DE102010007962A1

DE102010007962A1 - Electric propulsion system for position adjustment of reflecting or absorbing panels of solar power plants, has drive for satisfying average energy requirement for generator operation, if additional energy is required from storage device

Info

Publication number: DE102010007962A1
Application number: DE201010007962
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: MACHTWISSEN DE AG; Machtwissende AG
Current assignee: MACHTWISSEN DE AG; Machtwissende AG
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2012-05-10
Also published as: DE102010007962A8

Abstract

The system has distributed drive system with electrical current supply unit (1), at least one device for storing energy (7), three-phase motor (4) which is operated as both motor or a generator. The power generated by power supply unit is fed from direct current intermediate circuit (2) to motor. An electric adjusting drive is provided for temporarily storing electrical energy in energy storage device, and for satisfying average energy requirement for generator operation with energy supplied to intermediate storage, if additional energy is required from storage device.

Description

Die Erfindung betrifft eine dezentral mit elektrischer Energie versorgte Antriebseinheit für eine oder mehrere Achsen oder lineare Antriebe zur Verstellung der reflektierender oder absorbierender Kollektoren oder Kollektorsysteme solarer Kraftwerksanlagen, die in der Regel dem Sonnenstand nachgeführt werden und bei denen zusätzlich eine Verstellung auch aus Sicherheitsgründen oder zu Wartungszwecken erfolgt.The invention relates to a decentralized with electrical energy supplied drive unit for one or more axes or linear drives for adjusting the reflecting or absorbing collectors or collector systems of solar power plants, which are usually tracked the position of the sun and in which additionally an adjustment for security or maintenance purposes he follows.

Solare Kraftwerke nutzen reflektierende oder absorbierende Kollektoren zur direkten oder indirekten Wandlung der solaren Einstrahlung in elektrische Energie. Die mit solaren Kraftwerken zu erzielenden Wirkungsgrade steigen generell mit der Nachführung der Kollektorsysteme nach dem Sonnenstand Konzentrierende Technologien erfordern darüber hinaus eine hohe Genauigkeit der Nachführung.Solar power plants use reflecting or absorbing collectors for the direct or indirect conversion of the solar radiation into electrical energy. The efficiencies to be achieved with solar power plants generally increase with the tracking of the collector systems according to the position of the sun. Concentrating technologies also require a high accuracy of the tracking.

Zur Positionierung der reflektierenden oder absorbierenden Einzelkollektoren oder Kollektorsysteme sind Antriebssysteme erforderlich, die den Betriebs- und Anlagenparametern entsprechende Verstellmomente zur Verfügung stellen. Entsprechende Antriebe müssen in der Lage sein, die eingesetzten reflektierenden oder absorbierenden Kollektorsysteme unter allen möglichen Umgebungsbedingungen bei hoher zeitlicher Verfügbarkeit dem Sonnenstand nachzuführen oder ggf. alternative Positionen anzufahren.To position the reflective or absorbing individual collectors or collector systems drive systems are required to provide the operating and system parameters corresponding Verstellmomente available. Corresponding drives must be able to track the used solar reflecting or absorbing collector systems under all possible environmental conditions with high temporal availability or possibly to approach alternative positions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die dauerhaft präzise und zuverlässige Nachführung sowie die Verstellung im Sicherungs- bzw. Wartungsfall der reflektierenden oder absorbierenden Kollektoren durch ein kostengünstiges, dezentrales, redundantes und wartungsarmes Antriebssystem sicherzustellen.The invention is therefore based on the object to ensure the permanently accurate and reliable tracking and adjustment in the backup or maintenance of the reflective or absorbent panels by a cost-effective, decentralized, redundant and low maintenance drive system.

Diese Aufgabe wird mit einem dezentralen, autonomen elektrischen Antrieb mit integrierter Stromversorgungseinheit, Energiespeicher und Stromrichtern erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die präzise, energieeffiziente solare Nachführung im Nennbetrieb bei geringer Systembelastung mit Versorgung der motorischen Einheit durch die integrierte Energieversorgungseinheit einerseits und andererseits das Verstellen des Kollektors zur Sicherung bzw. Wartung des Gesamtsystems unter maximalen Betriebsbedingungen durch die Versorgung aus dem Energiespeicher sichergestellt wird. Verbunden sind alle leistungselektronischen Komponenten durch einen Gleichspannungszwischenkreis.This object is achieved with a decentralized, autonomous electric drive with integrated power supply unit, energy storage and power converters according to the invention that the precise, energy-efficient solar tracking in nominal operation at low system load with supply of the motor unit by the integrated power supply unit on the one hand and on the other hand, the adjustment of the collector Securing or maintenance of the entire system is ensured under maximum operating conditions by the supply from the energy storage. All power electronic components are connected by a DC voltage intermediate circuit.

Das dezentral ausgeführte elektrische Antriebssystem zur Verstellung der jeweiligen, nachzuführenden Elemente eines solaren Kraftwerkes besteht aus einer oder mehreren Einheiten zur Erzeugung elektrischer Energie, einem Gleichspannungszwischenkreis, mindestens einem Wechsel- bzw. Umrichter sowie mindestens einem Drehstromantrieb als Aktor zur solaren Nachführung und einem oder mehreren Energiespeichern, wodurch die erzeugte elektrische Energie bei zu geringem Abnahmebedarf zwischengespeichert oder zusätzlich erzeugte Energie bei Betrieb der Drehstrommaschine als Generator aufgenommen werden kann. Je nach Anforderung an maximale Momente zur Nachführung der Einheiten und die notwendige Redundanz können auch mehrere Aktoren parallel oder in Reihe geschaltet werden.The decentralized electrical drive system for adjusting the respective, nachzuführenden elements of a solar power plant consists of one or more units for generating electrical energy, a DC voltage intermediate circuit, at least one AC or inverter and at least one AC drive as an actuator for solar tracking and one or more energy storage , whereby the generated electrical energy can be cached in case of too low demand for removal or additionally generated energy can be absorbed as a generator during operation of the three-phase machine. Depending on the requirement for maximum moments for tracking the units and the necessary redundancy, several actuators can also be connected in parallel or in series.

Zur Deckung des mittleren Energiebedarfes des Gesamtantriebssystems kommen einzelne oder kombinierte Energieversorgungseinheiten zum Einsatz. Diese lassen sich als thermoelektrische Generatoren, photovoltaische Generatoren oder alternative Generatoren ausführen, welche fortwährend elektrische Energie in das Gesamtantriebssystem einspeisen. Hierdurch wird der mittlere Energiebedarf des Systems zur solaren Nachführung der reflektierenden oder absorbierenden Einzelkollektoren oder Kollektorsysteme gedeckt. Sofern das Niveau der durch die Energieversorgungseinheiten erzeugten Energie das des Verbrauches übersteigt, wird die Energie im Energiespeicher abgelegt.To cover the average energy requirement of the overall drive system, individual or combined power supply units are used. These can be implemented as thermoelectric generators, photovoltaic generators or alternative generators, which continuously feed electrical energy into the overall drive system. As a result, the average energy requirement of the system for solar tracking of the reflecting or absorbing individual collectors or collector systems is covered. If the level of energy generated by the energy supply units exceeds that of consumption, the energy is stored in the energy storage.

Als Energiespeicher kommen neben Super- bzw. Ultrakondensatoren sowohl verschiedene Batteriesysteme als auch elektromechanische Speichersysteme, z. B. Schwungrad oder Druckspeicher, in Betracht. Energiewandler elektromechanischer Speichersysteme sind dann, ggf. über zusätzliche Wechselrichterstufen, ebenfalls aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis zu versorgen. Durch den Gleichspannungs-Zwischenkreis bzw. das Gleichspannungsnetz, alternativ von thermoelektrischem Generator, Solarmodul oder alternativem Generator oder Energiespeicher gespeist, steht die Eingangsspannung für nachgeschaltete Wechselrichter zur Speisung der Drehstromantriebe zur Kollektorverstellung zur Verfügung. Der Energiespeicher dient dazu, sowohl Belastungsspitzen durch die Antriebe abzudecken als auch einen angemessen Anteil des Dauerbetriebs der Antriebe zu ermöglichen. Er kann tagsüber nahezu fortwährend durch den Solarmodul und im Dauerbetrieb durch den thermoelektrischen Generator geladen werden sowie ebenso die Bremsenergie der Antriebe aufnehmen. Für die Kombination unterschiedlicher Energieversorgungseinheiten und Energiespeicher lässt sich unter Berücksichtigung der Lastanforderungen an das Antriebssystem ein Optimum zwischen dem erforderlichen Speicherinhalt und der benötigten Leistungsklasse von Solar- oder thermoelektrischem Generator bestimmen. Um Überspannungen im Gleichspannungs-Zwischenkreis zu vermeiden, kann aus Sicherheitsgründen zusätzlich ein Bremschopper zum Betrieb eines Bremswiderstandskreises vorgesehen werden.As energy storage come next super or ultracapacitors both different battery systems and electromechanical storage systems, eg. As flywheel or pressure accumulator, into consideration. Energy converters electromechanical storage systems are then, if necessary, via additional inverter stages, also from the DC link supply. Powered by the DC intermediate circuit or the DC voltage network, alternatively by thermoelectric generator, solar module or alternative generator or energy storage, the input voltage for downstream inverter for feeding the three-phase drives for collector adjustment is available. The energy storage is used to cover both load peaks by the drives as well as to allow an adequate proportion of the continuous operation of the drives. It can be charged almost continuously during the day through the solar module and in continuous operation by the thermoelectric generator and also absorb the braking energy of the drives. For the combination of different power supply units and energy storage, taking into account the load requirements of the drive system, it is possible to determine an optimum between the required storage capacity and the required power class of solar or thermoelectric generator. To avoid overvoltages in the DC link, a brake chopper can additionally be provided for the operation of a braking resistor circuit for safety reasons.

Eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung sammelt die Betriebsdaten der Komponenten, wozu diese mit den verschiedenen Gleichspannungswandlern und Wechselrichtern sowie möglichen Überwachungssystemen von Energieversorgungseinheit und Energiespeicher in Wirkverbindung steht. Zusätzlich kann diese mit einer drahtlosen Datenschnittstelle ausgerüstet sein, um Betriebsdaten zu senden oder zu empfangen.A control device collects the operating data of the components, for which purpose it is in operative connection with the various DC-DC converters and inverters as well as possible monitoring systems of the power supply unit and energy storage. Additionally, it may be equipped with a wireless data interface to send or receive operational data.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und Unteransprüchen, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims and subclaims, in which with reference to the drawing particularly preferred embodiments are described in detail. The features shown in the drawing and mentioned in the claims and the description may each be essential to the invention individually or in any combination.

1 zeigt den Aufbau des dezentralen Antriebs für Solar-Kraftwerke schematisch. Die absorbierenden oder reflektierenden Kollektoren werden zur solaren Nachführung oder im Fall des Anfahrens einer Sicherungsposition über geeignete Drehstrommotoren bewegt. Die hochpräzise Nachführung der Kollektoren und deren Überwachung als auch die Überwachung der gesamten Antriebseinheit wird durch ein Steuerungs- und Regelungsmodul und eine drahtlose Datenübertragung zur dezentralen oder zentralen Kraftwerkssteuerung realisiert. 1 shows the structure of the decentralized drive for solar power plants schematically. The absorbing or reflecting collectors are moved for solar tracking or in the case of starting a securing position via suitable three-phase motors. The high-precision tracking of the collectors and their monitoring as well as the monitoring of the entire drive unit is realized by a control and regulation module and a wireless data transmission to the decentralized or central power plant control.

Eine integrierte Energiequelle erzeugt hier in Abstimmung auf die mittlere Leistung aller angeschlossenen Verbraucher, die sich im Wesentlichen aus dem Verbrauch der Drehstrommotoren ergibt, elektrische Energie. Im Nennbetrieb wird dieser über einen Gleichstromzwischenspannungskreis direkt vom Verbraucher aufgenommen. Im Fall eines Leistungsüberschusses der Energiequelle lässt sich die erzeugte Energie im integrierten Speichermodul zwischenspeichern. Für den Fall benötigter höherer Leistung durch die Verbraucher, welche nicht direkt durch die Energiequelle gedeckt ist, dient der Energiespeicher als zusätzliche Energiequelle.An integrated energy source generates electrical energy in coordination with the average power of all connected consumers, which essentially results from the consumption of the three-phase motors. In rated operation, this is taken directly from the consumer via a DC intermediate voltage circuit. In the case of a power surplus of the energy source, the energy generated can be temporarily stored in the integrated memory module. In the case required by the consumer higher power, which is not covered directly by the energy source, the energy storage serves as an additional source of energy.

Da alle elektrotechnischen Komponenten an ihren realen Energiebedarf angepasst werden und diese somit in der Ausführungsform sehr klein sein können, lässt sich der Aufbau insgesamt als hochintegrierte Baugruppe ausführen.Since all electrotechnical components are adapted to their real energy requirements and these can thus be very small in the embodiment, the structure can be implemented overall as a highly integrated module.

Claims

Electric drive system for position adjustment of reflecting or absorbing collectors ( 5 ) of solar power plants with decentralized power supply. The decentralized drive system consists of at least one electric power supply unit ( 1 ), at least one device for storing energy ( 7 ), at least one as a three-phase motor ( 4 ) trained adjusting drive, which can be operated both as a motor or as a generator, at least one AC or inverter ( 3 ), the electrical energy generated by the power supply unit from a DC link ( 2 ) in three-phase variable frequency and amplitude for feeding the three-phase motor, at least one device for controlling the electrical energy flows ( 8th ) between the adjusting or adjustment drives ( 4 ) and the device for storing electrical energy ( 7 ) characterized in that the electric adjustment covers its energy demand in part from the power supply unit and, if necessary, additionally from the energy storage or can supply the energy storage in the generator mode with electrical energy for intermediate storage.

Electric drive system according to claim 1, characterized in that the power supply units, which may be designed as a photovoltaic module, as a thermoelectric generator or wind-driven generator, can be connected directly to the DC voltage intermediate circuit.

Electric drive system according to claim 1, wherein the power supply units are connected by means of a DC-DC converter, DC or inverter to the DC voltage intermediate circuit

Electric drive system according to claim 1, wherein the energy storage device is connected to the DC intermediate circuit via a DC-DC converter, which converts electrical energy between different voltage levels.

Electric drive system according to claim 1, wherein the energy storage instead of a DC-DC converter via an AC or inverter that converts electrical energy between the DC bus and AC voltages of auxiliary drives of the energy storage is connected to the DC link.

Electric drive system according to claim 1, wherein in addition a brake circuit can be connected in parallel with the DC link to avoid overvoltages in the DC link.

Electric drive system according to claim 1, wherein a power supply unit feeds a plurality of drive systems, which in this case are to be regarded as subsystems to be supplied.

Electric drive system according to claim 1, wherein a plurality of drive systems, which are to be regarded as subsystems in this case, use a common energy store.

Autonomous electric drive according to claims 1 to 8, characterized in that the device for controlling and regulating the flow of energy comprises the device for detecting operating data.

Autonomous electric drive according to claims 1 to 9, characterized in that the device for controlling and detecting operating data is equipped with a wireless data transmission interface.