulací výkonů, snímání signálů z fotovoltaického zdroje jako i informací z baterií nebo obvodů se s výhodou využívá mikroprocesorů, tak jak to ve svém zařízení představuje dokument FR 2485827. Hlavní nevýhodou tohoto řešení je jeho relativní složitost a energetické ztráty, kdy mikroprocesor sice nahradil větší skupiny elektrických komponent, ale proces řízení se tím nikterak nemění.

V dokumentu CZ 308050 je popsáno zařízení pro nabíjení akumulátorových baterií z fotovoltaického generátoru tvořeného fotovoltaickými panely, ve kterém každý nabíjený článek akumulátorové baterie má vlastní řiditelný měnič, jejichž výkonové vstupy jsou spojené s výstupem fotovoltaického generátoru. Na řídicí porty řiditelných měničů jsou připojeny řídicí obvody propojené s napěťovými a proudovými senzory snímajícími nabíjecí napětí a proud článků akumulátorové baterie. Řídicí obvody jsou propojené i s výstupem řídicího obvodu nabíječe tvořeným výstupem stejnosměrného zesilovače, kterým je propojen se sítí z odporů, a kterým je porovnáváno aktuální napětí na výstupu fotovoltaického generátoru s řídicím napětím. Toto napětí je generováno jako součet teplotní složky napětí generované podle úbytku napětí na křemíkových diodách snímače. Křemíkové diody jsou rozmístěny na fotovoltaických panelech fotovoltaického generátoru a jsou propojeny se zdrojem konstantního proudu, s korekčním stejnosměrným zesilovačem se zpětnovazebním odporovým děličem s odpory a s kompenzačním zdrojem předpětí. Proudové složky napětí na nelineární zátěži, tvořené paralelním spojením dvou odporů v sérii s referenční diodou, jsou propojeny se snímacím fotovoltaickým panelem, který je umístěn tak, aby jeho úroveň osvětlení byla stejná jako u fotovoltaických panelů fotovoltaického generátoru. Hlavní nevýhodou tohoto řešení je, že princip jeho činnosti je založen na principu managementu rozdělení výstupních upravených proudů do jednotlivých článků dobíjené akumulátorové baterie, což je v podstatě suplování činnosti standardního řídicího systému baterie (BMS - battery management system). Je tedy nutné duplicitně snímat parametry a stav jednotlivých článků akumulátorové baterie, což má za následek větší složitost a větší množství použitých komponent a vodičů mezi akumulátorem a tímto zařízením. Akumulátorové baterie jsou dle předpokladu různého zdraví a z toho plynoucího aktuálního nabití a aktuální schopnosti dobíjení. Tento systém však pracuje s fotovoltaickým panelem, nebo jeho skupinou zakomponovanou do fotovoltaického generátoru, stejných parametrů jako jedním celkem, tedy neumožňuje optimální využití soustavy fotovoltaických panelů různých velikostí a výstupních parametrů, resp. sestav různě osvětlených fotovoltaických panelů apod.

Výkon fotovoltaického panelu se uvádí v jednotkách Watt-peak (Wp). Je to nominální výkon fotovoltaického panelu v laboratorních, tedy ideálních světelných podmínkách. Standardní testovací podmínky Standard Test Conditions (STC) jsou takové, že energie dopadá na fotovoltaický panel kolmo a má hodnotu E = 1 kW/m², průzračnost atmosféry Am = 1,5 a teplota článků T = 25 °C. Výstupní výkon fotovoltaického systému tvořeného několika fotovoltaickými panely tak závisí na intensitě slunečního záření a dalších okolnostech. Více slunečního záření znamená vyšší výkon fotovoltaického panelu. Ztráty mohou být zapříčiněny neideálním nasměrováním modulu, vysokou teplotou, nevyhovujícím výkonem modulu, znečištěním a přeměnou stejnosměrného proudu na střídavý.

Úkolem předkládaného vynálezu je navrhnout takový způsob nabíjení akumulátorové baterie z fotovoltaického panelu, který by byl založen pouze na principu managementu výstupního proudu z fotovoltaického panelu, což umožňuje snadné spojování více fotovoltaických panelů do jedné sběrnice stejnosměrného proudu akumulátorové baterie. Pro tento způsob nabíjení akumulátorové baterie z fotovoltaického panelu nebude rozhodující kolik fotovoltaických panelů je do soustavy zapojeno a dokonce ani to, jakých jsou výstupních parametrů. Způsob se tak nebude zabývat detailním stavem jednotlivých bateriových článků akumulátorové baterie, ale pouze potřebami

-2 CZ 308936 B6 dobijecího proudu akumulátorové baterie jako celku, přičemž další rozdělení proudů v akumulátorové baterii si již řídí řídicí systém akumulátorové baterie, který má v současnosti každá chytrá akumulátorová baterie k dispozici ve své matrici. Tento způsob tak vždy bude zabezpečovat optimální dobíječi proud podle požadavku nabíjené akumulátorové baterie, aniž by přitom byly rozhodující parametry jakéhokoli zapojeného fotovoltaického panelu nebo jejich kombinace.

Podstata vynálezu

Nedostatky známých způsobů nabíjení akumulátorových baterií z fotovoltaického panelu odstraňuje tento způsob nabíjení alespoň jedné akumulátorové baterie z alespoň jednoho fotovoltaického panelu. Podle tohoto způsobu fotovoltaický panel generuje měnící se elektrický výkon, jehož velikost je závislá především na typu a výkonových konstrukčních parametrech fotovoltaického panelu, a také na intenzitě dopadajícího slunečního záření. Lze tak říci že elektrický výkon fotovoltaického panelu je měnící se v čase. V každém časovém okamžiku je tedy fotovoltaickým panelem generován okamžitý elektrický výkon. Tento okamžitý elektrický výkon se v konvertoru konvertuje na nabíjecí proud. Nabíjecí proud se elektrickým stejnosměrným vedením pro přenos elektrického proudu přenáší do alespoň jedné nabíjené akumulátorové baterie. Tímto proudem je akumulátorová baterie nabíjena. Současně se v každém časovém okamžiku kontinuálně monitorují hodnoty okamžitého elektrického výkonu fotovoltaického panelu a maximálního možného nabíjecí napětí. Akumulátorové baterie. Současně se v každém časovém okamžiku kontinuálně transformuje okamžitý elektrický výkon fotovoltaického panelu na optimální nabíjecí proud podle vztahu/_opř = Tento optimální nabíjecí proud se využije přímo pro nabíjení akumulátorové baterie. Současně se také v každém časovém okamžiku kontinuálně upravuje okamžitý elektrický výkon fotovoltaického panelu tak, aby byl maximální. Zároveň se upravený okamžitý elektrický výkon kontinuálně transformuje na optimální nabíjecí proud nepřesahující hodnotu okamžitého maximálního přípustného nabíjecího proudu. Optimální nabíjecí proud musí splňovat podmínky, že: I_0Ot = a současně I_0Ot < I_max. Okamžitý ^F ' Ubat. ^p ' maximální přípustný nabíjecí proud, je takový proud, který je akumulátorová baterie v okamžiku schopna bezpečně absorbovat při svém nabíjecím cyklu.

Ve výhodném provedení tvoří alespoň dva fotovoltaické panely soustavu fotovoltaických panelů generující kontinuálně v každém časovém okamžiku dva okamžité elektrické výkony. Tyto dva okamžité elektrické výkony se sčítají do okamžitého elektrického výkonu soustavy. V tomto výhodném provedení se transformovaný optimální nabíjecí proud získá transformací součtu těchto okamžitých elektrických výkonu podle vzorce I_0Dt. = —------= π— ·

V jiném výhodném provedení tvoří několik fotovoltaických panelů shodné nebo rozdílné konstrukční výkonnosti soustavu fotovoltaických panelů skládající se z „i“ počtu fotovoltaických panelů. Takto soustava fotovoltaických panelů kontinuálně generuje v každém časovém okamžiku okamžitý elektrický výkon soustavy podle vzorce P_s = ZP=iPÍAt· Transformovaný optimální Σ^μ ΡΪλ p nabíjecí proud se podle tohoto výhodného provedení získá ze vztahu I_0Dt = -——^L = ——· ^F ' ^ubat. U_bat

Hlavními výhodami způsobu nabíjení baterie z fotovoltaického panelu podle tohoto vynálezu tkví ve zjednodušení principu managementu výstupního nabíjecího proudu. To umožňuje snadné spojování více fotovoltaických panelů do jedné sběrnice stejnosměrného proudu nabíjející baterie. Pro tento způsob nabíjení baterie z fotovoltaického panelu není rozhodující kolik fotovoltaických panelů je do soustavy zapojeno, nebo jaké konstrukční nebo aktuální světelné výkonové parametry jednotlivé fotovoltaické panely mají. Způsob není založen na sledování detailního stavu článků baterie, ale pouze na sledování potřeb dobijecího proudu baterie jako celku. Rozdělení proudů na jednotlivé články v baterii si již řídí řídicí systém baterie. Tento způsob tak vždy zabezpečuje

-3 CZ 308936 B6 optimální nabíjecí proud podle požadavku nabíjené baterie, aniž by přitom byly rozhodující parametry jakéhokoli zapojeného fotovoltaického panelu nebo jejich soustavy.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, které znázorňují:

Obr. 1 schematické zobrazení způsobu nabíjení akumulátorové baterie při zapojení jediného fotovoltaického panelu;

Obr. 2 schematické zobrazení způsobu nabíjení akumulátorové baterie při zapojení soustavy dvou fotovoltaických panelů vydávajících ve stejný čas stejný okamžitý elektrický výkon.

Obr. 3 schematické zobrazení způsobu nabíjení akumulátorové baterie při zapojení soustavy dvou fotovoltaických panelů vydávajících ve stejný čas různý okamžitý elektrický výkon.

Příklady uskutečnění vynálezu

Následující příklady jsou jen částí možných příkladů uskutečnění tohoto vynálezu, a proto nemohou být chápány jako jakékoliv omezení rozsahu možného uskutečnění vynálezu. Odborník znalý problematiky jistě najde další možnosti uskutečnění vynálezu, které zde nejsou uvedeny, ale vycházejí z uvedených patentových nároků.

Podle obr. 1 a 2 popisuje předmětný vynález způsob nabíjení alespoň jedné baterie 4 z alespoň jednoho fotovoltaického panelu 1, 2. Instalovaný fotovoltaický panel 1, 2 podle tohoto způsobu generuje měnící se elektrický výkon, jehož velikost je závislá především na typu a výkonových konstrukčních parametrech fotovoltaického panelu 1,2 a také na intenzitě dopadajícího slunečního záření. Elektrický výkon fotovoltaického panelu 1, 2 je tak veličinou měnící se v čase. V každém časovém okamžiku At je fotovoltaickým panelem 1, 2 generován okamžitý elektrický výkon P_At. Tento generovaný okamžitý elektrický výkon P_At se v konvertoru 6 transformuje na nabíjecí proud, který je přenášen elektrickým stejnosměrným vedením 3 pro přenos elektrického proudu, do alespoň jedné nabíjené akumulátorové baterie 4. Tímto nabíjecím proudem je akumulátorová baterie 4 neustále nabíjena.

Pro optimalizaci procesu transformace výkonu na nabíjecí proud probíhá v každém časovém okamžiku At kontinuální monitorování hodnoty okamžitého elektrického výkonu P_Atfotovoltaického panelu 1, 2 a maximálního možného nabíjecího napětí Ubat. akumulátorové baterie 4. Současně se v každém časovém okamžiku At kontinuálně transformuje okamžitý elektrický výkon P_At fotovoltaického panelu 1, 2 na optimální nabíjecí proud I_0Dt.. Transformace probíhá podle vztahu I_ovt = Tento optimální nabíjecí proud I_opL se využije pro nabíjení ' Ubat.

akumulátorové baterie 4 s nabíjecím napětím Ubat- Současně se též v každém časovém okamžiku At kontinuálně upravuje okamžitý elektrický výkon P_At fotovoltaického panelu 1, 2 tak, aby byl maximální. Zároveň se upravený okamžitý elektrický výkon P_At kontinuálně transformuje na optimální nabíjecí proud I_opt„ který nesmí být vyšší než okamžitý maximální přípustný nabíjecí proud Imax. Optimální nabíjecí proud I_opt, musí splňovat podmínky, že: l_0Ot = —— a současně ^F ' Ubat.

/_opt < I_max.. Okamžitý maximální přípustný nabíjecí proud Imax je v těchto případech takový maximální proud, který je akumulátorová baterie 4 v okamžiku At schopna bezpečně absorbovat při svém nabíjecím cyklu.

Podle jednoho nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 1, je instalován právě jeden první fotovoltaický panel 1 v provedení SL2-F 135 Wp s tenkovrstvou

-4 CZ 308936 B6 strukturou CIGS a akumulátorová baterie 4 je v provedení 48 V LiFePo4 160 Ah v konfiguraci 14S1P. Při intenzitě osvětlení 500 W/m² a teplotě prvního fotovoltaického panelu 1 na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon P_At prvního fotovoltaického panelu 1 roven 56 W, při výstupním napětí prvního fotovoltaického panelu 1 hodnoty 80 V a výstupním proudu prvního fotovoltaického panelu 1 hodnoty 0,7 A. Maximální možné nabíjecí napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 46,2 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát energie způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče optimální nabíjecí proud Iont, o velikosti 1,15 A.

Podle jiného nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 1, je instalován právě jeden první fotovoltaický panel 1 v provedení SL2-F 135 Wp s tenkovrstvou strukturou CIGS a akumulátorová baterie 4 je v provedení 24 V LiFePo4 160 Ah v konfiguraci 7S1P. Při intenzitě osvětlení 500 W/m² a teplotě prvního fotovoltaického panelu 1 na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon P_At tohoto fotovoltaického panelu 1 roven 56 W, při výstupním napětí tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 80 V a výstupním proudu tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 0,7 A. Maximální možné nabíjecí napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 23,1 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče optimální nabíjecí proud I_0Dt. o velikosti 2,3 A.

Podle dalšího nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 1, je instalován právě jeden první fotovoltaický panel 1 v provedení SL2-F 135 Wp s tenkovrstvou strukturou CIGS a akumulátorová baterie 4 je v provedení 48 V LiFePo4 160 Ah v konfiguraci 14S1P. Při intenzitě osvětlení 200 W/m² a teplotě prvního fotovoltaického panelu 1 na hodnotě 25°C je okamžitý elektrický výkon P_At tohoto fotovoltaického panelu 1 roven 16 W, při výstupním napětí tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 80 V a výstupním proudu tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 0,2 A. Maximální možné nabíjecího napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 46,2 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče optimální nabíjecí proud lopt o velikosti 0,33 A.

Podle následujícího nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 1, je instalován právě jeden první fotovoltaický panel 1 v provedení HIT N335 Wp s kombinovanou strukturou a akumulátorová baterie 4 je v provedení 48 V UiFePo4 160 Ah v konfiguraci 14S1P. Při intenzitě osvětlení 800 W/m² a teplotě tohoto fotovoltaického panelu], na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon P_At předmětného fotovoltaického panelu 1 roven 258 W, při výstupním napětí tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 55 V a výstupním proudu téhož fotovoltaického panelu 1 hodnoty 4,7 A. Maximální možné nabíjecího napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 46,2 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče optimální nabíjecí proud lopt o velikosti 5,3 A.

Podle jiného nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 1, je instalován právě jeden první fotovoltaický panel 1 v provedení HIT N335 Wp s kombinovanou strukturou a akumulátorová baterie 4 je v provedení 48 V UiFePo4 160 Ah v konfiguraci 14S1P. Při intenzitě osvětlení 400 W/m² a teplotě tohoto fotovoltaického panelu], na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon P_At předmětného fotovoltaického panelu 1 roven 121 W, při výstupním napětí téhož fotovoltaického panelu 1 hodnoty 55 V a výstupním proudu prvního fotovoltaického panelu 1 hodnoty 2,2 A. Maximální možné nabíjecího napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 46,2 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče optimální nabíjecí proud lopt o velikosti 2,49 A.

Podle dalšího nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 1, je instalován právě jeden první fotovoltaický panel 1 v provedení HIT N335 Wp s kombinovanou strukturou a akumulátorová baterie 4 je v provedení 24 V UiFePo4 160 Ah v konfiguraci 7S1P. Při intenzitě osvětlení 800 W/m² a teplotě prvního fotovoltaického panelu 1 na hodnotě 50 °C

- 5 CZ 308936 B6 je okamžitý elektrický výkon P_At tohoto fotovoltaického panelu 1 roven 258 W, při výstupním napětí téhož fotovoltaického panelu 1 hodnoty 55 V a výstupním proudu prvního fotovoltaického panelu 1 hodnoty 4,7 A. Maximální možné nabíjecího napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 23,1 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče optimální nabíjecí proud lopt o velikosti 10,6 A.

Podle jiného příkladu uskutečnění vynálezu, vyobrazeného na obr. 2 a 3, tvoří alespoň dva fotovoltaické panely 1, 2 soustavu 5 fotovoltaických panelů 1, 2 generující kontinuálně v každém časovém okamžiku dva okamžité elektrické výkony Pl_At. P2_At. Tyto dva okamžité elektrické výkony Pl_At, P2_At se sčítají do okamžitého elektrického výkonu F\ soustavy 5. V tomto výhodném provedení se transformovaný optimální nabíjecí proud I_opt. získá transformací součtu těchto okamžitých elektrických výkonů Pl_At. P2_At podle vzorce I_0Dt = —^£----- = —~ · ^F ' u_bat u_bat

Podle dalšího příkladu uskutečnění vynálezu, vyobrazeného na obr. 2 a 3, tvoří „i“ počet fotovoltaických panelů 1, 2 shodné nebo rozdílné konstrukční výkonnosti soustavu 5 fotovoltaických panelů 1, 2. Tato soustava 5 fotovoltaických panelů 1, 2 kontinuálně generuje v každém časovém okamžiku At okamžitý elektrický výkon Ps soustavy 5 podle vzorce P_s = ΣΓ₌₁ PÍaí Transformovaný optimální nabíjecí proud I_opL se podle tohoto výhodného provedení získá ze vztahu I_0Dt. = = -Ú’ u_bat u_bat

V ideálních světelných podmínkách je teoreticky možné docílit, že dva fotovoltaické panely 1, 2 umístěné do soustavy 5 mající shodné výrobní výkonnostní parametry generují v konkrétním časovém okamžiku At shodný okamžitý elektrický výkon Pl_At. P2_At. kdy Pl_At = P2_At.

Podle jednoho nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 2, jsou do soustavy 5 zapojeny dva shodné první fotovoltaické panely 1 generující shodný okamžitý elektrický výkon Pl_At. P2_At. kdy platí Pl_At = P2_At. První fotovoltaické panely 1 jsou v provedení HIT N335 Wp s kombinovanou strukturou a akumulátorová baterie 4 je v provedení 48 V LiFePo4 160 Ah v konfiguraci 14S1P. Při intenzitě osvětlení 800 W/m² a teplotě prvního fotovoltaického panelu 1 na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon P_At každého prvního fotovoltaického panelu 1 roven 258 W, při výstupním napětí každého prvního fotovoltaického panelu 1 hodnoty 55 V a výstupním proudu každého prvního fotovoltaického panelu 1 hodnoty 4,7 A. Maximální možné nabíjecího napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 46,2 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče z každého prvního fotovoltaického panelu 1 optimální nabíjecí proud lopt o velikosti 5,3 A. Výsledný optimální nabíjecí proud I_opt. tekoucí do akumulátorové baterie 4 z obou prvních fotovoltaických panelů 1 je tedy hodnoty 10,6 A.

Podle jiného nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 3, jsou do soustavy 5 zapojeny dva stejné fotovoltaické panely 1, 2 generující rozdílný okamžitý elektrický výkon Pl_At. P2_At. kdy platí Ρ1_Δί Φ P2_At. Důvodem této skutečnosti je rozdíl v intenzitě osvětlení jednotlivých fotovoltaických panelů 1,2. Fotovoltaické panely 1,2 jsou v provedení HITN335 Wp s kombinovanou strukturou a akumulátorová baterie 4 je v provedení 48 V LiFePo4 160Ah v konfiguraci 14S1P. Při intenzitě osvětlení prvního fotovoltaického panelu 1 hodnotou světla 800 W/m² a teplotě tohoto fotovoltaického panelu 1 na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon PlAt tohoto fotovoltaického panelu 1 roven 258 W, při výstupním napětí tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 55 V a výstupním proudu tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 4,7 A. Při intenzitě osvětlení druhého fotovoltaického panelu 2 hodnotou světla 400 W/m²a teplotě tohoto fotovoltaického panelu 2 na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon P2At tohoto fotovoltaického panelu 2 roven 121 W, při výstupním napětí tohoto fotovoltaického panelu 2 hodnoty 55 V a výstupním proudu tohoto fotovoltaického panelu 2 hodnoty 2,2 A. Maximální možné nabíjecího napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 46,2 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do

-6CZ 308936 B6 akumulátorové baterie 4 teče z prvního fotovoltaického panelu 1 optimální nabíjecí proud I_0Dt. o velikosti 5,3 A a z druhého fotovoltaického panelu 2 optimální nabíjecí proud I_opt. o velikosti 2,49 A. Výsledný optimální nabíjecí proud I_opL tekoucí do akumulátorové baterie 4 z obou fotovoltaických panelů 1, 2 je tedy hodnoty 7,79 A.

Podle jiného nezobrazeného příkladu uskutečnění vynálezu obecně vycházejícího z obr. 3, jsou do soustavy 5 zapojeny dva různé fotovoltaické panely 1, 2 generující rozdílný okamžitý elektrický výkon Pl At. P2^t, kdy platí Pl_At P2_At. První fotovoltaický panel 1 je v provedení HIT N335 Wp s kombinovanou strukturou a druhý fotovoltaický panel 2 je v provedení SL2-F 135 Wp s tenkovrstvou strukturou. Akumulátorová baterie 4 je v provedení 48 V LiFePo4 160 Ah v konfiguraci 14S1P. Při intenzitě osvětlení prvního fotovoltaického panelu 1 hodnotou světla 800 W/m² a teplotě tohoto fotovoltaického panelu 1 na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon PÍAt tohoto fotovoltaického panelu 1 roven 258 W, při výstupním napětí tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 55 V a výstupním proudu tohoto fotovoltaického panelu 1 hodnoty 4,7 A. Při intenzitě osvětlení druhého fotovoltaického panelu 2 hodnotou světla 500 W/m²a teplotě tohoto fotovoltaického panelu 2 na hodnotě 50 °C je okamžitý elektrický výkon P2At tohoto fotovoltaického panelu 2 roven 56 W, při výstupním napětí tohoto fotovoltaického panelu 2 hodnoty 80 V a výstupním proudu tohoto fotovoltaického panelu 2 hodnoty 0,7 A. Maximální možné nabíjecího napětí Ubat akumulátorové baterie 4 v tomto příkladu uskutečnění vynálezu je 46,2 V. Při nutné kalkulaci 5 % ztrát způsobených transformací energie tak do akumulátorové baterie 4 teče z prvního fotovoltaického panelu 1 optimální nabíjecí proud I_opL o velikosti 5,3 A a z druhého fotovoltaického panelu 2 optimální nabíjecí proud I_opL o velikosti 1,15 A. Výsledný optimální nabíjecí proud I_opL tekoucí do akumulátorové baterie 4 z obou fotovoltaických panelů 1, 2 je tedy hodnoty 6,45 A.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze využít v energetice při získávání ekologické elektrické energie uchovávané v akumulátorových bateriích k pozdějšímu využití nebo přímo spotřebovávané připojenými spotřebiči, kdy akumulátorová baterie tvoří optimalizující energetický prvek eliminující výkyvy generované elektrické energie při jednotlivých světelných fázích dne.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob nabíjení alespoň jedné akumulátorové baterie (4) z alespoň jednoho fotovoltaického panelu (1, 2), přičemž fotovoltaický panel (1, 2) generuje v každém časovém okamžiku (Δΐ) okamžitý elektrický výkon (P_At), který se v k fotovoltaickému panelu (1,2) připojenému konvertoru (6) transformuje na nabíjecí proud, který se elektrickým stejnosměrným vedením (3) pro přenos elektrického proudu přenáší do alespoň jedné nabíjené akumulátorové baterie (4) pro její nabíjení, vyznačující se tím, že:

a) se v každém časovém okamžiku kontinuálně monitorují hodnoty okamžitého elektrického výkonu (P^t) fotovoltaického panelu (1, 2) a maximálního možného nabíjecí napětí (U_bat) akumulátorové baterie (4),

b) se v každém časovém okamžiku (Δΐ) kontinuálně transformuje okamžitý elektrický výkon (P_&t) fotovoltaického panelu (1, 2) na optimální nabíjecí proud (I_Opt) podle vztahu I_opt = přičemž se tento optimální nabíjecí proud (I_opt) využije pro nabíjení akumulátorové baterie (4),

c) se v každém časovém okamžiku (Δΐ) kontinuálně upravuje okamžitý elektrický výkon (P^t) fotovoltaického panelu (1, 2) tak, aby byl maximální, ale současně, aby kontinuálně transformovaný optimální nabíjecí proud (I_opt) splňoval podmínky: I_opt = a současně lopt. Jmax., kde I_max, je okamžitý maximální přípustný nabíjecí proud (I_max), který je akumulátorová baterie (4) v okamžiku (Δΐ) schopna bezpečně absorbovat při svém nabíjecím cyklu.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň dva fotovoltaické panely (1,2) tvoří soustavu (5) fotovoltaických panelů (1, 2), přičemž tyto fotovoltaické panely (1,2) kontinuálně generují v každém časovém okamžiku (Δΐ) dva okamžité elektrické výkony (ΡΙ^ P2_ůř) sčítající se do okamžitého elektrického výkonu (P_s) soustavy (5), kdy transformovaný optimální nabíjecí proud (I_Opt) se získá transformací součtu těchto okamžitých elektrických výkonů (Plit, P^át)
3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že „i“ počet fotovoltaických panelů (1, 2) shodné nebo rozdílné konstrukční výkonnosti tvoří soustavu (5) fotovoltaických panelů (1, 2) kontinuálně generující v každém časovém okamžiku (Δt) okamžitý elektrický výkon (P_s) soustavy (5) podle vzorce P_s = Td=iPi&t, kdy transformovaný optimální nabíjecí proud (I_Opt) se získá ze