EA035983B1 - Method (embodiments) and system for increasing the efficiency of a photovoltaic cell - Google Patents

Method (embodiments) and system for increasing the efficiency of a photovoltaic cell Download PDF

Info

Publication number
EA035983B1
EA035983B1 EA201991414A EA201991414A EA035983B1 EA 035983 B1 EA035983 B1 EA 035983B1 EA 201991414 A EA201991414 A EA 201991414A EA 201991414 A EA201991414 A EA 201991414A EA 035983 B1 EA035983 B1 EA 035983B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
voltage
photovoltaic device
mode
load
switching means
Prior art date
Application number
EA201991414A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201991414A1 (en
Inventor
Роберт П. Макнэмара
Дуглас М. Рэймонд
Original Assignee
Соларлитикс, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Соларлитикс, Инк. filed Critical Соларлитикс, Инк.
Publication of EA201991414A1 publication Critical patent/EA201991414A1/en
Publication of EA035983B1 publication Critical patent/EA035983B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Provided are methods and a system for increasing the efficiency of a photovoltaic device. The system comprises a voltage source a switch comprising a first port to be coupled to said voltage source and a second port to be coupled to the photovoltaic device. The switch enables switching between a first mode for supplying a voltage pulse with a positive magnitude for generating an electric field for increasing an output current and/or an output power produced by the photovoltaic device, and a second mode for providing an increased output current and/or an increased output power applied to a load.

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related claims

Данная заявка заявляет приоритет по предварительной заявке США №61/943127, поданной 21 февраля 2014 года; предварительной заявке США № 61/943134, поданной 21 февраля 2014 года; предварительной заявке США № 61/947326, поданной 3 марта 2014 года; и предварительной заявке США № 62/022087, поданной 8 июля 2014 года, описания которых полностью и для всех целей включены в данную заявку посредством ссылки.This application claims priority over US Provisional Application No. 61/943127, filed February 21, 2014; US Provisional Application No. 61/943134, filed February 21, 2014; US Provisional Application No. 61/947326, filed March 3, 2014; and US Provisional Application No. 62/022087, filed July 8, 2014, the disclosures of which are incorporated by reference in their entirety and for all purposes.

Область техникиTechnology area

Настоящее изобретение в целом относится к фотоэлектрическим устройствам, а более конкретно, но не исключительно, к системам максимального увеличения генерируемой мощности или энергии и общего коэффициента полезного действия одного или нескольких солнечных элементов, например, с помощью подачи и регулирования внешнего электрического поля на солнечных элементах.The present invention generally relates to photovoltaic devices, and more specifically, but not exclusively, to systems for maximizing the generated power or energy and the overall efficiency of one or more solar cells, for example, by supplying and regulating an external electric field on the solar cells.

Предпосылки создания изобретенияBackground of the invention

Солнечный элемент (также называемый фотоэлектрическим элементом) представляет собой электрическое устройство, которое преобразует энергию света в электричество с помощью процесса, известного как фотоэлектрический эффект. При воздействии света солнечный элемент может генерировать и поддерживать электрический ток без подключения к любому внешнему источнику напряжения. Наиболее распространенный солнечный элемент состоит из р-п-перехода 110, изготовленного из полупроводниковых материалов (например, кремния), таких как в солнечном элементе 100, показанном на фиг. 1. Например, р-п-переход 110 содержит тонкую пластину, состоящую из сверхтонкого слоя кремния n-типа поверх более толстого слоя кремния р-типа. Там, где эти два слоя находятся в контакте, вблизи верхней поверхности солнечного элемента 100 создается электрическое поле (не показано), и происходит диффузия электронов из области высокой концентрации электронов (стороны n-типа р-п-перехода 110) в область низкой концентрации электронов (сторону р-типа р-п-перехода 110).A solar cell (also called a photovoltaic cell) is an electrical device that converts light energy into electricity through a process known as the photoelectric effect. When exposed to light, a solar cell can generate and maintain electrical current without being connected to any external voltage source. The most common solar cell consists of a pn junction 110 made of semiconductor materials (eg, silicon) such as in solar cell 100 shown in FIG. 1. For example, pn junction 110 comprises a thin wafer composed of an ultrathin layer of n-type silicon on top of a thicker layer of p-type silicon. Where these two layers are in contact, an electric field (not shown) is generated near the top surface of solar cell 100, and electrons diffuse from a region of high electron concentration (n-side of the pn junction 110) to a region of low electron concentration (p-type side of p-p-junction 110).

Р-п-переход 110 заключен между двумя проводящими электродами 101а, 101b. Верхний электрод 101а является либо прозрачным для падающего (солнечного) излучения, либо не полностью покрывает верхнюю часть солнечного элемента 100. Электроды 101а, 101b могут служить в качестве омических контактов металл-полупроводник, которые соединяются с внешней нагрузкой 30, которая подключена последовательно. Хотя нагрузка показана только как активная, нагрузка 30 может также содержать как активную, так и реактивную составляющие. Как правило, несколько солнечных элементов 100 могут быть соединены вместе (последовательно и/или параллельно), для образования панели 10 солнечных элементов (как показано на фиг. 2). Со ссылкой на фиг. 2, показана типовая конфигурация установки с использованием по меньшей мере одной панели 10 солнечных элементов. Панели 10 солнечных элементов могут быть соединены либо параллельно, как показано на фиг. 2, либо последовательно, либо с сочетанием соединений и подключены к нагрузке, такой как инвертор 31. Инвертор 31 может содержать как активные, так и реактивные составляющие.The pn-junction 110 is enclosed between two conducting electrodes 101a, 101b. The top electrode 101a is either transparent to incident (solar) radiation or does not completely cover the top of the solar cell 100. The electrodes 101a, 101b can serve as ohmic metal-semiconductor contacts that are connected to an external load 30 that is connected in series. Although the load is shown only as resistive, load 30 may also contain both resistive and reactive components. Typically, several solar cells 100 can be connected together (in series and / or in parallel) to form a solar cell panel 10 (as shown in FIG. 2). With reference to FIG. 2, a typical installation configuration is shown using at least one solar panel 10. The solar cell panels 10 can be connected either in parallel, as shown in FIG. 2, either in series or in a combination of connections and connected to a load, such as inverter 31. Inverter 31 may contain both active and reactive components.

Возвращаясь к фиг. 1, когда фотон попадает в солнечный элемент 100, фотон либо проходит прямо через материал солнечного элемента, что обычно происходит при более низких энергиях фотонов; либо отражается от поверхности солнечного элемента; либо предпочтительно поглощается материалом солнечного элемента, если энергия фотона выше, чем ширина запрещенной зоны кремния, генерируя электронно-дырочную пару.Returning to FIG. 1, when a photon hits the solar cell 100, the photon either passes directly through the solar cell material, which typically occurs at lower photon energies; either reflected from the surface of the solar cell; or preferably absorbed by the solar cell material if the photon energy is higher than the band gap of silicon, generating an electron-hole pair.

Если фотон поглощается, его энергия передается электрону в материале солнечного элемента. Обычно этот электрон находится в валентной зоне и тесно связан ковалентными связями с соседними атомами, и, следовательно, не может далеко перемещаться. Энергия, переданная электрону фотоном, возбуждает электрон в зону проводимости, где он может свободно передвигаться в пределах солнечного элемента 100. Ковалентная связь, частью которой был ранее электрон, теперь имеет на один электрон меньше - это называется дыркой. Наличие отсутствующей ковалентной связи позволяет связанным электронам соседних атомов перемещаться в дырку, оставляя позади еще одну дырку. Таким образом, дырка также может эффективно перемещаться через солнечный элемент 100. Таким образом, фотоны, поглощенные в солнечном элементе 100, создают подвижные электронно-дырочные пары.If a photon is absorbed, its energy is transferred to an electron in the solar cell material. Usually this electron is in the valence band and is closely bound by covalent bonds with neighboring atoms, and, therefore, cannot travel far. The energy transferred to the electron by the photon excites the electron into the conduction band, where it can move freely within the solar cell 100. The covalent bond, of which the electron was previously a part, now has one less electron - this is called a hole. The absence of a covalent bond allows the bound electrons of neighboring atoms to move into the hole, leaving behind another hole. Thus, the hole can also efficiently travel through the solar cell 100. Thus, the photons absorbed in the solar cell 100 create movable electron-hole pairs.

Подвижная электронно-дырочная пара диффундирует или дрейфует в сторону электродов 101а, 101b. Как правило, электрон диффундирует/дрейфует в направлении отрицательного электрода, а дырка диффундирует/дрейфует в направлении положительного электрода. Диффузия носителей (например, электронов) обусловлена случайным тепловым движением до тех пор, пока носитель не захватывается электрическими полями. Дрейф носителей обусловлен электрическими полями, образованными в активной области солнечного элемента 100. В тонкопленочных солнечных элементах преобладающим типом разделения носителей заряда является дрейф, обусловленный электростатическим полем р-п-перехода 110, проходящим по всей толщине тонкопленочного солнечного элемента. Тем не менее для солнечных элементов с большей толщиной, не имеющих практически никакого электрического поля в активной области, преобладающим типом разделения носителей заряда является диффузия. Длина диффузии неосновных носителей (т.е. длина, которую могут проходить фотогенерируемые носители, прежде чем они рекомбинируют), должна быть больше в солнечных элементах с большей толщиной.The movable electron-hole pair diffuses or drifts towards the electrodes 101a, 101b. Typically, an electron diffuses / drifts towards the negative electrode and the hole diffuses / drifts towards the positive electrode. Diffusion of carriers (eg, electrons) is caused by random thermal motion until the carrier is trapped by electric fields. Carrier drift is caused by the electric fields generated in the active region of the solar cell 100. In thin film solar cells, the predominant type of carrier separation is drift due to the electrostatic field of the pn junction 110 across the entire thickness of the thin film solar cell. Nevertheless, for solar cells with a greater thickness, which have practically no electric field in the active region, diffusion is the predominant type of charge carrier separation. The diffusion length of minority carriers (i.e. the length that photogenerated carriers can travel before they recombine) must be greater in solar cells with greater thickness.

В конечном счете электроны, которые создаются на стороне n-типа р-п-перехода 110, накоплен- 1 035983 ные у р-п-перехода 110 и пролетевшие на сторону n-типа, могут обеспечить питание для внешней нагрузки 30 (через электрод 101а) и вернуться на сторону р-типа (через электрод 101b) солнечного элемента 100. После возвращения на сторону р-типа электрон может рекомбинировать с дыркой, которая была либо создана как электронно-дырочная пара на стороне р-типа, либо пролетела через р-н-переход 110 со стороны п-типа.Ultimately, electrons that are created on the n-type side of the pn-junction 110, accumulated at the pn-junction 110 and flying to the n-type side, can provide power for the external load 30 (via electrode 101a ) and return to the p-type side (through the electrode 101b) of the solar cell 100. After returning to the p-type side, the electron can recombine with a hole that was either created as an electron-hole pair on the p-type side, or flew through the p- n-junction 110 from the n-type side.

Как показано на фиг. 1, электронно-дырочная пара проходит круговой маршрут от точки создания электронно-дырочной пары до точки, где электронно-дырочная пара накапливается на электродах 101а, 101b. Так как путь, проходимый электронно-дырочной парой является длинным, для электрона или дырки существует достаточно возможностей рекомбинировать с другой дыркой или электроном, такая рекомбинация приводит к потерям тока в любой внешней нагрузке 30. Выражаясь по-другому, при создании электронно-дырочной пары один из носителей может достигать р-п-перехода 110 (накопленный носитель) и внести свой вклад в ток, вырабатываемый солнечным элементом 100. В качестве альтернативы носитель может рекомбинировать без чистого вклада в ток элемента. Заряд при рекомбинации приводит к уменьшению квантовой эффективности (т.е., процента фотонов, которые преобразуются в электрический ток в случае солнечного элемента 100), и, следовательно, общего коэффициента полезного действия солнечного элемента 100.As shown in FIG. 1, the electron-hole pair travels in a circular path from the point of creation of the electron-hole pair to the point where the electron-hole pair accumulates on the electrodes 101a, 101b. Since the path traversed by an electron-hole pair is long, there are sufficient opportunities for an electron or hole to recombine with another hole or electron, such recombination leads to a loss of current in any external load.30 In other words, when creating an electron-hole pair, one of the carriers can reach the pn junction 110 (stored carrier) and contribute to the current generated by the solar cell 100. Alternatively, the carrier can recombine without making a net contribution to the cell current. The recombination charge results in a decrease in quantum efficiency (i.e., the percentage of photons that are converted to electric current in the case of a solar cell 100), and hence the overall efficiency of a solar cell of 100.

Затраты на солнечный элемент 100 или панель 10 солнечных элементов, как правило, предусматриваются в долларах за ватт пиковой электрической мощности, которая может быть сгенерирована при нормализованных условиях. Высокоэффективные солнечные элементы снижают затраты на солнечную энергию. Многие затраты на солнечную энергосистему или электростанцию пропорциональны количеству требуемых солнечных элементов, а также площади (земли), требуемой для монтажа панелей. Солнечный элемент с более высоким коэффициентом полезного действия позволит уменьшить количество панелей солнечных элементов, требуемых для заданной выходной мощности, и требуемой площади для развертывания системы. Это уменьшение количества панелей и пространства, занимаемого ими, могло бы снизить общую стоимость электростанции, даже если сами элементы являются более дорогостоящими.The cost of a solar cell 100 or solar panel 10 is typically quoted in dollars per watt of peak electrical power that can be generated under normalized conditions. Highly efficient solar cells reduce solar energy costs. Many solar system or power plant costs are proportional to the amount of solar cells required as well as the area (land) required to install the panels. A solar cell with a higher efficiency will reduce the number of solar cell panels required for a given power output and required area for system deployment. This reduction in the number of panels and the space they occupy could reduce the overall cost of the power plant, even if the elements themselves are more expensive.

Конечная цель состоит в том, чтобы сделать затраты на производство солнечной энергии сравнимой с или меньше, чем на традиционных электростанциях, которые используют природный газ, уголь и/или мазут для генерирования электроэнергии. В отличие от большинства традиционных средств генерирования электроэнергии, которые требуют больших централизованных электростанций, солнечные энергосистемы могут быть развернуты на больших централизованных местах электроэнергетическими компаниями на коммерческих зданиях, чтобы помочь возместить затраты на электроэнергию, и даже на жилом доме по местонахождению. Недавние попытки снизить затраты и повысить коэффициент полезного действия солнечных элементов включают испытания различных материалов и различных технологий изготовления, используемых для солнечных элементов. В другом подходе осуществляются попытки усилить обедненную область, образованную вокруг р-п-перехода 110 для усиления движения носителей заряда через солнечный элемент 100. Например, смотрите патент США № 5215599, Hingorani и др.(Нтдогаш), поданный 3 мая 1991 года, и патент США № 8466582, Fornage (Fornage), поданный 2 декабря 2011 года, заявляющие приоритет на дату подачи заявки 3 декабря 2010 года, описания которых полностью и для всех целей включены в данную заявку посредством ссылки.The ultimate goal is to make the cost of generating solar energy comparable to or less than traditional power plants that use natural gas, coal and / or fuel oil to generate electricity. Unlike most traditional power generation facilities that require large centralized power plants, solar power systems can be deployed to large centralized locations by utilities on commercial buildings to help recover energy costs, and even on a residential building by location. Recent attempts to reduce costs and improve the efficiency of solar cells include testing various materials and various fabrication technologies used for solar cells. Another approach attempts to enhance the depletion region formed around the pn junction 110 to enhance the movement of charge carriers through solar cell 100. For example, see US Pat. No. 5,215,599, Hingorani et al. (Hingorani et al.), Filed May 3, 1991, and US Patent No. 8466582, Fornage (Fornage), filed December 2, 2011, claiming priority as of December 3, 2010 filing date, the disclosures of which are incorporated by reference in their entirety and for all purposes.

Тем не менее эти традиционные подходы к усилению движения носителей заряда через солнечный элемент 100 требуют модификации основной конструкции солнечного элемента 100. Hingorani и Fornage, например, раскрывают подачу внешнего электрического поля на солнечный элемент с использованием видоизмененной конструкции солнечных элементов. Подача внешнего электрического поля требует напряжения, подаваемого между электродами, наводя электрическое поле (описано более подробно ниже со ссылкой на уравнение 2). Без изменения основной конструкции солнечного элемента 100 подача напряжения к существующим электродам 101а, 101b солнечного элемента 100 закорачивает подаваемое напряжение через внешнюю нагрузку 30. Выражаясь по-другому, подача напряжения к электродам 101а, 101b солнечного элемента 100 является неэффективным для создания внешнего электрического поля и увеличения движения носителей заряда. Соответственно, традиционные подходы, такие, которые раскрыты в Hingoriani и Fornage, обязательно модифицируют основную конструкцию солнечного элемента 100, например, путем вставки внешнего (и электрически изолированного) комплекта электродов в основание солнечного элемента 100. Есть несколько недостатков у этого подхода.However, these traditional approaches to enhancing the movement of charge carriers through solar cell 100 require modifications to the basic design of solar cell 100. Hingorani and Fornage, for example, disclose the application of an external electric field to a solar cell using a modified solar cell design. Applying an external electric field requires a voltage applied between the electrodes to induce an electric field (described in more detail below with reference to Equation 2). Without changing the basic structure of the solar cell 100, supplying voltage to the existing electrodes 101a, 101b of the solar cell 100 short-circuits the supplied voltage through the external load 30. To put it another way, supplying voltage to the electrodes 101a, 101b of the solar cell 100 is ineffective for generating an external electric field and increasing movement of charge carriers. Accordingly, traditional approaches such as those disclosed in Hingoriani and Fornage necessarily modify the basic design of the solar cell 100, for example, by inserting an external (and electrically insulated) set of electrodes into the base of the solar cell 100. There are several drawbacks to this approach.

Например, внешние электроды должны быть размещены на солнечном элементе 100 во время процесса изготовления, практически невозможно модифицировать внешние электроды на существующем солнечном элементе или панели. Эта модификация процесса изготовления значительно увеличивает затраты на производство и уменьшает производственный выход. Кроме того, размещение внешних электродов, расположенных на лицевой стороне, или стороне, на которую падают лучи, солнечного элемента 100 снижает оптическую энергию, которая достигает солнечного элемента 100, тем самым приводя к более низкой выходной мощности.For example, external electrodes must be placed on solar cell 100 during the manufacturing process, it is practically impossible to modify external electrodes on an existing solar cell or panel. This modification of the manufacturing process significantly increases production costs and decreases production yield. In addition, placing external electrodes located on the front side or the side on which the rays are incident of the solar cell 100 reduces the optical energy that reaches the solar cell 100, thereby resulting in a lower output power.

В качестве дополнительного недостатка, чтобы привести к значительным улучшениям в выходной мощности солнечного элемента 100, на внешние электроды солнечного элемента 100 должны быть пода- 2 035983 ны значительные напряжения. Например, в Fornage раскрывается, что к внешним электродам для подаваемого электрического поля должны быть поданы напряжения порядка 1000 вольт, чтобы быть эффективными и увеличить выходную мощность солнечного элемента 100. Величина этого напряжения требует специальной подготовки для обслуживания, а также дополнительного высоковольтного оборудования и проводки, которых в настоящее время не существует в существующих или новых системах панелей солнечных элементов. В качестве примера изоляционный слой между внешними электродами и солнечным элементом 100 должен быть достаточным, чтобы выдержать высокое подаваемое напряжение. В случае выхода из строя изоляционного слоя существует значительный риск повреждения не только солнечного элемента 100, но и всех панелей 10 солнечных элементов, соединенных последовательно или параллельно относительно отказавших солнечных элементов, а также внешней нагрузки 30 (или инвертора 31).As a further disadvantage, significant voltages must be applied to the outer electrodes of the solar cell 100 to result in significant improvements in the output power of the solar cell 100. Fornage, for example, discloses that voltages of the order of 1000 volts must be applied to the external electrodes for the applied electric field to be effective and to increase the output power of solar cell 100. The magnitude of this voltage requires special training for maintenance, as well as additional high voltage equipment and wiring. which do not currently exist in existing or new solar panel systems. As an example, an insulating layer between the outer electrodes and the solar cell 100 must be sufficient to withstand the high applied voltage. In the event of failure of the insulating layer, there is a significant risk of damage not only to the solar cell 100, but also to all solar cell panels 10 connected in series or parallel with respect to the failed solar cells, as well as to the external load 30 (or inverter 31).

В качестве дополнительного недостатка, различные условия освещения (например, из-за облачности, закрывающей солнце, и/или нормальных колебаний погоды) могут вызывать нестабильность выходной мощности обычных солнечных элементов и панелей солнечных элементов. Например, со ссылкой на фиг. 2, инвертор 31, как правило, требует статического, не изменяющегося входного напряжения и тока. Как показано на фиг. 2, панели 10 солнечных элементов обеспечивают входные напряжение и ток инвертора 31. Тем не менее, изменяющиеся во времени условия освещения могут вызвать колебание выходной мощности панелей 10 солнечных элементов (например, порядка нескольких секунд или меньше).As a further disadvantage, different lighting conditions (eg, due to clouds covering the sun and / or normal weather fluctuations) can cause instability in the power output of conventional solar cells and solar cell panels. For example, referring to FIG. 2, the inverter 31 generally requires a static, unchanging input voltage and current. As shown in FIG. 2, solar panels 10 provide an input voltage and current to inverter 31. However, time varying lighting conditions can cause the solar panels 10 to fluctuate in output (eg, on the order of a few seconds or less).

Колебание напряжения и тока, подаваемых на инвертор 31, снижает инвертором 31 качество выходной мощности, например, в отношении частоты, напряжения и содержания гармоник. Традиционные мероприятия по борьбе с меняющимися условиями освещения включают размещение аккумуляторных батарей или конденсаторов на входе инвертора 31 и, к сожалению, только сводят к минимуму эти изменения.The fluctuation of the voltage and current supplied to the inverter 31 reduces the quality of the output power by the inverter 31, for example in terms of frequency, voltage and harmonic content. Traditional measures to combat changing lighting conditions involve placing batteries or capacitors at the input of inverter 31 and, unfortunately, only minimizes these changes.

С учетом вышеизложенного, существует потребность в усовершенствованной системе солнечных элементов и способе повышения коэффициента полезного действия и выходной мощности, например, с помощью увеличения подвижности электронно-дырочных пар с целью преодоления вышеупомянутых затруднений и недостатков традиционных систем солнечных элементов.In view of the above, there is a need for an improved solar cell system and method for increasing efficiency and power output, for example, by increasing the mobility of electron-hole pairs in order to overcome the aforementioned difficulties and disadvantages of traditional solar cell systems.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Настоящее изобретение относится к системам оптимизации выходной мощности фотоэлектрического устройства. В соответствии с первым аспектом, раскрытым в данной заявке, изложен способ управления фотоэлектрическим устройством, при этом способ включает в себя подачу первой составляющей сигнала напряжения на фотоэлектрическое устройство, при этом первая составляющая представляет включенное состояние для генерирования внешнего электрического поля на фотоэлектрическом устройстве; и подачу второй составляющей сигнала напряжения на фотоэлектрическое устройство, при этом вторая составляющая представляет цикл отключения.The present invention relates to systems for optimizing the power output of a photovoltaic device. In accordance with a first aspect disclosed in this application, a method for controlling a photovoltaic device is described, the method including supplying a first component of a voltage signal to the photovoltaic device, the first component representing an on state for generating an external electric field on the photovoltaic device; and supplying a second component of the voltage signal to the photovoltaic device, the second component representing a shutdown cycle.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа подача первой составляющей включает в себя подачу высокого напряжения изменяющимся во времени импульса напряжения от схемы устройства для генерирования импульсов напряжения, а подача второй составляющей включает отключение схемы устройства для генерирования импульсов напряжения.In some embodiments of the disclosed method, supplying the first component includes supplying a high voltage with a time varying voltage pulse from the voltage pulse generating device circuit, and supplying the second component includes disabling the voltage pulse generating device circuit.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа подача первой составляющей включает в себя соединение источника напряжения и фотоэлектрического устройства в первом положении переключателя, расположенного между источником напряжения и фотоэлектрическим устройством, и при этом указанная подача второй составляющей включает в себя разъединение источника напряжения и фотоэлектрического устройства во втором положении переключателя.In some embodiments of the disclosed method, supplying the first component includes connecting the voltage source and the photovoltaic device in a first position of a switch located between the voltage source and the photovoltaic device, and wherein said supplying the second component includes disconnecting the voltage source and the photovoltaic device in the second position switch.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя отслеживание выходного напряжения фотоэлектрического устройства с помощью датчика напряжения, подключенного параллельно к фотоэлектрическому устройству, и отслеживание выходного тока фотоэлектрического устройства с помощью датчика тока, подключенного последовательно между фотоэлектрическим устройством и нагрузкой, питаемой фотоэлектрическим устройством.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes monitoring the output voltage of the photovoltaic device with a voltage sensor connected in parallel to the photovoltaic device and monitoring the output current of the photovoltaic device using a current sensor connected in series between the photovoltaic device and a load supplied by the photovoltaic device.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя регулирование с помощью схемы управления, подключенной к источнику напряжения, по меньшей мере одного из следующего: величины, длительности и частоты первой составляющей для максимального увеличения выходной мощности на основании указанного отслеживания.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes adjusting, with a control circuit connected to the voltage source, at least one of the magnitude, duration, and frequency of the first component to maximize output power based on said tracking.

В соответствии с другим аспектом, раскрытым в данной заявке, изложен способ управления фотоэлектрическим устройством, включающий в себя обеспечение подключения источника напряжения к фотоэлектрическому устройству; и подачу сигнала напряжения, сгенерированного источником напряжения, на фотоэлектрическое устройство, при этом сигнал напряжения имеет первое состояние для генерирования внешнего электрического поля на фотоэлектрическом устройстве и второе состояние, представляющее цикл отключения.In accordance with another aspect disclosed in this application, a method for controlling a photovoltaic device is disclosed, including: providing connection of a voltage source to the photovoltaic device; and supplying a voltage signal generated by the voltage source to the photovoltaic device, the voltage signal having a first state for generating an external electric field on the photovoltaic device and a second state representing a shutdown cycle.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа обеспечение источника напряжения включает в себя обеспечение по меньшей мере одного из следующего: схемы устройства для генерирования импульсов напряжения для подключения к фотоэлектрическому устройству для обеспечения изIn some embodiments of the disclosed method, providing a voltage source includes providing at least one of the following: device circuitry for generating voltage pulses for connection to a photovoltaic device to provide

- 3 035983 меняющегося во времени импульса напряжения на фотоэлектрическом устройстве, при этом изменяющийся во времени импульс напряжения предусматривает первое состояние и второе состояние; и переключателя для подключения между источником напряжения и фотоэлектрическим устройством, при этом переключатель соединяет источник напряжения и фотоэлектрическое устройство в первом положении для генерирования первого состояния и разъединяет источник напряжения и фотоэлектрическое устройство во втором положении для генерирования второго состояния.- 3 035983 time-varying voltage pulse on the photovoltaic device, the time-varying voltage pulse provides a first state and a second state; and a switch for connection between the voltage source and the photovoltaic device, the switch connecting the voltage source and the photovoltaic device in the first position to generate the first state and disconnecting the voltage source and the photovoltaic device in the second position to generate the second state.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа подача сигнала напряжения включает в себя прикладывание выходного напряжения источника высокого напряжения схемы устройства для генерирования импульсов напряжения к фотоэлектрическому устройству, когда переключающий транзистор схемы устройства для генерирования импульсов напряжения находится во включенном состоянии, для генерирования первого состояния и продолжение указанного прикладывания выходного напряжения источника высокого напряжения до тех пор, пока генератор импульсов схемы устройства для генерирования импульсов напряжения не переведет переключающий транзистор в выключенное состояние, для генерирования второго состояния.In some embodiments of the disclosed method, applying a voltage signal includes applying an output voltage of a high voltage source of a circuit of a voltage pulse generating device to a photovoltaic device when a switching transistor of a circuit of a voltage pulse generating device is in an on state to generate a first state and continuing said application. the output voltage of the high voltage source until the pulse generator of the circuit of the voltage pulse generating device turns the switching transistor into an off state to generate a second state.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя обеспечение подключения схемы управления по меньшей мере к одному из следующего: переключателю и схеме устройства для генерирования импульсов напряжения.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes providing connection of the control circuit to at least one of the following: a switch and a circuit for generating voltage pulses.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя обеспечение подключения датчика напряжения параллельно фотоэлектрическому устройству для отслеживания выходного напряжения фотоэлектрического устройства, и подключения датчика тока последовательно между фотоэлектрическим устройством и нагрузкой фотоэлектрического устройства для отслеживания выходного тока фотоэлектрического устройства.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes connecting a voltage sensor in parallel with the photovoltaic device to monitor the output voltage of the photovoltaic device, and connecting a current sensor in series between the photovoltaic device and the photovoltaic device load to monitor the output current of the photovoltaic device.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя отслеживание выходного напряжения и выходного тока и регулирование с помощью схемы управления величины первого состояния для максимального увеличения выходной мощности на основе указанного отслеживания.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes monitoring the output voltage and the output current and adjusting the first state value with the control circuit to maximize the output power based on the monitoring.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа подача сигнала напряжения включает в себя генерирование внешнего электрического поля по меньшей мере с одним из первого направления или второго направления, при этом первое направление и полярность внутренних электродов фотоэлектрического устройства находятся в одинаковом направлении для увеличения выходной мощности фотоэлектрического устройства, а второе направление находится в направлении, противоположном полярности внутренних электродов, для уменьшения выходной мощности.In some embodiments of the disclosed method, applying a voltage signal includes generating an external electric field with at least one of a first direction or a second direction, wherein the first direction and polarity of the internal electrodes of the photovoltaic device are in the same direction to increase the power output of the photovoltaic device, and the second direction is in the direction opposite to the polarity of the inner electrodes to reduce the power output.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа обеспечение источника напряжения включает в себя обеспечение подключения источника напряжения по меньшей мере к одному из следующего: солнечному элементу, матрице солнечных элементов, панели солнечных элементов и матрице панелей солнечных элементов.In some embodiments of the disclosed method, providing a voltage source includes providing a voltage source connected to at least one of a solar cell, a solar cell array, a solar cell array, and a solar cell array.

В соответствии с другим аспектом, раскрытым в данной заявке, изложен способ управления фотоэлектрическим устройством, включающий в себя: обеспечение подключения устройства для генерирования импульсов напряжения к фотоэлектрическому устройству; и подачу сигнала напряжения, сгенерированного устройством для генерирования импульсов напряжения, на фотоэлектрическое устройство, при этом сигнал напряжения имеет первое состояние для генерирования внешнего электрического поля на фотоэлектрическом устройстве и второе состояние, представляющее цикл отключения.In accordance with another aspect disclosed in this application, a method for controlling a photovoltaic device is described, including: providing connection of the device for generating voltage pulses to the photovoltaic device; and supplying a voltage signal generated by the voltage pulse generating device to the photovoltaic device, the voltage signal having a first state for generating an external electric field on the photovoltaic device and a second state representing a shutdown cycle.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа подача сигнала напряжения включает в себя подачу регулируемого напряжения на фотоэлектрическое устройство.In some embodiments of the disclosed method, applying a voltage signal includes applying an adjustable voltage to a photovoltaic device.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя обеспечение подключения одной или нескольких последовательно подключенных катушек индуктивности между устройством для генерирования импульсов напряжения и нагрузкой фотоэлектрического устройства для блокировки частот сигнала напряжения для нагрузки, которые больше, чем заданная частота.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes connecting one or more inductors in series between the voltage pulse generating device and the photovoltaic device load to block voltage signal frequencies for the load that are greater than a predetermined frequency.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя управление по меньшей мере одним из следующего: частотой и длительностью первого состояния и второго состояния, с помощью схемы управления, подключенной к устройству для генерирования импульсов напряжения.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes controlling at least one of the frequency and duration of the first state and the second state, using a control circuit connected to the device to generate voltage pulses.

В соответствии с другим аспектом, раскрытым в данной заявке, изложен способ управления фотоэлектрическим устройством, включающий в себя: обеспечение подключения первого порта переключателя к фотоэлектрическому устройству; обеспечение подключения второго порта переключателя к нагрузке, питаемой фотоэлектрическим устройством; обеспечение подключения третьего порта переключателя к источнику напряжения, причем переключатель может работать в первом положении с установлением пути тока между фотоэлектрическим устройством и источником напряжения и во втором положении с установлением пути тока между фотоэлектрическим устройством и нагрузкой; и подачу сигнала напряжения, сгенерированного источником напряжения, на фотоэлектрическое устройство, когда переключатель находится в первом положении, при этом сигнал напряжения имеет первое состояние для генерирования внешнего электрического поля на фотоэлектрическом устройстве, когда переключательIn accordance with another aspect disclosed in this application, a method for controlling a photovoltaic device is disclosed, including: providing connection of a first switch port to the photovoltaic device; providing connection of the second port of the switch to the load supplied by the photovoltaic device; providing connection of the third port of the switch to the voltage source, and the switch can operate in the first position to establish a current path between the photovoltaic device and the voltage source and in the second position to establish a current path between the photovoltaic device and the load; and supplying a voltage signal generated by the voltage source to the photovoltaic device when the switch is in the first position, the voltage signal having a first state for generating an external electric field on the photovoltaic device when the switch

- 4 035983 находится в первом положении, и второе состояние для предоставления электрической изоляции между источником напряжения и нагрузкой, когда переключатель находится во втором положении.4,035983 is in the first position, and the second state is for providing electrical isolation between the voltage source and the load when the switch is in the second position.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа обеспечение подключения первого порта переключателя включает в себя обеспечение подключения первого порта двухпозиционного переключателя к фотоэлектрическому устройству.In some embodiments of the disclosed method, providing a first switch port connection includes providing a first switch port to a photovoltaic device.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя управление по меньшей мере одним из следующего: частотой и длительностью переключения между первым положением и вторым положением, с помощью контроллера переключателя, подключенного к двухпозиционному переключателю.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes controlling at least one of the frequency and duration of switching between the first position and the second position, using a switch controller connected to the dip switch.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя обеспечение подключения устройства уменьшения любых ослаблений напряжения первой составляющей между нагрузкой и фотоэлектрическим устройством.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes providing connection of a device to reduce any voltage attenuation of the first component between the load and the photovoltaic device.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа подача сигнала напряжения включает в себя подачу регулируемого напряжения на фотоэлектрическое устройство.In some embodiments of the disclosed method, applying a voltage signal includes applying an adjustable voltage to a photovoltaic device.

В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа способ дополнительно включает в себя управление по меньшей мере одним из следующего: частотой, величиной и длительностью первого состояния и второго состояния, с помощью схемы управления, подключенной к источнику напряжения и переключателю, на основе выходного тока фотоэлектрического устройства, измеренного датчиком тока, подключенным последовательно между фотоэлектрическим устройством и нагрузкой, и выходного напряжения фотоэлектрического устройства, измеренного датчиком напряжения, подключенным параллельно к фотоэлектрическому устройству.In some embodiments of the disclosed method, the method further includes controlling at least one of the following: frequency, magnitude and duration of the first state and the second state, using a control circuit connected to a voltage source and a switch based on the output current of the photovoltaic device measured a current sensor connected in series between the photovoltaic device and the load; and the output voltage of the photovoltaic device measured by a voltage sensor connected in parallel to the photovoltaic device.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

На фиг. 1 приведен примерный вид в поперечном разрезе верхнего уровня, иллюстрирующий вариант осуществления солнечного элемента известного уровня техники.FIG. 1 is an exemplary top level cross-sectional view illustrating an embodiment of a prior art solar cell.

На фиг. 2 приведена примерная структурная схема верхнего уровня, иллюстрирующая один вариант осуществления матрицы панелей солнечных элементов известного уровня техники, использующий солнечные элементы, показанные на фиг. 1.FIG. 2 is an exemplary high-level block diagram illustrating one embodiment of a prior art solar array array using the solar cells shown in FIG. 1.

На фиг. 3 приведена примерная структурная схема верхнего уровня, иллюстрирующая вариант осуществления системы управления солнечными элементами.FIG. 3 is an exemplary high-level block diagram illustrating an embodiment of a solar cell control system.

На фиг. 4 приведена примерная структурная схема, иллюстрирующая альтернативный вариант осуществления системы управления солнечными элементами, показанной на фиг. 3, в котором матрица панелей солнечных элементов подключена к источнику напряжения через переключатель.FIG. 4 is an exemplary block diagram illustrating an alternative embodiment of the solar cell control system shown in FIG. 3, in which the array of solar panels is connected to a voltage source via a switch.

На фиг. 5A-D приведены примерные формы сигналов на входах и выходах переключателя, используемого с матрицей панелей солнечных элементов, показанной на фиг. 4, иллюстрирующие подаваемое напряжение в зависимости от времени.FIG. 5A-D show exemplary waveforms at the inputs and outputs of a switch used with the solar cell array shown in FIG. 4 illustrating applied voltage versus time.

На фиг. 6 приведена примерная структурная схема, иллюстрирующая еще один альтернативный вариант осуществления системы управления солнечными элементами, показанной на фиг. 3, в котором матрица панелей солнечных элементов подключена к схеме устройства для генерирования импульсов напряжения.FIG. 6 is an exemplary block diagram illustrating yet another alternative embodiment of the solar cell control system shown in FIG. 3, in which an array of solar panels is connected to the circuit of a voltage pulse generating device.

На фиг. 7 приведена примерная форма сигнала, используемого с матрицей панелей солнечных элементов, приведенной на фиг. 6, иллюстрирующая подаваемое напряжение в зависимости от времени.FIG. 7 illustrates an exemplary waveform used with the solar array array of FIG. 6 illustrating applied voltage versus time.

На фиг. 8 приведена примерная структурная схема, иллюстрирующая один вариант осуществления схемы устройства для генерирования импульсов напряжения, показанной на фиг. 6.FIG. 8 is an exemplary block diagram illustrating one embodiment of the circuit of the voltage pulse generating apparatus shown in FIG. 6.

На фиг. 9А приведена примерная структурная схема, иллюстрирующая альтернативный вариант осуществления системы управления солнечными элементами, показанной на фиг. 4, в котором система управления солнечными элементами содержит схему управления.FIG. 9A is an exemplary block diagram illustrating an alternative embodiment of the solar cell driving system shown in FIG. 4, in which the solar cell control system comprises a control circuit.

На фиг. 9В приведена примерная блок-схема, иллюстрирующая диаграмму состояний для схемы управления, показанной на фиг. 9А.FIG. 9B is an exemplary block diagram illustrating a state diagram for the control circuit shown in FIG. 9A.

На фиг. 10А приведена примерная структурная схема, иллюстрирующая альтернативный вариант осуществления системы управления солнечными элементами, показанной на фиг. 6, в котором система управления солнечными элементами содержит схему управления.FIG. 10A is an exemplary block diagram illustrating an alternative embodiment of the solar cell control system shown in FIG. 6, in which the solar cell control system comprises a control circuit.

На фиг. 10В приведена примерная блок-схема, иллюстрирующая диаграмму состояний для схемы управления, показанной на фиг. 10А.FIG. 10B is an exemplary block diagram illustrating a state diagram for the control circuit shown in FIG. 10A.

На фиг. 11А-С приведены примерные формы сигналов, иллюстрирующие вариант осуществления зависимости улучшенного выходного тока фотоэлектрического устройства, показанного на фиг. 3, от подаваемого напряжения, частоты следования импульсов и длительности импульса.FIG. 11A-C are exemplary waveforms illustrating an embodiment of the improved output current relationship of the photovoltaic device shown in FIG. 3 on the applied voltage, pulse repetition rate and pulse duration.

Следует отметить, что фигуры изображены не в масштабе и что элементы подобных конструкций или функций, как правило, обозначены одинаковыми ссылочными позициями с целью иллюстрации на всех фигурах. Следует также отметить, что фигуры предназначены только для облегчения описания предпочтительных вариантов осуществления. Данные фигуры не отражают каждый аспект описанных вариантов осуществления и не ограничивают объем настоящего изобретения.It should be noted that the figures are not to scale, and that elements of similar structures or functions are generally identified with the same reference numbers for purposes of illustration throughout the figures. It should also be noted that the figures are only intended to facilitate describing the preferred embodiments. These figures do not reflect every aspect of the described embodiments and do not limit the scope of the present invention.

- 5 035983- 5 035983

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments

Поскольку имеющиеся в настоящее время системы солнечных элементов не могут максимально увеличить выходную мощность фотоэлектрического элемента, система солнечных элементов, которая увеличивает подвижность электронно-дырочных пар и уменьшает ток при рекомбинации в полупроводниковом материале, может оказаться востребованной и обеспечить основу для широкого диапазона систем солнечных элементов с тем, чтобы повысить коэффициент полезного действия и выходную мощность солнечных элементов, выполненных в виде панели солнечных элементов. Этот результат может быть достигнут в соответствии с одним вариантом осуществления, раскрытым в данной заявке, с помощью системы 300 управления солнечными элементами, как показано на фиг. 3.Since currently available solar cell systems cannot maximize the output power of a photovoltaic cell, a solar cell system that increases the mobility of electron-hole pairs and reduces the current during recombination in a semiconductor material may be in demand and provide the basis for a wide range of solar cell systems with in order to increase the efficiency and output power of solar cells made in the form of a solar cell panel. This result can be achieved in accordance with one embodiment disclosed herein with a solar cell control system 300 as shown in FIG. 3.

Обращаясь к фиг. 3, система 300 управления солнечными элементами подходит для использования с широким диапазоном фотоэлектрических устройств. В одном варианте осуществления система 300 управления солнечными элементами может быть пригодна для использования с солнечным элементом 100, показанным на фиг. 1. Например, солнечный элемент 100 может представлять любое подходящее поколение солнечных элементов, таких как элементы на подложке из кристаллического кремния (первое поколение), тонкопленочные солнечные элементы, включая элементы на основе аморфного кремния (второе поколение), и/или элементы третьего поколения. Система 300 управления солнечными элементами преимущественно может быть использована с любым поколением солнечного элемента 100 без конструкционных изменений и связанных с ними недостатков. В другом варианте осуществления система 300 управления солнечными элементами может быть пригодна для использования с несколькими солнечными элементами 100, например, с панелями 10 солнечных элементов, показанными на фиг. 2. Как было рассмотрено ранее, несколько солнечных элементов 100 могут быть подключены (последовательно и/или параллельно) вместе для образования панели 10 солнечных элементов. Панели 10 солнечных элементов могут быть установлены на опорной конструкции (не показана) путем наземной установки, установки на крыше, с помощью систем слежения за солнцем, неподвижных реек и так далее, и могут быть использованы как для наземных, так и для космических бортовых устройств. Аналогичным образом система 300 управления солнечными элементами преимущественно может быть использована с любым поколением панели 10 солнечных элементов без конструкционных изменений панели 10 солнечных элементов и связанных с ними недостатков.Referring to FIG. 3, the solar cell control system 300 is suitable for use with a wide range of photovoltaic devices. In one embodiment, the solar cell control system 300 may be suitable for use with the solar cell 100 shown in FIG. 1. For example, solar cell 100 may represent any suitable generation of solar cells, such as crystalline silicon-based cells (first generation), thin-film solar cells including amorphous silicon cells (second generation), and / or third-generation cells. The solar cell control system 300 can advantageously be used with any generation of solar cell 100 without structural changes and associated disadvantages. In another embodiment, the solar cell control system 300 may be suitable for use with multiple solar cells 100, such as the solar cell panels 10 shown in FIG. 2. As previously discussed, multiple solar cells 100 can be connected (in series and / or in parallel) together to form a solar cell panel 10. The solar cell panels 10 can be mounted on a support structure (not shown) by ground-based, rooftop, sun-tracking systems, fixed rods, and so on, and can be used for both ground-based and spaceborne devices. Likewise, the solar cell management system 300 can advantageously be used with any generation of solar panel 10 without structural changes to solar panel 10 and associated disadvantages.

Как показано на фиг. 3, фотоэлектрическое устройство 200 взаимодействует с электрическим полем 250. В некоторых вариантах осуществления полярность электрического поля 250 может быть подана либо в одинаковом направлении, либо в обратном направлении с полярностью электродов 101а, 101b (показаны на фиг. 1) в фотоэлектрическом устройстве 200. Например, если подача электрического поля 250 осуществляется в одинаковом направлении с полярностью электродов 101а, 101b в фотоэлектрическом устройстве 200, электрическое поле 250 воздействует на электронно-дырочные пары в фотоэлектрическом устройстве 200, прикладывая силу -е-Е или h'E электрону или дырке соответственно, ускоряя тем самым подвижность электрона и дырки в направлении соответствующих электродов. В качестве альтернативы, если полярность электрического поля 250 является обратной, подвижность электроннодырочных пар в фотоэлектрическом устройстве 200 уменьшается, увеличивая тем самым ток при рекомбинации в фотоэлектрическом устройстве 200. Соответственно, коэффициент полезного действия фотоэлектрического устройства 200 может быть уменьшен по желанию, например, для управления выходной мощностью фотоэлектрического устройства 200. Кроме того, электрическое поле 250, подаваемое на фотоэлектрическое устройство 200, может быть по желанию статическим или изменяющимся во времени. В случае, когда электрическое поле 250 изменяется во времени, электрическое поле 250 обладает усредненной по времени величиной, которая отлична от нуля. Выражаясь по-другому, чистая сила, действующая на электроны и дырки, отлична от нуля для обеспечения повышенной подвижности электроннодырочных пар фотоэлектрического устройства 200.As shown in FIG. 3, the photovoltaic device 200 interacts with an electric field 250. In some embodiments, the polarity of the electric field 250 can be applied in either the same direction or in the opposite direction with the polarity of the electrodes 101a, 101b (shown in FIG. 1) in the photovoltaic device 200. For example, if the electric field 250 is applied in the same direction as the polarity of the electrodes 101a, 101b in the photovoltaic device 200, the electric field 250 acts on the electron-hole pairs in the photovoltaic device 200, applying a force -e - E or h'E to the electron or hole, respectively, thereby accelerating the mobility of an electron and a hole in the direction of the corresponding electrodes. Alternatively, if the polarity of the electric field 250 is reversed, the mobility of the electron-hole pairs in the photovoltaic device 200 is reduced, thereby increasing the recombination current in the photovoltaic device 200. Accordingly, the efficiency of the photovoltaic device 200 can be reduced as desired, for example, to control the power output of the photovoltaic device 200. In addition, the electric field 250 supplied to the photovoltaic device 200 can be static or time-varying as desired. In the case where the electric field 250 changes over time, the electric field 250 has a time-averaged value that is different from zero. In other words, the net force acting on the electrons and holes is nonzero to provide increased mobility of the electron-hole pairs of the photovoltaic device 200.

Применительно к традиционному солнечному элементу 100, приведенному на фиг. 1, при отсутствии внешней нагрузки 30 (показана на фиг. 1) для создания электрического поля 250 на электроды 101а, 101b солнечного элемента 100 может быть подано внешнее напряжение. В одном варианте осуществления электрическое поле 250 (например, между электродами 101а, 101b) определяется уравнением 1:For a conventional solar cell 100 shown in FIG. 1, in the absence of an external load 30 (shown in FIG. 1), an external voltage may be applied to the electrodes 101a, 101b of the solar cell 100 to create an electric field 250. In one embodiment, an electric field 250 (e.g., between electrodes 101a, 101b) is defined by Equation 1:

Е = (уравнение ·/)= E (y alignment · /)

В уравнении 1 Е - электрическое поле 250, VApp - напряжение, подаваемое извне к фотоэлектрическому устройству 200, Vp - выходное напряжение фотоэлектрического устройства 200 (например, ~ 30 вольт) и t - толщина полупроводникового материала в фотоэлектрическом устройстве 200 от электрода 101а до 101b. Например, предположим, что VApp - Vp = 200 В (номинально) и толщина t составляет приблизительно 0,02 см, электрическое поле 250 составляет приблизительно 10 кВ/см. Как видно из уравнения 1, при уменьшении толщины t фотоэлектрического устройства 200 (например, менее 0,01 см) могут быть получены более сильные электрические поля 250 с использованием тех же или более низких напряжений.In equation 1, E is the electric field 250, V App is the voltage applied externally to the photovoltaic device 200, V p is the output voltage of the photovoltaic device 200 (for example, ~ 30 volts), and t is the thickness of the semiconductor material in the photovoltaic device 200 from electrode 101a to 101b. For example, suppose V App - Vp = 200 V (nominal) and the thickness t is approximately 0.02 cm, the electric field 250 is approximately 10 kV / cm. As can be seen from Equation 1, by decreasing the thickness t of the photovoltaic device 200 (eg, less than 0.01 cm), stronger electric fields 250 can be obtained using the same or lower voltages.

Как уже говорилось выше, фотоэлектрическое устройство 200, как правило, питает внешнюю нагрузку, такую как нагрузка 30 солнечного элемента 100. Ссылаясь на уравнение 1, если подача внешнегоAs discussed above, the photovoltaic device 200 typically supplies an external load, such as the load 30 of the solar cell 100. Referring to Equation 1, if the supply of an external

- 6 035983 напряжения VApp осуществляется непосредственно на фотоэлектрическое устройство 200, которое питает внешнюю нагрузку 30, внешняя нагрузка 30 может содержать активные составляющие, которые потребляют ток от источника подаваемого напряжения VApp. Выражаясь по-другому, подача внешнего напряжения VApp на фотоэлектрическое устройство 200 может эффективно доставлять мощность на общую схему, что представлено уравнением 2:6,035983 voltage V App is applied directly to the photovoltaic device 200, which supplies external load 30, external load 30 may contain active components that draw current from the applied voltage source V App . In other words, applying an external voltage V App to the photovoltaic device 200 can efficiently deliver power to the common circuit, as represented by Equation 2:

Мощностьвходная = (Уравнение?) Input power = (Equation?)

В уравнении 2 RL - полное сопротивление внешней нагрузки 30.In equation 2, RL is the external load impedance 30.

В некоторых случаях входная мощность может быть значительно больше, чем выходная мощность фотоэлектрического устройства 200. Соответственно, система 300 управления фотоэлектрическими элементами выполнена с возможностью подачи электрического поля 250 на фотоэлектрическое устройство 200 без введения большей энергии, чем фотоэлектрическое устройство 200 способно производить, или большей энергии, чем было бы получено путем подачи электрического поля на фотоэлектрическое устройство 200.In some cases, the input power may be significantly greater than the output power of the photovoltaic device 200. Accordingly, the photovoltaic cell driver system 300 is configured to supply an electric field 250 to the photovoltaic device 200 without introducing more energy than the photovoltaic device 200 is capable of producing, or more energy than would be obtained by applying an electric field to the photovoltaic device 200.

Система 300 управления солнечными элементами может подавать внешнее напряжение VApp на фотоэлектрическое устройство 200 с использованием любых подходящих средств, описанных в данной заявке, в том числе с использованием переключателя 55, как показано на фиг. 4. Обращаясь к фиг. 4, фотоэлектрическое устройство 200 может представлять любое количество фотоэлектрических устройств, таких как солнечный элемент 100 и/или панели 10 солнечных элементов, как показано. Панели 10 солнечных элементов соединены с переключателем 55, таким как однополюсный, двухпозиционный (или на три направления) переключатель, как показано. В одном варианте осуществления переключатель 55 также подключен к источнику 50 напряжения и внешней нагрузке RL (например, показанной в виде инвертора 31). Инвертор 31 может преобразовывать постоянные напряжение и ток в переменные напряжение и ток, которые, как правило, совместимы с напряжением и частотой с традиционными электрическими сетями переменного напряжения. Выходная частота инвертора 31 и амплитуда переменного тока/напряжения может зависеть от страны, местоположения и местных требований сети.The solar cell control system 300 can supply an external voltage V App to the photovoltaic device 200 using any suitable means described herein, including using a switch 55 as shown in FIG. 4. Referring to FIG. 4, photovoltaic device 200 may represent any number of photovoltaic devices such as solar cell 100 and / or solar cell panels 10 as shown. The solar cell panels 10 are connected to a switch 55, such as a single pole, double throw (or three way) switch, as shown. In one embodiment, switch 55 is also connected to voltage supply 50 and external load RL (eg, shown as inverter 31). The inverter 31 can convert direct voltage and current to alternating voltage and current, which are generally compatible with the voltage and frequency with conventional AC power grids. The output frequency of the inverter 31 and the AC current / voltage amplitude may vary depending on country, location and local grid requirements.

Источник 50 напряжения может содержать любые подходящие средства для поддержания постоянного напряжения, в том числе идеальные источники напряжения, управляемые источники напряжения и так далее. Тем не менее в некоторых вариантах осуществления, таких как вариант осуществления, показанный ниже со ссылкой на фиг. 9А, источник 50 напряжения может иметь поддающееся изменению, регулируемое выходное напряжение (например, напряжение, изменяющееся во времени). Орган 45 управления переключателя (или контроллер) подключается к переключателю 55, чтобы управлять длительностью соединения и/или частотой переключения, например, между источником 50 напряжения и инвертором 31 с панелью 10 солнечных элементов. Контроллер 45 переключателя может быть предварительно установлен для работы с фиксированной длительностью D переключения и частотой f переключения (показаны на фиг. 5А-С). Напряжение, подаваемое в первом положении переключателя 55, может быть фиксированным и зависеть от источника 50 напряжения. В некоторых вариантах осуществления величина подаваемого напряжения источником 50 напряжения, длительность D соединения и/или частота f переключения могут быть заранее установлены и/или изменяться в зависимости от условий нагрузки.The voltage source 50 may contain any suitable means for maintaining a constant voltage, including ideal voltage sources, controlled voltage sources, and so on. However, in some embodiments, such as the embodiment shown below with reference to FIG. 9A, voltage source 50 may have a variable, adjustable output voltage (eg, time varying voltage). A switch control 45 (or controller) is connected to a switch 55 to control the duration of the connection and / or the switching frequency, for example, between the voltage source 50 and the inverter 31 with solar panel 10. Switch controller 45 may be preset to operate with a fixed switching duration D and switching frequency f (shown in FIGS. 5A-C). The voltage supplied in the first position of the switch 55 may be fixed and dependent on the voltage source 50. In some embodiments, the voltage applied by the voltage source 50, the duration D of the connection, and / or the switching frequency f may be preset and / or varied depending on the load conditions.

Например, переключатель 55 соединяет панели 10 солнечных элементов с источником 50 напряжения в первом положении (как показано стрелкой в переключателе 55 на фиг. 4). При соединении в первом положении источник 50 напряжения подает напряжение VApp на электроды 101а, 101b (показаны на фиг. 1) панелей 10 солнечных элементов и наводит электрическое поле 250 (показано на фиг. 3) на каждую панель 10 солнечных элементов. После того, как электрическое поле 250 было сформировано на панели 10 солнечных элементов, переключатель 55 переключается для соединения панелей 10 солнечных элементов с инвертором 31 (т. е., нагрузкой RL) во втором положении. Соответственно, источник 50 напряжения может обеспечить электрическое поле 250 без одновременного соединения с панелями 10 солнечных элементов и инвертором 31. Таким образом, снова со ссылкой на уравнение 2, подача внешнего напряжения VAPP не позволяет нагрузке RL (например, инвертору 31) потреблять ток непосредственно от источника 50 напряжения.For example, switch 55 connects solar panels 10 to voltage source 50 in a first position (as indicated by the arrow in switch 55 in FIG. 4). When connected in the first position, the voltage source 50 applies a voltage VApp to the electrodes 101a, 101b (shown in FIG. 1) of the solar panels 10 and induces an electric field 250 (shown in FIG. 3) to each solar panel 10. After the electric field 250 has been generated on the solar panel 10, the switch 55 is switched to connect the solar panels 10 to the inverter 31 (ie, the load RL) in the second position. Accordingly, the voltage source 50 can provide an electric field 250 without being simultaneously connected to the solar panels 10 and the inverter 31. Thus, again with reference to Equation 2, the application of the external voltage V APP prevents the load RL (eg, inverter 31) from drawing current directly from a voltage source 50.

Подача электрического поля 250 на панели 10 солнечных элементов может увеличить ток и выходную мощность панелей 10 солнечных элементов на заданную величину при соединении впоследствии панелей 10 солнечных элементов с инвертором 31 во втором положении. Заданная величина зависит от интенсивности света, падающего на панели 10 солнечных элементов, напряжения VApp, подаваемого на панели 10 солнечных элементов источником 50 напряжения, толщины панелей 10 солнечных элементов, частоты f, с которой источник 50 напряжения соединяется с панелями 10 солнечных элементов, и коэффициента заполнения процесса переключения между первым положением и вторым положением, при этом коэффициент заполнения определяется как интервал времени, когда панели 10 солнечных элементов соединены с источником 50 напряжения, деленный на время переключения 1/f (т.е. умноженный на частоту f или деленный на весь период сигнала). Следует отметить, что время D длительности переключения, частота f переключения и коэффициент заполнения все являются такими взаимосвязанными величинами, что определение значений любых двух из величин позволяет определить третью величину. На- 7 035983 пример, установление частоты переключения и коэффициента заполнения позволяет определять время D длительности переключения. Например, в условиях высокой интенсивности света повышение выходной мощности может быть порядка 20%; в условиях низкой освещенности - 50+%.Applying an electric field 250 to the solar panel 10 can increase the current and the output of the solar panels 10 by a predetermined amount when subsequently connecting the solar panels 10 to the inverter 31 in the second position. The predetermined value depends on the intensity of the light incident on the solar panel 10, the voltage V App applied to the solar panel 10 by the voltage source 50, the thickness of the solar panels 10, the frequency f with which the voltage source 50 is connected to the solar panels 10, and duty cycle of the switching process between the first position and the second position, wherein the duty factor is defined as the time interval when solar panels 10 are connected to the voltage source 50 divided by the 1 / f switching time (i.e., multiplied by the frequency f or divided by the entire signal period). It should be noted that the switching time D, switching frequency f, and duty cycle are all such interrelated quantities that determining the values of any two of the quantities allows a third quantity to be determined. For example, setting the switching frequency and duty cycle allows the time D of the switching duration to be determined. For example, under high light intensity conditions, the increase in output power can be in the order of 20%; in low light conditions - 50 +%.

Вариант осуществления, показанный на фиг. 4, преимущественно обеспечивает электрическое поле 250 на фотоэлектрическом устройстве 200 без необходимости изменения панелей 10 солнечных элементов и/или солнечных элементов 100, предусматривающего дополнительные внешние электроды. В некоторых вариантах осуществления устройство хранения энергии, такое как конденсатор 41, катушка 42 индуктивности, и/или аккумуляторная батарея 43, может быть размещено перед инвертором 31, чтобы подавить любые ослабления напряжения, наблюдаемые инвертором 31 в то время, когда переключатель 55 находится в первом положении. Соответственно, в то время как инвертор 31 (т.е., нагрузка) отсоединен от панелей 10 солнечных элементов, когда переключатель 55 находится в первом положении, и электрическое поле 250 формируется на панели 10 солнечных элементов (т.е. на время D переключения, показанное на фиг. 5А-О), устройство хранения энергии снабжает энергией инвертор 31, чтобы поддерживать ток, протекающий в течение этого интервала переключения. Выражаясь по-другому, устройство хранения энергии может разряжаться в то время, когда панели 10 солнечных элементов отсоединены от инвертора 31.The embodiment shown in FIG. 4, advantageously provides an electric field 250 on the photovoltaic device 200 without the need to modify solar cell panels 10 and / or solar cells 100 to provide additional external electrodes. In some embodiments, an energy storage device, such as a capacitor 41, an inductor 42, and / or a battery 43, may be positioned in front of the inverter 31 to suppress any voltage dips observed by the inverter 31 while the switch 55 is in the first position. Accordingly, while the inverter 31 (i.e., the load) is disconnected from the solar panels 10, when the switch 55 is in the first position and an electric field 250 is generated on the solar panel 10 (i.e., for the switching time D shown in Fig. 5A-O), the power storage device supplies power to the inverter 31 to maintain the current flowing during this switching interval. In other words, the energy storage device can be discharged while the solar panels 10 are disconnected from the inverter 31.

Таким образом, не требуется непрерывно подавать постоянное напряжение от источника 50 напряжения, которое, в свою очередь, создает электрическое поле 250, чтобы увидеть улучшение выходной мощности панелей 10 солнечных элементов. Например, при длительности времени D переключения, составляющей номинально 10-2000 нс, VApp, составляющему номинально 100-500+ вольт и частоте f переключения, составляющей 20 микросекунд, может быть использован коэффициент заполнения, составляющий номинально 0,1-10%. Катушка 42 индуктивности, конденсатор 41 и/или аккумуляторная батарея 43 выбираются таким образом, чтобы иметь достаточный размер для обеспечения достаточного разряда в то время, когда панели 10 солнечных элементов отсоединены, а электрическое поле 250 подается с размещением на панелях 10 солнечных элементов, не вызывая ослабления напряжения на выходе инвертора 31.Thus, it is not necessary to continuously apply a constant voltage from the voltage source 50, which, in turn, creates an electric field 250 in order to see the improvement in the output power of the solar panels 10. For example, with a switching time D of nominally 10-2000 ns, V App nominally 100-500 + volts and a switching frequency f of 20 microseconds, a duty factor of nominally 0.1-10% may be used. Inductor 42, capacitor 41, and / or battery 43 are selected to be large enough to provide sufficient discharge while the solar panels 10 are disconnected and an electric field 250 is applied to the solar panels 10 without causing voltage attenuation at the inverter output 31.

Например, размер конденсатора 41, который размещается параллельно с нагрузкой (например, инвертором 31) определяется приемлемым снижением напряжения, которое инвертор 31 может допускать в течение времени D переключения. Например, если снижение напряжения в течение времени D переключения не должно быть меньше, чем 90% максимального напряжения, генерируемого фотоэлектрическим устройством 200, конденсатор должен иметь размер в соответствии с уравнением 3:For example, the size of the capacitor 41 that is placed in parallel with the load (eg, inverter 31) is determined by the acceptable voltage drop that the inverter 31 can tolerate during the switching time D. For example, if the voltage drop during the switching time D is not to be less than 90% of the maximum voltage generated by the photovoltaic device 200, the capacitor must be sized according to Equation 3:

41 = „ , (Уравнение 3)| С 41 = „, (Equation 3)

RL]n(MaxV) ' 'R L ] n (MaxV) ''

В уравнении 3: D - длительность соединения переключателя с источником 50 напряжения и MaxV необходимый процент от максимального напряжения, (например, 90% в приведенном выше примере). Аналогичным образом могут быть рассчитаны индуктивность и/или аккумуляторная батарея.In equation 3: D is the duration of the connection of the switch to the voltage source 50 and MaxV is the required percentage of the maximum voltage, (for example, 90% in the above example). Similarly, inductance and / or battery can be calculated.

На фиг. 5А показано управляющее напряжение контроллера 45 переключателя в зависимости от времени для активации и управления переключателем 55 с использованием системы 300 управления фотоэлектрическими элементами, показанной на фиг. 4. В этом примере панели 10 солнечных элементов отсоединены от инвертора 31 и соединены с источником 50 напряжения в первом положении переключателя 55 в течение длительности D, которая повторяется через каждые 1/f с. На фиг. 5В показано напряжение источника 50 напряжения, обеспечиваемое переключателем 55 в первом положении, в зависимости от времени. На фиг. 5С показано выходное напряжение переключателя 55 из панелей 10 солнечных элементов (при параллельном соединении) в зависимости от времени на выходе переключателя 55, который подключается к инвертору 31 во втором положении. Аналогичным образом, на фиг. 5D показано напряжение в зависимости от времени на выходе переключателя 55, который подключен к инвертору 31, имеющему подключенный между ними конденсатор 41.FIG. 5A shows the control voltage of the switch controller 45 versus time for activating and controlling the switch 55 using the photovoltaic cell control system 300 shown in FIG. 4. In this example, solar cell panels 10 are disconnected from inverter 31 and connected to voltage source 50 in the first position of switch 55 for a duration D that repeats every 1 / f s. FIG. 5B shows the voltage of the voltage source 50 provided by the switch 55 in the first position as a function of time. FIG. 5C shows the output voltage of the switch 55 of solar panels 10 (in parallel connection) versus time at the output of the switch 55, which is connected to the inverter 31 in the second position. Similarly, in FIG. 5D shows the voltage versus time at the output of the switch 55, which is connected to an inverter 31 having a capacitor 41 connected therebetween.

Падение напряжения, принимаемого инвертором 31, показанное на фиг. 5D, в конце длительности D переключения предполагает снижение напряжения, рассмотренное выше. Снижение напряжения зависит от размера конденсатора 41, катушки 42 индуктивности и/или аккумуляторной батареи 43. В одном примере системы 300, которая не содержит конденсатор 41, катушку 42 индуктивности или аккумуляторную батарею 43, напряжение, подаваемое на вход инвертора 31, выступает в качестве выходного напряжения, показанного на фиг. 5С. На фиг. 6 представлен альтернативный вариант осуществления системы 300 управления фотоэлектрическими элементами, показанной на фиг. 3. Обращаясь к фиг. 6, фотоэлектрическое устройство 200 может представлять любое количество фотоэлектрических устройств, таких как солнечный элемент 100 и/или панели 10 солнечных элементов, как показано. Как показано, панели 10 солнечных элементов соединены параллельно, но также могут быть соединены последовательно и в любой комбинации соединений.The voltage drop received by the inverter 31 shown in FIG. 5D, at the end of the switching duration D assumes the voltage drop discussed above. The voltage drop depends on the size of capacitor 41, inductor 42, and / or battery 43. In one example of a system 300 that does not include capacitor 41, inductor 42, or battery 43, the voltage applied to the input of inverter 31 acts as an output voltage shown in FIG. 5C. FIG. 6 depicts an alternative embodiment of the photovoltaic control system 300 shown in FIG. 3. Referring to FIG. 6, photovoltaic device 200 may represent any number of photovoltaic devices such as solar cell 100 and / or solar cell panels 10 as shown. As shown, solar cell panels 10 are connected in parallel, but can also be connected in series and in any combination of connections.

Устройство 60 для генерирования импульсов напряжения, такой как генератор высоковольтных импульсов, может подавать изменяющийся во времени импульс 71 напряжения (как показано на фиг. 7) на одну или несколько панелей 10 солнечных элементов. В одном варианте осуществления длительность DP импульса 71 напряжения может быть короткой, номинально 10-2000 нс, и величина может бытьA voltage pulse generator 60, such as a high voltage pulse generator, may apply a time varying voltage pulse 71 (as shown in FIG. 7) to one or more solar cell panels 10. In one embodiment, the duration D P of the voltage pulse 71 may be short, nominally 10-2000 ns, and the magnitude may be

- 8 035983 большой, номинально 100-500+ вольт. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, приложенные напряжения, длительность импульса, и частота следования импульсов фиксируются на заданном уровне, чтобы обеспечить оптимальную производительность при выбранных условиях эксплуатации. Например, со ссылкой на фиг. 6 и 7, импульс 71 напряжения имеет длительность DP, составляющую приблизительно 1000 нс, этот импульс 71 напряжения повторяется с периодом 1/f. Длительность DP импульса 71 напряжения и частота f импульса 71 напряжения выбираются таким образом, чтобы реактивное сопротивление катушки индуктивности в инверторе 31 напряжения представляло высокое полное сопротивление для устройства 60 для генерирования импульсов напряжения, это высокое полное сопротивлением позволяет развиваться высокому напряжению на электродах 101а, 101b (показаны на фиг. 1) панелей 10 солнечных элементов и не быть закороченным инвертором 31.- 8 035983 large, nominally 100-500 + volts. In the embodiment shown in FIG. 6, applied voltages, pulse width, and pulse repetition rate are clamped to a predetermined level to ensure optimal performance under the selected operating conditions. For example, referring to FIG. 6 and 7, the voltage pulse 71 has a duration D P of approximately 1000 ns, this voltage pulse 71 repeats with a period of 1 / f. The duration D P of the voltage pulse 71 and the frequency f of the voltage pulse 71 are selected such that the reactance of the inductor in the voltage inverter 31 represents a high impedance for the voltage pulse generating device 60, this high impedance allows a high voltage to develop across the electrodes 101a, 101b (shown in Fig. 1) solar panels 10 and not be short-circuited by inverter 31.

Кроме того, на входе инвертора 31 могут быть размещены последовательно включенные катушки индуктивности (не показаны), эти последовательно включенные катушки индуктивности способны поддерживать входной ток инвертора 31 и действовать как высокочастотный дроссель таким образом, чтобы импульсы 71 напряжения не ослаблялись (или фактически не закорочивались) активной составляющей инвертора 31. Коэффициент заполнения (время импульса/время паузы) может составлять номинально 0,1-10%.In addition, inductors in series (not shown) can be placed at the input of the inverter 31, these series inductors are capable of supporting the input current of the inverter 31 and act as a high frequency choke so that the voltage pulses 71 are not attenuated (or actually short-circuited). active component of the inverter 31. The duty cycle (pulse time / pause time) can be nominally 0.1-10%.

Напряженность электрического поля 250, приложенного на фотоэлектрическое устройство 200, зависит от конструкции фотоэлектрического устройства 200, например, толщины фотоэлектрического устройства 200, материала и диэлектрической проницаемости фотоэлектрического устройства 200, максимального напряжения пробоя фотоэлектрического устройства 200 и так далее. Для импульса 71 напряжения, показанного на фиг. 7, анализ Фурье этой формы волны приводит к серии импульсов с частотами ω = πω0, где ω0 = 2nf, а мощность импульсов задается уравнением 4:The strength of the electric field 250 applied to the photovoltaic device 200 depends on the design of the photovoltaic device 200, for example, the thickness of the photovoltaic device 200, the material and dielectric constant of the photovoltaic device 200, the maximum breakdown voltage of the photovoltaic device 200, and so on. For the voltage pulse 71 shown in FIG. 7, Fourier analysis of this waveform results in a series of pulses with frequencies ω = πω 0 , where ω 0 = 2nf, and the pulse power is given by Equation 4:

ОО (Уравнение 4)OO (Equation 4)

V1 sin плт v(ω) = 2πτνΑρρ ) —— 2—ι ПТГГ п= —соV 1 sin plt v (ω) = 2πτν Αρρ ) —— 2 — ι PTGG n = —co

В уравнении 4 n - ряд целых чисел от -ж до +ж. Соответственно, импульс нулевого порядка (т. е., n=0) имеет постоянную составляющую, которая замыкается через активную нагрузку RL. Первый порядок импульса 71 напряжения, подаваемого на панели 10 солнечных элементов, представляет собой VApp (1 - DP/f), где DP/f- коэффициент заполнения импульса, DP -длительность импульса и f - частота следования импульса. Так как индуктивность инвертора 31 действует как высокое полное сопротивление Z на импульс 71 напряжения, генерируемый согласно варианту осуществления на фиг. 6 импульс 71 высокого напряжения развивается на каждой из панелей 10 солнечных элементов, что, в свою очередь, создает высокое электрическое поле 250 на панелях 10 солнечных элементов.In equation 4, n is a series of integers from -zh to + zh. Accordingly, the zero-order pulse (i.e., n = 0) has a DC component, which is closed through the resistive load RL. The first order of the voltage pulse 71 applied to the solar panel 10 is V App (1 - DP / f), where DP / f is the duty cycle, DP is the pulse duration, and f is the pulse repetition rate. Since the inductance of the inverter 31 acts as a high impedance Z on the voltage pulse 71 generated according to the embodiment of FIG. 6, a high voltage pulse 71 develops on each of the solar panels 10, which in turn creates a high electric field 250 on the solar panels 10.

Как показано на фиг. 6, инвертор 31 напряжения представляет собой внешнюю нагрузку RL. Однако внешняя нагрузка RL может содержать чисто активные составляющие, поэтому комплект катушек индуктивности может быть размещен последовательно с нагрузкой RL, чтобы действовать в качестве высокочастотного дросселя, чтобы импульс 71 напряжения (и электрическое поле 250) подавался на панели 10 солнечных элементов.As shown in FIG. 6, the voltage inverter 31 is an external load RL. However, the external load R L can contain purely active components, so the set of inductors can be placed in series with the load R L to act as a high frequency choke so that the voltage pulse 71 (and the electric field 250) is applied to the solar panel 10.

В устройстве 60 для генерирования импульсов напряжения, чтобы подать желаемый импульс 71 напряжения, может быть использовано любое количество схем. Одна такая примерная схема, используемая в устройстве 60 для генерирования импульсов напряжения, показана на фиг. 8. Как показано, устройство 60 для генерирования импульсов напряжения содержит генератор 61 импульсов (не показан), источник 69 высокого напряжения (не показан) и переключающий транзистор 68 для прикладывания импульса 71 высокого напряжения к панелям 10 солнечных элементов (например, переключая выходное напряжение источника 69 высокого напряжения на панели 10 солнечных элементов), показанные на фиг. 6. Устройство 60 для генерирования импульсов напряжения, показанный на фиг. 8, содержит устройство, которое передает электрические сигналы между двумя электрически изолированными схемами с использованием света, такое как оптрон 62, чтобы изолировать генератор 61 импульсов от высоковольтного переключающего транзистора 68.Any number of circuits may be used in the voltage pulse generator 60 to deliver the desired voltage pulse 71. One such exemplary circuit used in the voltage pulse generating apparatus 60 is shown in FIG. 8. As shown, the device 60 for generating voltage pulses includes a pulse generator 61 (not shown), a high voltage source 69 (not shown), and a switching transistor 68 for applying a high voltage pulse 71 to the solar panels 10 (for example, switching the output voltage of the source 69 high voltage solar panel 10) shown in FIG. 6. The voltage pulse generating device 60 shown in FIG. 8 comprises a device that transmits electrical signals between two electrically isolated circuits using light, such as an optocoupler 62, to isolate the pulse generator 61 from the high voltage switching transistor 68.

Преимущественно, оптрон 62 препятствует влиянию высокого напряжения (например, от источника 69 высокого напряжения) на импульсный сигнал 71. Схема 62 оптрона изображена с выводами 1-8 и показана как часть входной схемы устройства 60 для генерирования импульсов напряжения.Advantageously, the optocoupler 62 prevents high voltage (eg, from a high voltage source 69) from influencing the pulse signal 71. The optocoupler circuit 62 is depicted with terminals 1-8 and is shown as part of the input circuitry of the voltage pulse generating device 60.

Источник 63 напряжения смещения (не показан) обеспечивает подачу напряжения (например, 15 В постоянного тока) на оптрон 62 для подачи необходимого смещения для оптрона 62. Конденсатор 64 изолирует источник 63 напряжения смещения, создавая путь переменного тока для любого сигнала после искажения источника напряжения смещения к оптрону 62. Выводы 6 и 7 оптрона 62 являются выходами сигнала переключения оптрона 62, используемого для приведения в действие высоковольтного переключающего транзистора 68. Диод 66 - такой как кремниевый стабилитрон - используется для удержания порога переключения переключающего транзистора 68 выше рабочей точки диода 66, устраняя любой шум от случайного включения переключающего транзистора 68. Резистор 67 устанавливает точку смещения для затвора G и эмиттера Е переключающего транзистора 68. Когда напряжение, подаваемое на выводы 6 и 7 оптрона 62, превышает порог, установленный резистором 67, переключающий транзисторA bias voltage source 63 (not shown) provides a voltage (for example, 15 VDC) to the optocoupler 62 to provide the necessary bias for the optocoupler 62. Capacitor 64 isolates the bias voltage source 63, creating an AC path for any signal after the bias source distorts to optocoupler 62. Pins 6 and 7 of optocoupler 62 are outputs of the switching signal of optocoupler 62 used to drive high voltage switching transistor 68. Diode 66 - such as a silicon zener diode - is used to hold the switching threshold of switching transistor 68 above the operating point of diode 66, eliminating any noise from accidentally turning on the switching transistor 68. Resistor 67 sets the bias point for the gate G and emitter E of the switching transistor 68. When the voltage applied to pins 6 and 7 of the optocoupler 62 exceeds the threshold set by resistor 67, the switching transistor

- 9 035983 открывается, и между коллектором С и эмиттером Е высоковольтного переключающего транзистора 68 протекает ток. Соответственно, высоковольтный переключающий транзистор 68 представляет собой источник приложенного высокого напряжения для панелей 10 солнечных элементов до тех пор, пока входной импульс управления генератора 61 импульсов не падает ниже установленного порогового значения на G высоковольтного переключающего транзистора 68, что останавливает прохождение тока через C-G, закрывая переключающий транзистор 68. Как и в предыдущих вариантах осуществления, описанных выше, подача электрического поля 250 на панели 10 солнечных элементов может увеличить ток и выходную мощность панелей 10 солнечных элементов на заданную величину при соединении впоследствии к инвертору 31 (например, в зависимости от интенсивности света, падающего на панели 10 солнечных элементов, напряжения Vapp, подаваемого на панели 10 солнечных элементов от источника 50 напряжения, толщины панелей 10 солнечных элементов, длительности DP импульса и частоты f, с которыми импульс 71 напряжения подается на панели 10 солнечных элементов, и так далее). Аналогичным образом в условиях высокой интенсивности света улучшение выходной мощности панелей 10 солнечных элементов может составлять порядка 20%; а в условиях низкой освещенности может составлять 50+%.9 035983 opens and current flows between the collector C and the emitter E of the high voltage switching transistor 68. Accordingly, the high voltage switching transistor 68 provides an applied high voltage for the solar panels 10 until the input control pulse of the pulse generator 61 falls below the set threshold value on G of the high voltage switching transistor 68, which stops current flow through the CG, closing the switching transistor 68. As in the previous embodiments described above, applying an electric field 250 to the solar panel 10 can increase the current and output power of the solar panels 10 by a predetermined amount when subsequently connected to the inverter 31 (for example, depending on the light intensity, falling on solar panels 10, voltage Vapp supplied to solar panels 10 from voltage source 50, thickness of solar panels 10, pulse duration D P and frequency f with which voltage pulse 71 is applied to solar panels 10 comrade, and so on). Similarly, under high light intensity conditions, the improvement in output power of solar panels 10 can be in the order of 20%; and in low light conditions it can be 50 +%.

Улучшение характеристик фотоэлектрического устройства 200, взаимодействующего с электрическим полем 250, может быть измерено как увеличение тока короткого замыкания солнечного элемента, Isc, как показано в уравнении 5:The improvement in the performance of the photovoltaic device 200 interacting with the electric field 250 can be measured as an increase in the solar cell short-circuit current, I sc , as shown in Equation 5:

lsc= Itese [1 + c(V(t, f),t, ε) *(pmsx - р)](Уравнение 5) где IBase - ток короткого замыкания при отсутствии внешнего электрического поля 250 и pmax - максимальная мощность оптического излучения, посредством которой любая дополнительная мощность не создает любых дополнительных электронно-дырочных пар. Так как улучшение выходного тока солнечного элемента обуславливается воздействием электрического поля 250, то форма C(V(T, F),t^) может быть описана уравнением 6:lsc = Itese [1 + c (V (t, f), t, ε) * (p msx - p)] (Equation 5) where I Base is the short-circuit current in the absence of an external electric field 250 and p max is the maximum power optical radiation, whereby any additional power does not create any additional electron-hole pairs. Since the improvement in the output current of the solar cell is due to the action of the electric field 250, the form C (V (T, F), t ^) can be described by equation 6:

c(V(t, f), t, ε) = m(t: £)VApp*(1-exp(T/T0))*exp(-fdecayf) (Уравнение 6)c (V (t, f), t, ε) = m (t : £) V A pp * (1-exp (T / T 0 )) * exp (-f deca yf) (Equation 6)

В уравнении 6 m(t, ε) зависит от фотоэлектрического устройства 200.In equation 6, m (t, ε) depends on the photovoltaic device 200.

Улучшение тока короткого замыкания Isc из-за электрического поля 250 может быть линейным в отношении подаваемого напряжения VApp. Улучшение, наблюдаемое по отношению к частоте следования импульсов, имеет характерную скорость спадания (1/fdecay) и характеризуется экспоненциальностью по отношению к частоте f следования импульсов. Улучшение, наблюдаемое в отношении длительности т импульса, может также характеризоваться экспоненциальностью, и описывать, как быстро подаваемое напряжение VApp достигает полной величины. Улучшение, наблюдаемое в отношении длительности т импульса, зависит от особенностей устройства 60 для генерирования импульсов напряжения. Увеличение тока короткого замыкания Isc в зависимости от подаваемого напряжения VApp, частоты f следования импульсов и длительности т импульса показаны на фиг. 11А-С соответственно.The improvement in short circuit current I sc due to electric field 250 can be linear with the applied voltage V App . The improvement observed with respect to the pulse repetition rate has a characteristic decay rate (1 / f decay ) and is exponential with respect to the pulse repetition rate f. The improvement observed in pulse width t can also be exponential, and describe how quickly the applied voltage V App reaches its full value. The improvement observed in pulse duration t depends on the characteristics of the voltage pulse generating device 60. The increase in short-circuit current I sc as a function of the applied voltage V App , pulse repetition frequency f and pulse duration t are shown in FIG. 11A-C, respectively.

На фиг. 11А показано ожидаемое улучшение тока короткого замыкания Isc для панели 10 солнечных элементов (показана на фиг. 2) в зависимости от величины подаваемого импульса напряжения VAPP. Как показано, длительность импульса и частота следования импульсов фиксированы, а величина напряжения импульса изменяется от 50 до 250 В. Улучшение тока короткого замыкания Msc возрастает номинально от 0,1 до 2 А. Изменение тока короткого замыкания ΔΙ8(; в зависимости от подаваемого импульса напряжения VAPP для первого порядка является приблизительно линейным. На фиг. 11В показано изменение улучшения тока короткого замыкания Msc в зависимости от частоты следования импульсов при фиксированной длительности импульса и фиксированном напряжении импульса. Как показано на фиг. 11В, улучшение тока короткого замыкания ΔΙ8(; уменьшается приблизительно от 1,7 А до приблизительно 0,45 А при увеличении частоты следования импульсов от 10 до 100 в произвольных единицах времени. Такое поведение является приблизительно экспоненциальным. На фиг. 11С показано изменение улучшения тока короткого замыкания ΔΙ^ в зависимости от длительности импульса при фиксированной частоте следования импульсов и фиксированном импульсе напряжения. Для этого примера улучшение тока короткого замыкания ΔΙ8(. возрастает от 0 до 1,2 ампер при возрастании длительности импульса по времени от 0 до 2000.FIG. 11A shows the expected improvement in short circuit current I sc for solar panel 10 (shown in FIG. 2) as a function of the applied voltage pulse V APP . As shown, the pulse duration and pulse repetition rate are fixed, and the pulse voltage varies from 50 to 250 V. The improvement in the short-circuit current M sc increases nominally from 0.1 to 2 A. The change in short-circuit current ΔΙ 8 (; depending on the applied voltage pulse V APP for the first order is approximately linear. Fig. 11B shows the change in the improvement of the short circuit current M sc as a function of the pulse repetition rate at a fixed pulse width and a fixed pulse voltage. As shown in Fig. 11B, the improvement in short circuit current ΔΙ 8 (; decreases from about 1.7 A to about 0.45 A as the pulse repetition rate increases from 10 to 100 in arbitrary units of time. This behavior is approximately exponential. Fig. 11C shows the change in the improvement of the short-circuit current ΔΙ ^ as a function of on the pulse duration at a fixed pulse repetition rate and fixed voltage pulse. For this example, the improvement in the short-circuit current ΔΙ 8 ( . Increases from 0 to 1.2 amperes as the pulse duration increases in time from 0 to 2000.

В каждом из описанных вариантов осуществления, увеличивая напряженность электрического поля 250 через электроды 101а, 101b солнечного элемента 100 или панели 10 солнечных элементов увеличивается коэффициент полезного действия солнечного элемента 100 или панели 10, например, вплоть до максимальной электрической напряженности поля Emax. Иначе говоря, как только напряженность электрического поля 250 достигает максимальной напряженности, скорость электронно-дырочной рекомбинации сводится к минимуму. Соответственно, может быть предпочтительным выполнить схему управления фотоэлектрического устройства 200 с возможностью максимального увеличения выходного тока и напряжения при различных условиях эксплуатации.In each of the described embodiments, increasing the electric field 250 through the electrodes 101a, 101b of the solar cell 100 or solar panel 10 increases the efficiency of the solar cell 100 or panel 10, for example, up to the maximum electric field strength E max . In other words, as soon as the strength of the electric field 250 reaches its maximum strength, the rate of electron-hole recombination is minimized. Accordingly, it may be preferable to configure the control circuit of the photovoltaic device 200 to maximize the output current and voltage under various operating conditions.

Например, обращаясь к фиг. 9А, датчик 33 тока и датчик 32 напряжения показаны подключенными к системе 300 управления фотоэлектрическими элементами, показанной на фиг. 4. Как показано, датчик 33 тока подключен последовательно между панелью 10 солнечных элементов и инвертором 31. Датчик 33 тока может отслеживать выходной ток панели 10 солнечных элементов. Аналогичным образом, дат- 10 035983 чик 32 напряжения соединен параллельно к панелям 10 солнечных элементов и инвертору 31 для отслеживания выходного напряжения панели 10 солнечных элементов.For example, referring to FIG. 9A, current sensor 33 and voltage sensor 32 are shown connected to the photovoltaic cell control system 300 shown in FIG. 4. As shown, the current sensor 33 is connected in series between the solar panel 10 and the inverter 31. The current sensor 33 can monitor the output current of the solar panel 10. Likewise, voltage sensor 10 035983 32 is connected in parallel to solar panels 10 and inverter 31 to monitor the output voltage of solar panel 10.

Схема 35 управления подключена как к датчику 33 тока через управляющие выводы 33 а, так и к датчику 32 напряжения через управляющие выводы 32а. Датчик 33 тока может быть встроенным или индукционным измерительным блоком и измеряет выходной ток панелей 10 солнечных элементов. Аналогичным образом датчик 32 напряжения используется для измерения выходного напряжения панелей 10 солнечных элементов. Произведение тока, измеренного датчиком 33 тока, и напряжения, измеренного датчиком 32 напряжения, представляет собой выходную мощность, передаваемую от панелей 10 солнечных элементов к инвертору 31. В некоторых вариантах осуществления датчик 32 напряжения может также служить в качестве источника питания для схемы 35 управления и функционирует только до тех пор, пока панели 10 солнечных элементов освещаются и предоставляют достаточную мощность для активирования схемы 35 управления. Схема 35 управления дополнительно подключается к переключателю 55, чтобы определить времена переключения и частоту, описанные ниже со ссылкой на фиг. 4.The control circuit 35 is connected to both the current sensor 33 via the control terminals 33a and to the voltage sensor 32 via the control terminals 32a. The current sensor 33 can be a built-in or inductive metering unit and measures the output current of the solar panels 10. Similarly, the voltage sensor 32 is used to measure the output voltage of the solar panels 10. The product of the current measured by the current sensor 33 and the voltage measured by the voltage sensor 32 is the output power transmitted from the solar panels 10 to the inverter 31. In some embodiments, the voltage sensor 32 may also serve as a power source for the control circuit 35 and functions only as long as the solar panels 10 are illuminated and provide sufficient power to activate the control circuit 35. The control circuit 35 is further connected to the switch 55 to determine the switching times and frequency, described below with reference to FIG. 4.

Длительность времени переключения и частоты могут быть регулируемой, чтобы подавать напряжение VApp на панели 10 солнечных элементов таким образом, чтобы как ток, сгенерированный в солнечном элементе 100 и измеренный датчиком 33 тока, так и напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, были максимально увеличены при различных условиях эксплуатации, например, при отличающихся или изменяющихся условиях освещенности.The duration of the switching time and frequency can be adjusted to apply the voltage V App to the solar panel 10 so that both the current generated in the solar cell 100 and measured by the current sensor 33 and the voltage measured by the voltage sensor 32 are maximized at different operating conditions, such as different or varying lighting conditions.

В одном варианте осуществления для подачи электрического поля 250 панель 10 солнечных элементов изначально не генерирует мощность, например, в ночное время или при густой облачности. По мере того как панели 10 солнечных элементов освещаются (например, в утренние часы), панелями 10 солнечных элементов генерируется напряжение и ток, и выводы 32а начинают подавать ток и напряжение в схему 35 управления. Схема 35 управления содержит низковольтный источник питания логики (не показан), чтобы приводить в действие управляющую логику в схеме 35 управления. Схема 35 управления также содержит источник 50 питания для обеспечения высоковольтного источника питания. Источник 50 напряжения имеет переменный выходной сигнал, который может быть отрегулирован с помощью схемы 35 управления и отвечает за подачу VApp на вывод 38. Высокое выходное напряжение VApp схемы 35 управления управляет выводом 38 и соединяется с переключателем 55. Вывод 38 используется для подачи напряжения VApp через переключатель 55 на панели 10 солнечных элементов. В этом примере схема 35 управления выполнена с возможностью не подавать любое напряжение VApp на панели 10 солнечных элементов до тех пор, пока панелями 10 солнечных элементов не будет сгенерировано достаточно мощности, чтобы активировать как низковольтный источник питания логики, так и высоковольтный источник питания.In one embodiment, the solar cell panel 10 does not initially generate power to supply the electric field 250, for example, at night or in thick clouds. As the solar cell panels 10 are illuminated (eg, in the morning hours), voltage and current are generated by the solar cell panels 10, and terminals 32a begin to supply current and voltage to the control circuit 35. The control circuit 35 includes a low voltage logic power supply (not shown) to drive the control logic in the control circuit 35. The control circuit 35 also contains a power supply 50 for providing a high voltage power supply. Voltage source 50 has a variable output that can be adjusted by control circuit 35 and is responsible for supplying V App to pin 38. The high output voltage V App of control circuit 35 drives pin 38 and connects to switch 55. Pin 38 is used to supply voltage V App via switch 55 on 10 solar panels. In this example, the control circuit 35 is configured not to supply any voltage V App to the solar panel 10 until the solar panels 10 have generated enough power to activate both the low voltage logic power supply and the high voltage power supply.

В альтернативном варианте осуществления схема 35 управления может быть выполнена с возможностью подачи электрического поля 250 и максимального увеличения выходной мощности, так как освещенность в течение дня увеличивается и уменьшается. Схема 35 управления может обеспечить электрическое поле 250 и стабилизировать выходную мощность панелей 10 солнечных элементов в соответствии с любым описанным выше способом, включающим процесс 9000, показанный на фиг. 9Б.In an alternative embodiment, the control circuit 35 may be configured to apply the electric field 250 and maximize the power output as the illumination increases and decreases during the day. The control circuit 35 may provide an electric field 250 and stabilize the output power of the solar panels 10 in accordance with any method described above including the process 9000 shown in FIG. 9B.

Обращаясь к фиг. 9В, процесс 9000 включает инициализацию мощности на этапе 900. Достаточная мощность должна присутствовать на выходе панелей 10 солнечных элементов для активации как низковольтного источника питания логики, который приводит в действие управляющую логику в схеме 35 управления, так и высоковольтного источника питания, необходимого для подачи высокого напряжения на вывод 38 и через переключатель 55. В качестве альтернативы схема 35 управления может питаться от внешнего источника (не показан) - например, аккумуляторной батареи, конденсатора большой емкости, внешнего источника питания переменного тока - который позволяет низковольтному источнику питания логики функционировать и схеме 35 управления отслеживать выходную мощность панелей 10 солнечных элементов до тех пор, пока панели 10 солнечных элементов генерируют достаточно выходной мощности, чтобы гарантировать подачу электрического поля 250 на панели 10 солнечных элементов с увеличением их выходной мощности. После того, как схема 35 управления запускается, инициализируются все параметры (например, подаваемое высокое напряжение VApp, время D длительности переключения и частота f переключения). В одном варианте осуществления подаваемое высокое напряжение VApp устанавливается равным нулю, а длительность D переключения и частота f переключения устанавливаются в номинальные значения: D=T0 и f = f0. Все контрольные индексы: n, i, и j, инициализируются нулевыми значениями. Затем на этапе 901 схема 35 управления определяет, является ли напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, выше или ниже заданного минимального vmin, и является ли ток, измеренный датчиком 33 тока, больше заданного минимума, imin. Сочетание vmin и imin были выбраны таким образом, чтобы панели 10 солнечных элементов, определяемые как освещенные, генерировали некоторый номинальный процент, например, 5%, от своей средней номинальной мощности, что является достаточной сгенерированной мощностью для питания источника 50 питания в схеме 35 управления, чтобы увеличить выходную мощность панелей 10 солнечных элементов. Если схема 35 управления определяет, что как измеренные ток, так и напряжение являются выше соответствующих заданных минимумов, то схема 35 управления в данный момент функционирует и процесс 9000 переходит к этапу 903; в противном случаеReferring to FIG. 9B, process 9000 includes power initialization at step 900. Sufficient power must be present at the output of the solar panels 10 to activate both the low voltage logic power supply that drives the control logic in the control circuit 35 and the high voltage power supply required to supply the high voltage to terminal 38 and through switch 55. Alternatively, the control circuit 35 may be powered by an external source (not shown) - for example, a battery, capacitor, external AC power supply - that allows the low voltage logic power supply to operate and circuit 35 control to track the output of the solar panels 10 until the solar panels 10 generate enough power to ensure that the electric field 250 is applied to the solar panels 10 with increasing output. After the control circuit 35 is started, all parameters are initialized (for example, the applied high voltage V App , the switching duration time D and the switching frequency f). In one embodiment, the applied high voltage V App is set to zero and the switching duration D and the switching frequency f are set to nominal values: D = T 0 and f = f 0 . All check indices, n, i, and j, are initialized to zero. Then, in step 901, the control circuit 35 determines whether the voltage measured by the voltage sensor 32 is higher or lower than a predetermined minimum v min and whether the current measured by the current sensor 33 is higher than a predetermined minimum, i min . The combination of v min and i min was chosen so that solar panels 10, defined as illuminated, generate some nominal percentage, for example 5%, of their average nominal power, which is sufficient generated power to power the power supply 50 in circuit 35 control to increase the output power of 10 solar panels. If the control circuit 35 determines that both the measured current and the voltage are above the respective predetermined minima, then the control circuit 35 is currently operating and the process 9000 proceeds to block 903; otherwise

- 11 035983 процесс 9000 переходит в состояние ожидания на этапе 902 и возвращается к этапу 900.- 11 035983 process 9000 enters the idle state at block 902 and returns to block 900.

На этапе 903 схема 35 управления измеряет ток, проходящий в инвертор 31, с помощью датчика 33 тока, напряжение на инверторе 31 с помощью датчика 32 напряжения и вычисляет мощность (номинально, ток х напряжение), передаваемую через инвертор 31. Контрольный индекс n увеличивается до n+1. На этапе 904 схема 35 управления сравнивает VApp с Vmax. Vmax может быть заранее установленным значением и представляет собой максимальное напряжение, которое может быть подано на панели 10 солнечных элементов, не повреждая ни панели 10 солнечных элементов, ни инвертор 31. В зависимости от типа панели 10 солнечных элементов Vmax обычно составляет от 600 В и 1000 В. Если значение VApp меньше Vmax, то процесс 9000 переходит к этапу 906; в противном случае, процесс 9000 ожидает на этапе 905.In step 903, the control circuit 35 measures the current flowing to the inverter 31 with the current sensor 33, the voltage across the inverter 31 with the voltage sensor 32, and calculates the power (nominal, current x voltage) transmitted through the inverter 31. The reference index n increases to n + 1. In step 904, the control circuit 35 compares V App with V max . V max can be a predetermined value and represents the maximum voltage that can be applied to the solar panel 10 without damaging either the solar panel 10 or the inverter 31. Depending on the type of solar panel 10, V max is typically 600 V and 1000 V. If the value of V App is less than V max , then the process 9000 goes to block 906; otherwise, process 9000 waits at block 905.

На этапе 906 схема 35 управления увеличивает приложенное высокое напряжение VApp на величину nAV и активирует переключатель 55. Активация переключателя 55 отсоединяет панели 10 солнечных элементов от инвертора 31 и соединяет панели 10 солнечных элементов с VApp из схемы 35 управления на выводах 38. Для этого примера ΔV может быть фиксированным перепадом напряжения, составляющим 25 вольт, хотя могут быть использованы большие или меньшие перепады напряжения. Напряжение VApp прикладывает электрическое поле 250 на панели 10 солнечных элементов таким образом, что напряженность электрического поля 250 пропорциональна приложенному напряжению VApp. Длительность соединения панелей 10 солнечных элементов с VApp в схеме 35 управления выбирается таким образом, чтобы не прерывать работу инвертора 31. Для этого примера коэффициент заполнения выбран равным 5% (панели 10 солнечных элементов с 5% времени соединены с VApp в схеме 35 управления) и длительность времени переключения по умолчанию выбирается номинально 1000 нс. По желанию могут быть использованы альтернативные времена переключения. Схема 35 управления снова получает измерение тока, проходящего в инвертор 31, с помощью датчика 33 тока, получает измерение напряжения на инверторе 31 с помощью датчика 32 напряжения и пересчитывает мощность, передаваемую через инвертор 31.In step 906, the control circuit 35 increases the applied high voltage V App by the amount nAV and activates the switch 55. Activation of the switch 55 disconnects the solar panels 10 from the inverter 31 and connects the solar panels 10 to V App from the control circuit 35 at the terminals 38. For this For example, ΔV may be a fixed voltage drop of 25 volts, although larger or smaller voltage drops may be used. The voltage VApp applies an electric field 250 to the solar panel 10 in such a way that the strength of the electric field 250 is proportional to the applied voltage VApp. The duration of the connection of solar panels 10 with V App in the control circuit 35 is chosen so as not to interrupt the operation of the inverter 31. For this example, the duty factor is chosen to be 5% (solar panels 10 with 5% of the time are connected to V App in the control circuit 35 ) and the default switching time is nominally 1000 ns. Alternative switching times can be used if desired. The control circuit 35 again receives the measurement of the current flowing to the inverter 31 by the current sensor 33, obtains a voltage measurement on the inverter 31 by the voltage sensor 32, and recalculates the power supplied through the inverter 31.

На этапе 908 схема 35 управления сравнивает выходную мощность панелей 10 солнечных элементов с самым последним измерением до того, как VApp будет подано на панель 10 солнечных элементов. Если мощность увеличилась, то процесс 9000 возвращается к этапу 901 и повторяется. Напряжение, подаваемое на вывод 38, увеличивается на ΔV либо пока подаваемое высокое напряжение VApp является больше Vmax, либо пока увеличение подаваемого высокого напряжения VApp не приведет к увеличению выходной мощности панелей 10 солнечных элементов. Vmax определяется здесь как максимальное напряжение, которое может быть подано на панель солнечных элементов, не причиняя им никакого вреда. В зависимости от типа панели 10 солнечных элементов Vmax, как правило, составляет приблизительно от 600 до 1000 В. В обоих случаях процесс 9000 ожидает на этапе 905. Длительность состояния ожидания может быть от нескольких секунд до нескольких минут. После этапа 905 ожидания процесс 9000 переходит к этапу 907. Если мощность, измеренная через выводы 32а и 33 а, не изменилась, индекс n уменьшается (n=n-1), подаваемое напряжение VApp на выводы 38 к панели(ям) 10 солнечных элементов уменьшается на величину ΔΥ, и схема 35 управления активирует переключатель 55. Процесс 9000 продолжается на этапе 909, где выходная мощность измеряется датчиком 33 тока и датчиком 32 напряжения. Если выходная мощность показывает падение, процесс 9000 переходит к этапу 910. Если выходная мощность увеличилась, процесс 9000 возвращается к этапу 907 и подаваемое напряжение VApp продолжает уменьшаться до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов не перестает уменьшаться. Процесс 9000 переходит к этапу 910. На этапе 910 схема 35 управления увеличивает длительность, когда переключатель 55 соединен с панелью 10 солнечных элементов на выводе 38 в первом положении, рассмотренном выше. Интервал времени, когда переключатель 55 соединен с источником 50 напряжения, увеличивается на величину ιΔΤ0. Переключатель 55 активируется, и выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова отслеживается датчиком 33 тока и датчиком 34 напряжения. Процесс 9000 переходит в условие 912, чтобы определить, возрастает ли выходная мощность панелей 10 солнечных элементов. Если да, то процесс 9000 переходит к этапу 910 и длительность, когда панели 10 солнечных элементов соединены с источником 50 напряжения, снова увеличивается. Длительность переключения будет увеличиваться до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов не достигнет максимума (или пока не достигнет фиксированного предела длительности - например, 3-5 микросекунд) - в результате чего изменения длительности переключения, обусловленные схемой 35 управления, прекращаются. Тем не менее, если на этапе 912 схема 35 управления определяет, что увеличение длительности D переключения приводит к снижению выходной мощности, измеренной датчиком 33 тока и датчиком 32 напряжения, процесс 9000 переходит к этапу 911, а длительность D переключения снижается посредством повторения этапов 911 и 913 до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова максимально не увеличится. После того как схема 35 управления определяет, что длительность переключения была оптимизирована для максимальной выходной мощности панелей 10 солнечных элементов путем повторения этапов от 910 до 913, процесс 9000 переходит к этапу 914.In step 908, the control circuit 35 compares the output of the solar panels 10 with the most recent measurement before VApp is supplied to the solar panel 10. If the power has increased, then the process 9000 returns to block 901 and repeats. The voltage supplied to terminal 38 increases by ΔV, either as long as the applied high voltage V App is greater than V max , or until the increase in the applied high voltage V App increases the output of the solar panels 10. V max is defined here as the maximum voltage that can be applied to a solar panel without causing any harm. Depending on the type of solar panel 10, V max is typically about 600 to 1000 V. In both cases, process 9000 waits in step 905. The duration of the idle state can be from a few seconds to several minutes. After wait block 905, process 9000 proceeds to block 907. If the power measured across terminals 32a and 33a has not changed, index n decreases (n = n-1), applied voltage V App at terminals 38 to solar panel (s) 10 and the control circuit 35 activates switch 55. Process 9000 continues to block 909 where the output power is measured by current sensor 33 and voltage sensor 32. If the output shows a drop, the process 9000 continues to block 910. If the output power has increased, the process 9000 returns to block 907 and the applied voltage VApp continues to decrease until the output of the solar panels 10 stops decreasing. Process 9000 continues to block 910. At block 910, control circuit 35 increases the duration when switch 55 is connected to solar panel 10 at terminal 38 in the first position discussed above. The time interval when the switch 55 is connected to the voltage source 50 is increased by the amount ιΔΤ 0 . The switch 55 is activated and the output of the solar panels 10 is monitored again by the current sensor 33 and the voltage sensor 34. Process 9000 proceeds to condition 912 to determine if the output of the solar panels 10 is increasing. If so, then the process 9000 goes to block 910 and the duration when the solar panels 10 are connected to the voltage source 50 is increased again. The switching duration will increase until the output power of the solar panels 10 reaches its maximum (or until it reaches a fixed limit of duration - for example 3-5 microseconds) - as a result of which changes in the switching duration due to the control circuit 35 cease. However, if in step 912 the control circuit 35 determines that an increase in the switching duration D results in a decrease in the output power measured by the current sensor 33 and the voltage sensor 32, the process 9000 proceeds to step 911 and the switching duration D decreases by repeating steps 911 and 913 until the output power of the solar panels 10 is maximized again. After the control circuit 35 determines that the switching duration has been optimized for the maximum output of the solar panels 10 by repeating steps 910 to 913, process 9000 continues to block 914.

На этапе 914 схема 35 управления начинает увеличивать частоту f соединения, с которой переключатель 55 соединяется со схемой 35 управления. Частота f, с которой переключатель 55 соединяется сAt 914, the control circuit 35 begins to increase the coupling frequency f at which the switch 55 is connected to the control circuit 35. The frequency f with which switch 55 is connected to

- 12 035983 источником 50 напряжения, увеличивается на jΔf от первоначальной частоты f0 переключения, так что f = f0 + jAf. На этапе 914 переключатель 55 соединяется между выводом 38 и панелями 10 солнечных элементов с новой частотой, f, и выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова отслеживается датчиком 33 тока и датчиком 34 напряжения. Процесс 9000 переходит к этапу 916. Если выходная мощность панелей 10 солнечных элементов увеличилась, процесс 9000 переходит обратно к этапу 914, и частота, с которой панели 10 солнечных элементов соединяются с источником 50 напряжения, снова увеличивается. Частота соединения будет возрастать до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов не достигнет максимума, или до максимальной частоты fmax, в результате чего процесс 9000 переходит к этапу 915. На этапе 914 частота, с которой переключатель 55 соединяется с источником 50 высокого напряжения на выводе 38, теперь уменьшается на величину jΔf, и переключатель 55 снова активируется, и выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова отслеживается датчиком 33 тока и датчиком 32 напряжения. В этот момент схема 35 управления решает, увеличивает ли снижение частоты соединения выходную мощность панелей 10 солнечных элементов на этапе 917. Если да, то процесс 9000 возвращается к этапу 915. В качестве альтернативы, если частота переключения достигает некоторой минимальной частоты fmin, процесс 9000 переходит к этапу 918 для ожидания.- 12 035983 voltage source 50, increases by jΔf from the original switching frequency f 0 , so that f = f 0 + jAf. In step 914, a switch 55 is connected between terminal 38 and the solar panels 10 at the new frequency, f, and the output of the solar panels 10 is again monitored by the current sensor 33 and the voltage sensor 34. Process 9000 continues to block 916. If the output of the solar panels 10 has increased, process 9000 continues to block 914 and the frequency at which solar panels 10 are coupled to voltage source 50 is increased again. The frequency of the connection will increase until the output power of the solar panels 10 reaches its maximum, or to the maximum frequency f max , causing the process 9000 to continue to block 915. At block 914, the frequency at which the switch 55 is connected to the source 50 high the voltage at terminal 38 is now reduced by the amount jΔf, and the switch 55 is reactivated and the output of the solar panels 10 is again monitored by the current sensor 33 and the voltage sensor 32. At this point, the control circuit 35 decides whether decreasing the connection frequency increases the output of the solar panels 10 in step 917. If so, the process 9000 returns to step 915. Alternatively, if the switching frequency reaches some minimum frequency f min , the process 9000 proceeds to block 918 to wait.

На этапе 918, после того как выходная мощность панелей 10 солнечных элементов максимально увеличена, схема 35 управления переходит в состояние ожидания на некоторый период времени. Период времени ожидания может составлять секунды или минуты. После ожидания на этапе 918 процесс 9000 переходит к этапу 901, где процесс 9000 снова начинает изменять напряжение, время соединения переключателя и частоту переключения от предыдущих оптимизированных значений, чтобы проверить, работают ли до сих пор панели 10 солнечных элементов на своих максимальных уровнях выходной мощности. Подаваемое напряжение 50 от схемы 35 управления, длительность переключения и частота переключения все изменяются в процессе работы в течение дня, чтобы убедиться, что панели 10 солнечных элементов работают с максимальной выходной мощностью при условиях эксплуатации в конкретный день.In step 918, after the output power of the solar panels 10 is maximized, the control circuit 35 goes into a standby state for a period of time. The timeout period can be seconds or minutes. After waiting at block 918, process 9000 continues to block 901 where process 9000 again begins to vary the voltage, switch connection time, and switching frequency from the previous optimized values to check if the solar panels 10 are still operating at their maximum output power levels. The supplied voltage 50 from the control circuit 35, the switching duration and the switching frequency are all varied during operation throughout the day to ensure that the solar panels 10 are operating at their maximum power output under operating conditions on a particular day.

Если на этапе 901 напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, падает ниже заданного минимального vmin, и ток, измеренный датчиком 33 тока падает ниже заданного минимума imin, то схема 35 управления уберет любое напряжение на линиях 38, и схема 35 управления перейдет к этапу 902 для ожидания, прежде чем вернуться к этапу 900 (на котором система повторно инициализирует все параметры и индексы). Процесс 9000 будет чередовать этапы 900-901-902-900 до тех пор, пока как напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, так и ток, измеренный датчиком 33 тока, не превысят vmin и imin соответственно, в результате чего процесс 9000 перейдет от этапа 901 к этапу 903.If in step 901 the voltage measured by the voltage sensor 32 falls below a predetermined minimum v min and the current measured by the current sensor 33 falls below a predetermined minimum i min , then the control circuit 35 will remove any voltage on the lines 38 and the control circuit 35 will proceed to step 902 to wait before returning to block 900 (where the system reinitializes all parameters and indexes). Process 9000 will alternate steps 900-901-902-900 until both the voltage measured by voltage sensor 32 and current measured by current sensor 33 exceed v min and i min, respectively, causing process 9000 to transition from from step 901 to step 903.

Различные конечные машины могут быть реализованы в схеме 35 управления для получения аналогичных результатов, и охватываются данным раскрытием. Тем не менее процесс 9000, описанный выше, предпочтительно минимизирует величину подаваемого напряжения VApp до самого низкого возможного значения таким образом, чтобы произведение тока, измеренного датчиком 33 тока, и напряжения, измеренного датчиком 32 напряжения, было максимально увеличено. Подаваемое напряжение VApp колеблется - то есть изменяется на небольшие величины как вверх, так и вниз - во время функционирования в течение дня, чтобы учесть изменения мощности оптического излучения р, падающего на солнечный элемент 100, панель 10 солнечных элементов или несколько панелей 10 солнечных элементов в течение дня таким образом, чтобы всегда могла поддерживаться максимальная выходная мощность.Various finite machines can be implemented in the control circuit 35 to obtain similar results, and are covered by this disclosure. However, the process 9000 described above preferably minimizes the applied voltage V App to the lowest possible value so that the product of the current measured by the current sensor 33 and the voltage measured by the voltage sensor 32 is maximized. The applied voltage V App fluctuates - that is, changes by small amounts both up and down - during operation during the day to account for changes in the power of optical radiation p incident on a solar cell 100, solar panel 10 or multiple solar panels 10 during the day so that the maximum power output can always be maintained.

Большинство этапов, описанных выше в процессе 9000, предназначены для решения вопросов, связанных с адиабатическими изменениями освещенности, которые происходят медленно в течение промежутков времени, составляющих нескольких минут или часов. В альтернативном варианте осуществления, если колебания освещенности происходили с более высокой скоростью изменения, процесс 9000 может быть выполнен с возможностью минимизации высокочастотных колебаний выходной мощности постоянного тока, подводимой к инвертору, пытаясь удерживать выходную мощность постоянного тока от изменений со слишком высокой скоростью изменения, следовательно, повышая качество инвертора.Most of the steps described above in the 9000 process are designed to address adiabatic changes in illumination that occur slowly over time intervals of several minutes or hours. In an alternative embodiment, if the luminance fluctuations occurred at a higher rate of change, the process 9000 may be configured to minimize high frequency fluctuations in the DC output power supplied to the inverter by attempting to keep the DC output from changing at a rate of change that is too high. improving the quality of the inverter.

В другом примере, обращаясь к фиг. 10А, датчик 33 тока и датчик 32 напряжения показаны подключенными к системе 300 управления фотоэлектрическими элементами, показанной на фиг. 6. Как показано, датчик 33 тока подключен последовательно между панелью 10 солнечных элементов и инвертором 31. Датчик 33 тока может отслеживать выходной ток панели 10 солнечных элементов. Аналогичным образом, датчик 32 напряжения соединен параллельно к панелям 10 солнечных элементов и инвертору 31 для отслеживания выходного напряжения панели 10 солнечных элементов.In another example, referring to FIG. 10A, current sensor 33 and voltage sensor 32 are shown connected to the photovoltaic cell control system 300 shown in FIG. 6. As shown, the current sensor 33 is connected in series between the solar panel 10 and the inverter 31. The current sensor 33 can monitor the output current of the solar panel 10. Likewise, a voltage sensor 32 is connected in parallel to the solar panels 10 and an inverter 31 to monitor the output voltage of the solar panel 10.

Схема 36 управления подключена как к датчику 33 тока через управляющие выводы 33 а, так и к датчику 32 напряжения через управляющие выводы 32а. Датчик 33 тока может быть встроенным или индукционным измерительным блоком и измеряет выходной ток панелей 10 солнечных элементов. Аналогичным образом датчик 32 напряжения используется для измерения выходного напряжения панелей 10 солнечных элементов. Произведение тока, измеренного датчиком 33 тока, и напряжения, измеренного датчиком 32 напряжения, позволяет рассчитывать выходную мощность, подаваемую от панелей 10 солнечных элементов к инвертору 31. В некоторых вариантах осуществления датчик 32 напряжения можетThe control circuit 36 is connected to both the current sensor 33 via the control leads 33a and to the voltage sensor 32 via the control leads 32a. The current sensor 33 can be a built-in or inductive metering unit and measures the output current of the solar panels 10. Similarly, the voltage sensor 32 is used to measure the output voltage of the solar panels 10. The product of the current measured by the current sensor 33 and the voltage measured by the voltage sensor 32 allows the output power supplied from the solar panels 10 to the inverter 31 to be calculated. In some embodiments, the voltage sensor 32 may

- 13 035983 также служить в качестве источника питания для схемы 36 управления и функционирует только до тех пор, пока панели 10 солнечных элементов освещаются и предоставляют достаточную мощность для активирования схемы 36 управления. Схема 36 управления дополнительно подключена к устройству 60 для генерирования импульсов напряжения, чтобы управлять амплитудой импульса напряжения VApp, длительностью DP импульса и частотой f следования импульсов, рассмотренных со ссылкой на фиг. 6. Длительность DP импульса, частота f следования импульсов и напряжение VApp импульса, подаваемого на панели 10 солнечных элементов, могут быть управляемыми и регулироваться таким образом, чтобы как ток, генерируемый в панели 10 солнечных элементов и измеренный датчиком 33 тока, так и напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, были максимально увеличены при различных условиях эксплуатации, например, при отличающихся или изменяющихся условиях освещения.- 13 035983 also serve as a power source for the control circuit 36 and only functions as long as the solar cell panels 10 are illuminated and provide sufficient power to activate the control circuit 36. A control circuit 36 is further connected to a voltage pulse generating device 60 to control the voltage pulse amplitude VApp, the pulse width D P and the pulse repetition rate f discussed with reference to FIG. 6. The pulse duration D P , the pulse repetition frequency f and the voltage V App of the pulse applied to the solar panel 10 can be controlled and adjusted so that both the current generated in the solar panel 10 measured by the current sensor 33 and the voltage measured by the voltage sensor 32 has been maximized under different operating conditions, such as different or varying lighting conditions.

В одном варианте осуществления для подачи электрического поля 250 панель 10 солнечных элементов изначально не генерирует мощность, например, в ночное время или при густой облачности. По мере того как солнечные панели освещаются (например, в утренние часы), напряжение и ток генерируется панелями 10 солнечных элементов, и выводы 32а начинают подавать ток и напряжение в схему 36 управления. Схема 36 управления содержит низковольтный источник питания логики (не показан), чтобы приводить в действие управляющую логику в схеме 36 управления. Схема 60 устройства для генерирования импульсов содержит как низковольтный, так и высоковольтный источник питания (не показан). Высоковольтный источник питания в устройстве 60 для генерирования импульсов напряжения имеет изменяющийся выходной сигнал, который можно регулировать с помощью схемы 36 управления, отвечающий за подачу VApp на панели 10 солнечных элементов. В этом примере схема 36 управления выполнена таким образом, чтобы не подавать никакого напряжения на панели 10 солнечных элементов до тех пор, пока не будет сгенерировано достаточно мощности панелями 10 солнечных элементов, для активации как низковольтного источника питания логики, так и высоковольтного источника питания в устройстве 60 для генерирования импульсов. В альтернативном варианте осуществления схема 36 управления выполнена с возможностью управления электрическим полем 250 и максимального увеличения выходной мощности при увеличении и уменьшении освещенности в течение дня. Схема 36 управления может управлять электрическим полем 250, подаваемым устройством 60 для генерирования импульсов напряжения, и стабилизировать выходную мощность панелей 10 солнечных элементов в соответствии с любым описанным выше способом, включающим процесс 10000, показанный на фиг. 10В.In one embodiment, the solar cell panel 10 does not initially generate power to supply the electric field 250, for example, at night or in thick clouds. As the solar panels are illuminated (eg, in the morning), voltage and current are generated by the solar panels 10, and the terminals 32a begin to supply current and voltage to the control circuit 36. The control circuit 36 includes a low voltage logic power supply (not shown) to drive the control logic in the control circuit 36. The pulse generating circuit 60 includes both a low voltage and a high voltage power supply (not shown). The high voltage power supply in the voltage pulse generating device 60 has a variable output, which can be controlled by the control circuit 36, to supply V App to the solar panel 10. In this example, the control circuit 36 is configured so as not to supply any voltage to the solar panel 10 until sufficient power has been generated by the solar panels 10 to activate both the low voltage logic power supply and the high voltage power supply in the device. 60 to generate pulses. In an alternative embodiment, the control circuit 36 is configured to control the electric field 250 and maximize the power output as the illumination increases and decreases during the day. The control circuit 36 can control the electric field 250 supplied by the voltage pulse generating device 60 and stabilize the output power of the solar panels 10 in accordance with any method described above, including the process 10000 shown in FIG. 10B.

Обращаясь к фиг. 10В, процесс 10000 включает инициализацию мощности на этапе 1000. Достаточная мощность должна присутствовать на выходе панелей 10 солнечных элементов для активации как низковольтного источника питания логики, который приводит в действие управляющую логику в схеме 36 управления, так и низковольтного и высоковольтного источника питания в устройстве 60 для генерирования импульсов напряжения. В качестве альтернативы схема 36 управления может питаться от внешнего источника (не показан) - например, аккумуляторной батареи, конденсатора большой емкости, внешнего источника питания переменного тока - который позволяет низковольтному источнику питания логики функционировать, а схеме 36 управления отслеживать выходную мощность панелей 10 солнечных элементов до тех пор, пока они не будут иметь достаточно мощности, чтобы гарантировать подачу электрического поля 250 на панели 10 солнечных элементов с увеличением их выходной мощности. После того, как схема 36 управления запускается, инициализируются все параметры (например, подаваемое высокое напряжение VApp, длительность DP импульса и частота f следования импульсов). В одном варианте осуществления подаваемое высокое напряжение VApp устанавливается равным нулю, а длительность DP импульса и частота f следования импульсов устанавливаются в номинальные значения: DP=T0 И f=f0. Все контрольные индексы: n, i, и j, инициализируются нулевыми значениями.Referring to FIG. 10B, process 10000 includes initializing power at step 1000. Sufficient power must be present at the output of solar panels 10 to activate both the low voltage logic power supply that drives the control logic in the control circuit 36 and the low and high voltage power supplies in the device 60 to generate voltage pulses. Alternatively, the control circuit 36 can be powered by an external source (not shown) - for example, a battery, a large capacitor, an external AC power supply - which allows the low voltage logic power supply to operate, and the control circuit 36 monitors the output of the solar panels 10. until they have enough power to ensure the supply of an electric field 250 to the solar panel 10 with increasing power output. After the control circuit 36 is started, all parameters are initialized (eg, applied high voltage V App , pulse width D P and pulse repetition rate f). In one embodiment, the applied high voltage V App is set to zero and the pulse width D P and the pulse repetition rate f are set to nominal values: D P = T 0 And f = f 0 . All check indices, n, i, and j, are initialized to zero.

Затем на этапе 1001 схема 36 управления определяет, является ли напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, выше или ниже заданного минимального vmin, и является ли ток, измеренный датчиком 33 тока, больше заданного минимума, imin. Сочетание vmin и imin были выбраны таким образом, чтобы панели 10 солнечных элементов, определяемые как освещенные, генерировали некоторый номинальный процент, например 5%, от своей средней номинальная мощности, что является достаточной сгенерированной мощностью для питания высоковольтного источника питания, чтобы увеличить выходную мощность панелей 10 солнечных элементов. Если схема 36 управления определяет, что как измеренные ток, так и напряжение являются выше соответствующих заданных минимумов, то действующий в данный момент процесс 10000 переходит к этапу 1003; если нет, то процесс 10000 переходит в состояние 1002 ожидания и возвращается к этапу 1000. На этапе 1003 схема 36 управления измеряет ток, проходящий в инвертор 31, с помощью датчика 33 тока, напряжение на инверторе 31 с помощью датчика 32 напряжения и вычисляет мощность, передаваемую через инвертор 31 (номинально, I х V). Контрольный индекс n увеличивается до n+1. На этапе 1004 процесс 10000 сравнивает VApp с Vmax. Vmax является заранее установленным значением и представляет собой максимальное напряжение, которое может быть подано на панели, не повреждая ни панели 10, ни инвертор 31. Если VApp меньше Vmax, то процесс 10000 переходит к этапу 1006; в противном случае процесс 10000 ожидает на этапе 1005.Then, in step 1001, the control circuit 36 determines whether the voltage measured by the voltage sensor 32 is higher or lower than a predetermined minimum v min and whether the current measured by the current sensor 33 is higher than a predetermined minimum, i min . The combination of v min and i min was chosen so that solar panels 10, defined as illuminated, generate a certain nominal percentage, for example 5%, of their average nominal power, which is enough generated power to power the high voltage power supply to increase the output the power of the panels is 10 solar cells. If the control circuit 36 determines that both the measured current and the voltage are above the respective predetermined minima, then the current process 10000 proceeds to step 1003; if not, then the process 10000 goes to the standby state 1002 and returns to step 1000. In step 1003, the control circuit 36 measures the current flowing to the inverter 31 with the current sensor 33, the voltage across the inverter 31 with the voltage sensor 32, and calculates the power, transmitted through the inverter 31 (nominally, I x V). The check index n is increased to n + 1. At block 1004, process 10000 compares V App to V max . V max is a predetermined value and is the maximum voltage that can be applied to the panels without damaging either the panel 10 or the inverter 31. If V App is less than V max , then the process 10000 goes to step 1006; otherwise, process 10000 waits at block 1005.

На этапе 1006 схема 36 управления подает сигнал устройству 60 для генерирования импульсов наIn step 1006, the control circuit 36 provides a signal to the device 60 for generating pulses on

- 14 035983 пряжения на увеличение подаваемого высокого напряжения VApp на величину nAV и подает сигнал устройству 60 для генерирования импульсов напряжения на подачу импульса напряжения на панели 10 солнечных элементов. Для этого примера ΔV может быть фиксированным перепадом напряжения, составляющим 25 вольт, хотя могут быть использованы большие или меньшие перепады напряжения. Напряжение VApp прикладывает электрическое поле 250 на панели 10 солнечных элементов, и напряженность электрического поля 250 пропорциональна подаваемому напряжению VApp. Для этого примера длительность импульса DP выбирается равной 1000 нс, а частота следования импульсов выбирается равной 20 микросекунд. Также могут быть выбраны другие длительности импульса и частоты следования импульсов. Схема 36 управления снова получает измерение тока, проходящего в инвертор 31, с помощью датчика 33 тока, получает измерение напряжения на инверторе 31 с помощью датчика 32 напряжения и пересчитывает мощность, передаваемую через инвертор 31.- 14 035983 voltage to increase the applied high voltage V App by the value nAV and sends a signal to the device 60 for generating voltage pulses to apply a voltage pulse to the solar panel 10. For this example, the ΔV may be a fixed voltage drop of 25 volts, although larger or smaller voltage drops could be used. The voltage V App applies an electric field 250 across the solar panel 10, and the strength of the electric field 250 is proportional to the applied voltage V App . For this example, the pulse width D P is chosen to be 1000 ns and the pulse repetition rate is chosen to be 20 microseconds. Other pulse widths and pulse repetition rates can also be selected. The control circuit 36 again receives the measurement of the current flowing to the inverter 31 by the current sensor 33, acquires a voltage measurement on the inverter 31 by the voltage sensor 32, and recalculates the power supplied through the inverter 31.

На этапе 1008 схема 36 управления сравнивает выходную мощность панелей 10 солнечных элементов с самым последним измерением до того, как VApp будет подано на панель 10 солнечных элементов. Если мощность увеличилась, процесс 10000 возвращается к этапу 1001 и повторяется. Подаваемое напряжение VApp увеличивается на ΔV до тех пор, пока либо подаваемое высокое напряжение VApp не станет больше Vmax, либо пока увеличение подаваемого высокого напряжения VApp не приведет к увеличению выходной мощности панелей 10 солнечных элементов. Vmax снова определяется здесь как максимальное напряжение, которое может быть подано на панель 10 солнечных элементов, не причиняя ей никакого вреда, и в зависимости от типа панели солнечных элементов, оно, как правило, составляет приблизительно от 600 до 1000 В. В обоих случаях процесс 10000 ожидает на этапе 1005. Длительность состояния ожидания может быть от нескольких секунд до нескольких минут. После этапа 1005 ожидания процесс 10000 переходит к этапу 1007.In step 1008, the control circuit 36 compares the output of the solar panels 10 with the most recent measurement before VApp is applied to the solar panel 10. If the power has increased, the process 10000 returns to step 1001 and repeats. The applied voltage V App increases by ΔV until either the applied high voltage V App is greater than V max , or an increase in the applied high voltage V App increases the output power of the solar panels 10. V max is again defined here as the maximum voltage that can be applied to the solar panel 10 without causing any harm, and depending on the type of solar panel, it is generally between about 600 and 1000 V. In both cases process 10000 waits at block 1005. The duration of the wait state can range from a few seconds to several minutes. After wait block 1005, process 10000 continues to block 1007.

Если мощность, измеренная через выводы 32а и 33а, не изменилась, индекс n уменьшается (n=n-1), подаваемый импульс напряжения VApp уменьшается на величину ΔΥ, и схема 36 управления активирует устройство 60 для генерирования импульсов. Процесс 10000 продолжается на этапе 1009, где выходная мощность измеряется датчиком 33 тока и датчиком 32 напряжения. Если выходная мощность показывает падение, процесс 10000 переходит к этапу 1010. Если выходная мощность увеличилась, процесс 10000 возвращается к этапу 1007 и подаваемое напряжение VApp продолжает уменьшаться до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов не перестает уменьшаться. Процесс 10000 переходит к этапу 1010.If the power measured through terminals 32a and 33a has not changed, the index n decreases (n = n-1), the applied voltage pulse V App decreases by the amount ΔΥ, and the control circuit 36 activates the device 60 to generate the pulses. Process 10000 continues to block 1009 where the output power is measured by a current sensor 33 and a voltage sensor 32. If the output shows a drop, the process 10000 continues to 1010. If the output is increased, the process 10000 returns to 1007 and the applied voltage VApp continues to decrease until the output of the solar panels 10 stops decreasing. Process 10000 goes to block 1010.

На этапе 1010 схема 36 управления начинает увеличивать длительность DP импульса напряжения. Длительность DP импульса напряжения увеличивается на величину ιΔΤ0. Устройство 60 для генерирования импульсов напряжения активируется, и выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова отслеживается датчиком 33 тока и датчиком 34 напряжения. Процесс 10000 переходит в состояние 1012, чтобы определить, возрастает ли выходная мощность панелей 10 солнечных элементов. Если да, то процесс 10000 переходит к этапу 1010, а длительность DP импульса 71 напряжения снова увеличивается. Длительность DP импульса будет возрастать до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов не достигнет максимума, или пока не достигнет фиксированного предела длительности, например, пока не будет достигнута длительность импульса 5 микросекунд, в результате чего изменения длительности переключения, обусловленные схемой 36 управления, прекращаются. Тем не менее, если на этапе 1012, установлено, что увеличение длительности импульса приводит к уменьшению выходной мощности, измеренной датчиком 33 тока и датчиком 32 напряжения, процесс 10000 переходит к этапу 1011. Длительность импульса уменьшается посредством повторения этапов 1011 и 1013 до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова максимально не увеличится. После того, как схема 36 управления определяет, что длительность импульса была оптимизирована для максимальной выходной мощности панелей 10 солнечных элементов, проходя от этапа 1010 к этапу 1013, процесс переходит к этапу 1014.At 1010, the control circuit 36 begins to increase the voltage pulse width D P. The duration D P of the voltage pulse increases by ιΔΤ 0 . The voltage pulse generator 60 is activated and the output of the solar panels 10 is again monitored by the current sensor 33 and the voltage sensor 34. Process 10000 transitions to state 1012 to determine if the output power of solar panels 10 is increasing. If so, then the process 10000 goes to block 1010, and the duration D P of the voltage pulse 71 is increased again. The pulse width D P will increase until the output power of the solar panels 10 reaches a maximum, or until it reaches a fixed limit of duration, for example, until a pulse width of 5 microseconds is reached, resulting in changes in switching duration due to circuit 36 control cease. However, if, in step 1012, it is determined that increasing the pulse width results in a decrease in the output power measured by the current sensor 33 and the voltage sensor 32, the process 10000 proceeds to step 1011. The pulse width is decreased by repeating steps 1011 and 1013 until until the output power of the solar panels 10 is maximized again. After the control circuit 36 determines that the pulse width has been optimized for the maximum output power of the solar panels 10, proceeding from step 1010 to step 1013, the process proceeds to step 1014.

На этапе 1014 схема 36 управления увеличивает частоту импульсов напряжения. Частота импульсов напряжения увеличивается на jΔf от первоначальной частоты f0 переключения, так что f = f0 + jAf. На этапе 1014 импульсы напряжения подаются устройством 60 для генерирования импульсов напряжения на панели 10 солнечных элементов с новой частотой f, а выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова отслеживается датчиком 33 тока и датчиком 34 напряжения. Затем процесс 10000 переходит к этапу 1016.In step 1014, the control circuit 36 increases the frequency of the voltage pulses. The voltage pulse frequency increases by jΔf from the initial switching frequency f 0 , so that f = f 0 + jAf. In step 1014, voltage pulses are applied by the device 60 to generate voltage pulses on the solar panel 10 at a new frequency f, and the output of the solar panels 10 is again monitored by the current sensor 33 and the voltage sensor 34. Then, the process 10000 goes to block 1016.

Если выходная мощность панелей 10 солнечных элементов увеличилась, процесс 10000 переходит обратно к этапу 1014, и частота, с которой импульсы напряжения подаются на панели 10 солнечных элементов, снова увеличивается. Увеличение частоты импульсов напряжения будет возрастать до тех пор, пока выходная мощность панелей 10 солнечных элементов не достигнет максимума, или до максимальной частоты fmax, в результате чего процесс 10000 переходит к этапу 1015. На этапе 1014 частота импульсов напряжения теперь уменьшается на величину jΔf, и переключатель устройства 60 для генерирования импульсов напряжения снова активируется, и выходная мощность панелей 10 солнечных элементов снова отслеживается датчиком 33 тока и датчиком 32 напряжения. В этот момент схема 36 управления опре- 15 035983 деляет, увеличивает ли снижение частоты импульсов напряжения выходную мощность панелей 10 солнечных элементов на этапе 1017. Если да, то процесс 10000 возвращается к этапу 1015. В качестве альтернативы, если частота переключения достигает некоторой минимальной частоты fmin, процесс 10000 переходит к этапу 1018, который представляет собой состояние ожидания.If the output power of the solar panels 10 is increased, the process 10000 goes back to block 1014 and the frequency at which voltage pulses are applied to the solar panel 10 increases again. The increase in the frequency of the voltage pulses will increase until the output power of the solar panels 10 reaches its maximum, or to the maximum frequency f max , whereby the process 10000 continues to step 1015. At step 1014, the frequency of the voltage pulses is now reduced by the amount j∆f. and the switch of the voltage pulse generating device 60 is activated again, and the output of the solar panels 10 is again monitored by the current sensor 33 and the voltage sensor 32. At this point, the control circuit 36 determines whether decreasing the voltage pulse frequency increases the output power of the solar panels 10 in step 1017. If so, the process 10000 returns to step 1015. Alternatively, if the switching frequency reaches some minimum frequency f min , process 10000 goes to block 1018, which is a pending state.

На этапе 1018, после того как выходная мощность панелей 10 солнечных элементов была максимально увеличена, процесс 10000 переходит в состояние ожидания на некоторый период времени. Период времени ожидания может составлять секунды или минуты. После ожидания на этапе 1018, процесс 10000 переходит к этапу 1001, где схема 36 управления снова начинает изменять напряжение импульса, длительность импульса и частоту следования импульсов от предыдущих оптимизированных значений, чтобы проверить, работают ли до сих пор панели 10 солнечных элементов на своих максимальных уровнях выходной мощности. Амплитуда VApp импульса, длительность импульса и частота следования импульсов все изменяются в процессе работы в течение дня, чтобы убедиться, что панели 10 солнечных элементов работают с максимальной выходной мощностью при условиях эксплуатации в конкретный день.At 1018, after the output power of the solar panels 10 has been maximized, the process 10000 goes into a standby state for a period of time. The timeout period can be seconds or minutes. After waiting at block 1018, the process 10000 goes to block 1001, where the control circuit 36 again begins to vary the pulse voltage, pulse width and pulse repetition rate from the previous optimized values to check if the solar panels 10 are still operating at their maximum levels. output power. Pulse amplitude V App , pulse width and pulse repetition rate all change during operation throughout the day to ensure that the solar panels 10 are operating at their maximum power output under operating conditions on a particular day.

Если на этапе 1001 напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, падает ниже заданного минимума vmin, и ток, измеренный датчиком 33 тока, падает ниже заданного минимума imin, то схема 36 управления остановит устройство 60 для генерирования импульсов напряжения, и процесс 10000 перейдет к этапу 1002, состояние ожидания, а затем на этапе 1000, где система повторно инициализирует все параметры и индексы. Процесс 10000 будет переходить от этапа 1000 к 1001, к 1002, к 1000 до тех пор, пока напряжение, измеренное датчиком 32 напряжения, и ток, измеренный датчиком 33 тока, будут больше vmin и imin соответственно, в результате чего процесс 10000 перейдет от этапа 1001 к этапу 1003. Различные конечные машины могут быть реализованы в схеме 36 управления для получения аналогичных результатов, и охватываются данным раскрытием. Тем не менее процесс 10000, описанный выше, предпочтительно минимизирует величину подаваемого импульса VApp напряжения до самого низкого возможного значения таким образом, чтобы произведение тока, измеренного датчиком 33 тока, и напряжения, измеренного датчиком 32 напряжения, было максимально увеличено. Подаваемый импульс VApp напряжения колеблется - то есть изменяется на небольшие величины как вверх, так и вниз - во время функционирования в течение дня, чтобы учесть изменения мощности оптического излучения p, падающего на солнечный 100 элемент, панель 10 солнечных элементов или несколько панелей 10 солнечных элементов в течение дня таким образом, чтобы всегда могла поддерживаться максимальная выходная мощность.If in step 1001 the voltage measured by the voltage sensor 32 falls below a predetermined minimum v min and the current measured by the current sensor 33 falls below a predetermined minimum i min , then the control circuit 36 will stop the voltage pulse generating device 60 and the process 10000 will go to block 1002, an idle state, and then at block 1000, where the system reinitializes all parameters and indices. The process 10000 will go from step 1000 to 1001 to 1002 to 1000 until the voltage measured by the voltage sensor 32 and the current measured by the current sensor 33 are greater than v min and i min respectively, causing the process 10000 to go from block 1001 to block 1003. Different end machines may be implemented in control circuitry 36 to obtain similar results, and are covered by this disclosure. However, the process 10000 described above preferably minimizes the applied voltage pulse V App to the lowest possible value so that the product of the current measured by the current sensor 33 and the voltage measured by the voltage sensor 32 is maximized. The applied voltage pulse V App fluctuates - that is, changes by small amounts both up and down - during operation during the day to account for changes in the power of optical radiation p falling on a solar cell 100, solar panel 10 or multiple solar panels 10 elements during the day so that the maximum output power can always be maintained.

Этапы, описанные в процессе 10000, могут решать вопросы, связанные с адиабатическими изменениями освещенности, которые происходят медленно в течение промежутков времени, составляющих нескольких минут или часов. В альтернативном варианте осуществления, если колебания освещенности происходили с более высокой скоростью изменения, процесс 10000 может быть выполнен с возможностью минимизации высокочастотных колебаний выходной мощности постоянного тока, подводимой к инвертору, пытаясь удерживать выходную мощность постоянного тока от изменений со слишком высокой скорость изменения, следовательно, повышая качество инвертора.The steps outlined in process 10,000 can address adiabatic changes in illumination that occur slowly over time intervals of minutes or hours. In an alternative embodiment, if the luminance fluctuations occurred at a higher rate of change, process 10000 can be configured to minimize high frequency fluctuations in the DC output power supplied to the inverter by attempting to keep the DC output from changing at a too high rate of change, hence improving the quality of the inverter.

Описанные варианты осуществления допускают различные модификации и альтернативные формы, и их конкретные примеры были показаны в качестве примера на графических материалах и подробно описаны в данной заявке. Тем не менее следует понимать, что описанные варианты осуществления не должны быть ограничены конкретными формами или раскрытыми способами, но, наоборот, настоящее изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты.The described embodiments are susceptible of various modifications and alternative forms, and their specific examples have been shown by way of example in the drawings and are described in detail in this application. However, it should be understood that the described embodiments should not be limited to the specific forms or the disclosed methods, but rather, the present invention covers all modifications, equivalents and alternatives.

Claims (57)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система для повышения коэффициента полезного действия фотоэлектрического устройства, содержащая источник напряжения; и средство переключения, содержащее первый порт для подключения к указанному источнику напряжения и второй порт для подключения к фотоэлектрическому устройству, и выполненное с возможностью переключения между первым режимом для подачи импульса напряжения с положительной величиной для генерирования электрического поля для увеличения выходного тока и/или выходной мощности, вырабатываемых фотоэлектрическим устройством, и вторым режимом для обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку.1. A system for increasing the efficiency of a photovoltaic device, containing a voltage source; and switching means comprising a first port for connecting to said voltage source and a second port for connecting to a photovoltaic device, and configured to switch between the first mode for applying a voltage pulse with a positive value to generate an electric field to increase the output current and / or output power generated by the photovoltaic device, and the second mode to provide increased output current and / or increased output power supplied to the load. 2. Система по п.1, в которой указанный источник напряжения выполнен с возможностью подачи сигнала напряжения указанному средству переключения, причем указанное средство переключения выполнено с возможностью применения поданного сигнала напряжения в качестве импульса напряжения для генерирования электрического поля.2. The system of claim 1, wherein said voltage source is configured to supply a voltage signal to said switching means, said switching means being configured to use the supplied voltage signal as a voltage pulse to generate an electric field. 3. Система по п.2, в которой сигнал напряжения содержит сигнал постоянного напряжения, изменяющийся во времени сигнал напряжения, сигнал регулируемого напряжения или импульсный сигнал напряжения.3. The system of claim 2, wherein the voltage signal comprises a constant voltage signal, a time varying voltage signal, an adjustable voltage signal, or a pulse voltage signal. - 16 035983- 16 035983 4. Система по любому из пп.1-3, в которой импульс напряжения имеет амплитуду в диапазоне от4. The system according to any one of claims 1 to 3, in which the voltage pulse has an amplitude in the range from 100 до 500 В, диапазон частот с центральным значением около 20 мкс, длительность в диапазоне от 10 до100 to 500 V, frequency range with a center value of about 20 μs, duration in the range from 10 to 2000 нс, номинальный коэффициент заполнения в диапазоне от 0,1 до 10% или их комбинацию.2000 ns, nominal duty cycle 0.1 to 10%, or a combination of both. 5. Система по любому из пп.1-4, в которой указанное средство переключения содержит по меньшей мере один однополюсный двухпозиционный переключатель, по меньшей мере один переключающий транзистор или их комбинацию.5. A system according to any one of claims 1 to 4, wherein said switching means comprises at least one single pole double throw switch, at least one switching transistor, or a combination thereof. 6. Система по любому из пп.1-5, в которой указанное средство переключения, по меньшей мере, частично интегрировано в указанный источник напряжения.6. A system as claimed in any one of claims 1 to 5, wherein said switching means is at least partially integrated into said voltage source. 7. Система по любому из пп.1-6, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью подачи множества импульсов напряжения для генерирования электрического поля.7. A system as claimed in any one of claims 1 to 6, wherein said switching means is configured to deliver a plurality of voltage pulses to generate an electric field. 8. Система по п.7, в которой импульсы напряжения имеют одинаковую величину.8. The system of claim 7, wherein the voltage pulses are of the same magnitude. 9. Система по любому из пп.1-8, дополнительно содержащая средство управления для регулирования частоты импульса напряжения, величины импульса напряжения, длительности импульса напряжения или их комбинации.9. The system according to any one of claims 1 to 8, further comprising control means for adjusting the frequency of the voltage pulse, the magnitude of the voltage pulse, the duration of the voltage pulse, or a combination thereof. 10. Система по п.9, в которой указанное средство управления выполнено с возможностью поддержания частоты импульса напряжения в диапазоне с центральным значением около 20 мкс, величины импульса напряжения в диапазоне от 100 до 500 В, длительности импульса напряжения в диапазоне от 10 до 2000 нс или их комбинации.10. The system according to claim 9, in which said control means is configured to maintain the voltage pulse frequency in the range with a central value of about 20 μs, the voltage pulse magnitude in the range from 100 to 500 V, the voltage pulse duration in the range from 10 to 2000 ns or combinations thereof. 11. Система по п.9 или 10, в которой указанное средство управления выполнено с возможностью регулирования частоты, величины, длительности или их комбинации, по меньшей мере, частично на основании выходного тока фотоэлектрического устройства и/или выходного напряжения фотоэлектрического устройства.11. The system of claim 9 or 10, wherein said control means is configured to adjust frequency, magnitude, duration, or a combination thereof based at least in part on the output current of the photovoltaic device and / or the output voltage of the photovoltaic device. 12. Система по любому из пп.9-11, дополнительно содержащая средство измерения для измерения выходного тока фотоэлектрического устройства и/или выходного напряжения фотоэлектрического устройства, причем указанное средство управления выполнено с возможностью регулирования частоты, величины, длительности или их комбинации, по меньшей мере, частично на основании измеренного выходного тока и/или измеренного выходного напряжения.12. The system according to any one of claims 9-11, further comprising measuring means for measuring the output current of the photovoltaic device and / or the output voltage of the photovoltaic device, said control means being configured to adjust the frequency, magnitude, duration, or a combination thereof, at least , based in part on the measured output current and / or the measured output voltage. 13. Система по п.12, в которой указанное средство измерения включает в себя средство измерения тока, последовательно соединенное между фотоэлектрическим устройством и нагрузкой для измерения выходного тока фотоэлектрического устройства, и/или средство измерения напряжения, соединенное с фотоэлектрическим устройством для измерения выходного напряжения фотоэлектрического устройства.13. The system of claim 12, wherein said measuring means includes current measuring means connected in series between the photovoltaic device and the load for measuring the output current of the photovoltaic device, and / or voltage measuring means connected to the photovoltaic device for measuring the output voltage of the photovoltaic device. devices. 14. Система по любому из пп.9-13, в которой указанное средство управления выполнено с возможностью управления электрическим полем, выходным током, выходной мощностью или их комбинацией путем регулирования импульса напряжения.14. A system as claimed in any one of claims 9-13, wherein said control means is configured to control the electric field, output current, output power, or a combination thereof by regulating the voltage pulse. 15. Система по п.14, в которой указанное средство управления выполнено с возможностью максимального увеличения выходного тока фотоэлектрического устройства и/или выходной мощности фотоэлектрического устройства.15. The system of claim 14, wherein said control means is configured to maximize the output current of the photovoltaic device and / or the output power of the photovoltaic device. 16. Система по любому из пп.9-15, в которой указанное средство управления, по меньшей мере, частично интегрировано в указанный источник напряжения.16. A system according to any one of claims 9 to 15, wherein said control means is at least partially integrated into said voltage source. 17. Система по любому из пп.1-16, дополнительно содержащая средство управления для регулирования частоты переключения между первым режимом и вторым режимом, первой длительности первого режима, второй длительности второго режима, коэффициента заполнения первого режима и второго режима, первой частоты следования импульсов первого режима, второй частоты следования импульсов второго режима или их комбинации.17. The system according to any one of claims 1-16, further comprising control means for adjusting the switching frequency between the first mode and the second mode, the first duration of the first mode, the second duration of the second mode, the duty cycle of the first mode and the second mode, the first pulse repetition rate of the first mode, the second pulse repetition rate of the second mode, or their combination. 18. Система по п.17, в которой указанное средство управления выполнено с возможностью поддержания частоты переключения в диапазоне с центральным значением около 20 мкс, первой длительности в первом диапазоне от 10 до 2000 нс, второй длительности во втором диапазоне от 10 до 2000 нс, коэффициента заполнения импульса напряжения в диапазоне от 0,1 до 10% или их комбинации.18. The system of claim 17, wherein said control means is configured to maintain the switching frequency in the range with a central value of about 20 μs, the first duration in the first range from 10 to 2000 ns, the second duration in the second range from 10 to 2000 ns, the duty cycle of the voltage pulse in the range from 0.1 to 10% or their combination. 19. Система по п.17 или 18, в которой указанное средство управления выполнено с возможностью регулирования частоты переключения, первой длительности, второй длительности, коэффициента заполнения или их комбинации, по меньшей мере, частично на основании условий нагрузки.19. The system of claim 17 or 18, wherein said control means is configured to adjust the switching frequency, first duration, second duration, duty cycle, or a combination thereof based at least in part on load conditions. 20. Система по любому из пп.17-19, в которой указанное средство управления, по меньшей мере, частично интегрировано в указанный источник напряжения и/или указанное средство переключения.20. A system according to any one of claims 17-19, wherein said control means is at least partially integrated into said voltage source and / or said switching means. 21. Система по любому из пп.1-20, в которой второй порт указанного средства переключения соединен с множеством фотоэлектрических устройств, причем указанное средство переключения выполнено с возможностью переключения между первым режимом для подачи импульса напряжения с положительной величиной для генерации электрического поля для увеличения выходного тока и/или выходной мощности, вырабатываемых множеством фотоэлектрических устройств, и вторым режимом для обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, вырабатываемых множеством фотоэлектрических устройств и подаваемых на нагрузку.21. A system according to any one of claims 1 to 20, in which the second port of said switching means is connected to a plurality of photovoltaic devices, and said switching means is configured to switch between the first mode to supply a voltage pulse with a positive value to generate an electric field to increase the output current and / or output power generated by the plurality of photovoltaic devices, and the second mode for providing increased output current and / or increased output power generated by the plurality of photovoltaic devices and supplied to the load. 22. Система по п.21, в которой множество фотоэлектрических устройств расположено в последовательной конфигурации, параллельной конфигурации или их комбинации.22. The system of claim 21, wherein the plurality of photovoltaic devices are arranged in a series configuration, a parallel configuration, or a combination thereof. - 17 035983- 17 035983 23. Система по любому из пп.1-22, дополнительно содержащая средство хранения энергии для уменьшения падения напряжения на нагрузке в первом режиме указанного средства переключения.23. A system according to any one of claims 1 to 22, further comprising energy storage means for reducing the voltage drop across the load in the first mode of said switching means. 24. Система по п.23, в которой указанное средство хранения энергии содержит по меньшей мере один конденсатор, по меньшей мере один индуктор, по меньшей мере одну аккумуляторную батарею или их комбинацию.24. The system of claim 23, wherein said energy storage means comprises at least one capacitor, at least one inductor, at least one battery, or a combination thereof. 25. Система по п.23 или 24, причем указанное средство хранения энергии выполнено с возможностью сохранения выходного тока и/или выходной мощности, вырабатываемых фотоэлектрическим устройством, во втором режиме указанного средства переключения.25. The system of claim 23 or 24, wherein said energy storage means is configured to store the output current and / or output power generated by the photovoltaic device in a second mode of said switching means. 26. Система по п.25, в которой указанное средство хранения энергии выполнено с возможностью управления нагрузкой через сохраненную выходную мощность или сохраненный выходной ток в первом режиме средства переключения.26. The system of claim 25, wherein said energy storage means is configured to control the load through the stored output power or the stored output current in the first mode of the switching means. 27. Система по п.26, дополнительно содержащая дроссель для электрической изоляции нагрузки от фотоэлектрического устройства в радиочастотной области при управлении нагрузкой указанным средством хранения энергии.27. The system of claim 26, further comprising a choke for electrically isolating the load from the photovoltaic device in the RF region while controlling the load with said energy storage means. 28. Система по п.27, в которой указанный дроссель содержит по меньшей мере один конденсатор, по меньшей мере один индуктор, по меньшей мере одну аккумуляторную батарею или их комбинацию.28. The system of claim 27, wherein said inductor comprises at least one capacitor, at least one inductor, at least one battery, or a combination thereof. 29. Система по любому из пп.1-28, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью работы во втором режиме между соседними первыми режимами.29. A system according to any one of claims 1 to 28, wherein said switching means is configured to operate in a second mode between adjacent first modes. 30. Система по п.29, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью работы во втором режиме в течение заданного интервала времени между соседними первыми режимами.30. The system of claim 29, wherein said switching means is configured to operate in a second mode for a predetermined time interval between adjacent first modes. 31. Система по п.29 или 30, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью работы без подачи сигнала напряжения от упомянутого источника напряжения в течение заданного интервала времени.31. The system of claim 29 or 30, wherein said switching means is configured to operate without supplying a voltage signal from said voltage source for a predetermined time interval. 32. Система по любому из пп.1-31, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью установление пути тока между фотоэлектрическим устройством и нагрузкой во втором режиме.32. A system according to any one of claims 1 to 31, wherein said switching means is configured to establish a current path between the photovoltaic device and the load in the second mode. 33. Система по п.32, в которой фотоэлектрическое устройство выполнено с возможностью обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности для нагрузки через путь тока во втором режиме.33. The system of claim 32, wherein the photovoltaic device is configured to provide increased output current and / or increased output power to the load through the current path in the second mode. 34. Система по любому из пп.1-33, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью установления пути тока между указанным источником напряжения и фотоэлектрическим устройством в первом режиме.34. A system according to any one of claims 1 to 33, wherein said switching means is configured to establish a current path between said voltage source and the photovoltaic device in a first mode. 35. Система по п.34, в которой второй порт указанного средств переключения подключен к одному или нескольким существующим электродам фотоэлектрического устройства.35. The system of claim 34, wherein the second port of said switching means is connected to one or more existing electrodes of the photovoltaic device. 36. Система по п.34 или 35, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью подачи сигнала напряжения, подаваемого указанным источником напряжения, на фотоэлектрическое устройство через путь тока в первом режиме.36. The system of claim 34 or 35, wherein said switching means is configured to supply a voltage signal supplied by said voltage source to the photovoltaic device via a current path in the first mode. 37. Система по п.36, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью подачи сигнала напряжения на фотоэлектрическое устройство без конструкционных изменений фотоэлектрического устройства.37. The system of claim 36, wherein said switching means is configured to supply a voltage signal to the photovoltaic device without structural changes to the photovoltaic device. 38. Система по любому из пп.34-37, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью разрыва пути тока между указанным источником напряжения и фотоэлектрическим устройством во втором режиме.38. A system according to any one of claims 34 to 37, wherein said switching means is configured to break a current path between said voltage source and the photovoltaic device in a second mode. 39. Система по любому из пп.1-38, в которой указанное средство переключения выполнено с возможностью подачи сигнала напряжения для генерирования электрического поля на фотоэлектрическом устройстве.39. A system as claimed in any one of claims 1 to 38, wherein said switching means is configured to supply a voltage signal for generating an electric field on the photovoltaic device. 40. Система по любому из пп.1-39, в которой нагрузка способна преобразовывать выходной ток и/или выходную мощность, вырабатываемые фотоэлектрическим устройством, в переменный ток или мощность переменного тока.40. A system according to any one of claims 1 to 39, wherein the load is capable of converting the output current and / or output power generated by the photovoltaic device into alternating current or alternating current power. 41. Система по п.40, в которой нагрузка содержит инвертор.41. The system of claim 40, wherein the load comprises an inverter. 42. Система по п.40 или 41, в которой нагрузка электрически изолирована от фотоэлектрического устройства в радиочастотной области.42. The system of claim 40 or 41, wherein the load is electrically isolated from the photovoltaic device in the RF region. 43. Система по п.42, в которой нагрузка электрически изолирована от фотоэлектрического устройства через конденсатор, индуктор, аккумуляторную батарею или их комбинацию.43. The system of claim 42, wherein the load is electrically isolated from the photovoltaic device via a capacitor, inductor, battery, or a combination thereof. 44. Система по любому из пп.1-43, в которой генерирование электрического поля способно увеличить выходной ток и/или выходную мощность, вырабатываемые фотоэлектрическим устройством, на величину до 50% в условиях низкой освещенности.44. A system according to any one of claims 1 to 43, wherein the generation of the electric field is capable of increasing the output current and / or the output power of the photovoltaic device by up to 50% in low light conditions. 45. Система по любому из пп.1-43, в которой генерирование электрического поля способно увеличить выходной ток и/или выходную мощность, вырабатываемые фотоэлектрическим устройством, на величину более 50% в условиях низкой освещенности.45. A system as claimed in any one of claims 1 to 43, wherein the generation of an electric field is capable of increasing the output current and / or output power of the photovoltaic device by more than 50% in low light conditions. 46. Система по любому из пп.1-45, в которой генерирование электрического поля способно увеличить выходной ток и/или выходную мощность, вырабатываемые фотоэлектрическим устройством, на46. A system according to any one of claims 1 to 45, in which the generation of an electric field is capable of increasing the output current and / or the output power generated by the photovoltaic device by - 18 035983 величину до 20% в условиях высокой интенсивности освещения.- 18 035983 up to 20% in high light intensity conditions. 47. Система по любому из пп.1-46, в которой генерирование электрического поля способно увеличить выходной ток и/или выходную мощность, вырабатываемые фотоэлектрическим устройством, на величину от 20 до 50%.47. A system according to any one of claims 1 to 46, wherein the generation of the electric field is capable of increasing the output current and / or the output power generated by the photovoltaic device by 20 to 50%. 48. Система по любому из пп.1-46, в которой генерирование электрического поля способно увеличить выходной ток и/или выходную мощность, вырабатываемые фотоэлектрическим устройством, на величину более 50%.48. A system according to any one of claims 1 to 46, wherein the generation of an electric field is capable of increasing the output current and / or the output power generated by the photovoltaic device by more than 50%. 49. Система по любому из пп.1-48, в которой увеличение выходного тока и/или выходной мощности, вырабатываемых фотоэлектрическим устройством, основано на интенсивности света, падающего на фотоэлектрическое устройство, толщине фотоэлектрического устройства, ширине импульса напряжения, частоте импульса напряжения.49. A system according to any one of claims 1 to 48, wherein the increase in output current and / or output power generated by the photovoltaic device is based on the intensity of light incident on the photovoltaic device, thickness of the photovoltaic device, voltage pulse width, voltage pulse frequency. 50. Система по любому из пп.1-49, в которой указанное средство переключения содержит третий порт для подключения к нагрузке и для обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку, во втором режиме.50. A system according to any one of claims 1 to 49, wherein said switching means comprises a third port for connecting to a load and for providing increased output current and / or increased output power supplied to the load in a second mode. 51. Система по любому из пп.1-50, в которой второй порт указанного средства переключения выполнен с возможностью подключения к нагрузке и обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку, как в первом режиме, так и во втором режиме.51. The system according to any one of claims 1-50, in which the second port of said switching means is configured to connect to the load and provide increased output current and / or increased output power supplied to the load, both in the first mode and in the second mode. 52. Способ повышения коэффициента полезного действия фотоэлектрического устройства, содержащий шаги, на которых обеспечивают источник напряжения; и обеспечивают подключение первого порта средства переключения к источнику напряжения, причем средство переключения содержит второй порт для подключения к фотоэлектрическому устройству и выполнено с возможностью переключения между первым режимом для подачи импульса напряжения с положительной величиной для генерирования электрического поля для увеличения выходного тока и/или выходной мощности, вырабатываемых фотоэлектрическим устройством, и вторым режимом для обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку.52. A method for increasing the efficiency of a photovoltaic device, comprising the steps of providing a voltage source; and provide connection of the first port of the switching means to a voltage source, wherein the switching means comprises a second port for connection to a photovoltaic device and is configured to switch between the first mode for supplying a voltage pulse with a positive value to generate an electric field to increase the output current and / or output power generated by the photovoltaic device, and the second mode to provide increased output current and / or increased output power supplied to the load. 53. Способ по п.52, в котором средство переключения содержит третий порт для подключения к нагрузке и для обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку, во втором режиме.53. The method of claim 52, wherein the switching means comprises a third port for connecting to the load and for providing increased output current and / or increased output power to the load in the second mode. 54. Способ по п.52, в котором второй порт средства переключения выполнен с возможностью подключения к нагрузке и обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку, в первом режиме и во втором режиме.54. The method of claim 52, wherein the second port of the switching means is configured to connect to the load and provide increased output current and / or increased output power to the load in the first mode and in the second mode. 55. Способ повышения коэффициента полезного действия фотоэлектрического устройства, содержащий шаг, на котором обеспечивают подключение первого порта средства переключения к источнику напряжения, причем средство переключения содержит второй порт для подключения к источнику напряжения и выполнено с возможностью переключения между первым режимом для подачи импульса напряжения с положительной величиной для генерирования электрического поля для увеличения выходного тока и/или выходной мощности, вырабатываемых фотоэлектрическим устройством, и вторым режимом для обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку.55. A method for increasing the efficiency of a photovoltaic device, comprising the step of connecting the first port of the switching means to a voltage source, wherein the switching means comprises a second port for connecting to a voltage source and is configured to switch between the first mode for supplying a voltage pulse with a positive a magnitude for generating an electric field to increase the output current and / or output power generated by the photovoltaic device, and the second mode to provide increased output current and / or increased output power supplied to the load. 56. Способ по п.55, дополнительно содержащий шаг, на котором обеспечивают подключение третьего порта средства переключения к нагрузке, причем средство переключения выполнено с возможностью обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку, через третий порт во втором режиме.56. The method of claim 55, further comprising the step of connecting the third port of the switching means to the load, wherein the switching means is configured to provide increased output current and / or increased output power supplied to the load through the third port in the second mode ... 57. Способ по п.55, дополнительно содержащий шаг, на котором обеспечивают подключение первого порта средства переключения к нагрузке, причем средство переключения выполнено с возможностью обеспечения увеличенного выходного тока и/или увеличенной выходной мощности, подаваемых на нагрузку, через первый порт в первом режиме и во втором режиме.57. The method according to claim 55, further comprising the step of connecting the first port of the switching means to the load, the switching means being adapted to provide increased output current and / or increased output power supplied to the load through the first port in the first mode and in the second mode.
EA201991414A 2014-07-08 2015-02-21 Method (embodiments) and system for increasing the efficiency of a photovoltaic cell EA035983B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462022087P 2014-07-08 2014-07-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201991414A1 EA201991414A1 (en) 2019-12-30
EA035983B1 true EA035983B1 (en) 2020-09-09

Family

ID=68653626

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201991416A EA037183B1 (en) 2014-07-08 2015-02-21 Method and system for operating a photovoltaic device in a power generation mode (embodiments)
EA201991414A EA035983B1 (en) 2014-07-08 2015-02-21 Method (embodiments) and system for increasing the efficiency of a photovoltaic cell
EA201991415A EA038040B1 (en) 2014-07-08 2015-02-21 Method (embodiments) and system for increasing the efficiency of a photovoltaic device
EA202092470A EA202092470A3 (en) 2014-07-08 2015-02-21 SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE OUTPUT POWER OF THE PHOTOELECTRIC ELEMENT

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201991416A EA037183B1 (en) 2014-07-08 2015-02-21 Method and system for operating a photovoltaic device in a power generation mode (embodiments)

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201991415A EA038040B1 (en) 2014-07-08 2015-02-21 Method (embodiments) and system for increasing the efficiency of a photovoltaic device
EA202092470A EA202092470A3 (en) 2014-07-08 2015-02-21 SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE OUTPUT POWER OF THE PHOTOELECTRIC ELEMENT

Country Status (1)

Country Link
EA (4) EA037183B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090078304A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Jack Arthur Gilmore Photovoltaic charge abatement device, system, and method
US20100275968A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Alpha Technologies Inc. Solar power systems optimized for use in cold weather conditions
US8095710B2 (en) * 2008-06-30 2012-01-10 Silicon Laboratories Inc. System and method of providing electrical isolation
US20120006408A1 (en) * 2010-07-09 2012-01-12 Ostendo Technologies, Inc. Alternating Bias Hot Carrier Solar Cells

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6674064B1 (en) * 2001-07-18 2004-01-06 University Of Central Florida Method and system for performance improvement of photodetectors and solar cells
JP4888817B2 (en) * 2009-03-13 2012-02-29 オムロン株式会社 Power conditioner and photovoltaic system
US8466582B2 (en) * 2010-12-03 2013-06-18 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for applying an electric field to a photovoltaic element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090078304A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Jack Arthur Gilmore Photovoltaic charge abatement device, system, and method
US8095710B2 (en) * 2008-06-30 2012-01-10 Silicon Laboratories Inc. System and method of providing electrical isolation
US20100275968A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Alpha Technologies Inc. Solar power systems optimized for use in cold weather conditions
US20120006408A1 (en) * 2010-07-09 2012-01-12 Ostendo Technologies, Inc. Alternating Bias Hot Carrier Solar Cells

Also Published As

Publication number Publication date
EA201991414A1 (en) 2019-12-30
EA202092470A3 (en) 2021-05-31
EA201991416A2 (en) 2019-11-29
EA038040B1 (en) 2021-06-28
EA201991416A3 (en) 2020-01-31
EA037183B1 (en) 2021-02-16
EA202092470A2 (en) 2021-02-26
EA201991415A2 (en) 2019-11-29
EA201991415A3 (en) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210203162A1 (en) System and method for controlling an output power supplied by a plurality of conventional solar cells
EA035983B1 (en) Method (embodiments) and system for increasing the efficiency of a photovoltaic cell
OA17841A (en) System and method for managing the power output of a photovoltaic cell

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM