RU2372562C1 - Solar power plant with concentrator (versions) - Google Patents
Solar power plant with concentrator (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2372562C1 RU2372562C1 RU2008126380/06A RU2008126380A RU2372562C1 RU 2372562 C1 RU2372562 C1 RU 2372562C1 RU 2008126380/06 A RU2008126380/06 A RU 2008126380/06A RU 2008126380 A RU2008126380 A RU 2008126380A RU 2372562 C1 RU2372562 C1 RU 2372562C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- solar
- solar cells
- power
- photodetector
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к солнечным энергетическим установкам с концентраторами и солнечными элементами в фокальной области.The invention relates to the field of solar technology, in particular to solar power plants with concentrators and solar cells in the focal region.
Тенденцией солнечной фотоэлектрической энергетики является увеличение площади и КПД единичного солнечного элемента. Первые промышленные солнечные элементы (СЭ) имели площадь 10 мм2 и КПД 3…6%. В настоящее время СЭ имеют максимальную площадь 400 мм2, КПД 18% и ток до 15 А и напряжение 0,5 В при стандартном освещении (таблица).The trend in solar PV is the increase in the area and efficiency of a single solar cell. The first industrial solar cells (SE) had an area of 10 mm 2 and an efficiency of 3 ... 6%. Currently, solar cells have a maximum area of 400 mm 2 , an efficiency of 18%, and a current of up to 15 A and a voltage of 0.5 V under standard lighting (table).
Таблица. Площадь и КПД солнечных элементов из кремнияTable. Area and efficiency of silicon solar cells
При концентрированном освещении ток СЭ еще более возрастает и увеличиваются коммутационные потери. Одновременно возрастают схемные потери из-за неравномерного освещения последовательно скоммутированных СЭ.With concentrated illumination, the SC current increases even more and switching losses increase. At the same time, circuit losses increase due to uneven illumination of sequentially commutated solar cells.
Известна солнечная энергетическая установка с концентраторами. В установке использовались параболоидные концентраторы диаметром 0,5 м и солнечные элементы (СЭ) диаметром 50 мм, установленные на тепловой трубе в фокальной области концентратора. Тепловая труба использовалась для охлаждения СЭ при концентрации 50 и токе СЭ 20 А. 128 СЭ соединялись последовательно для получения напряжения 50 В и электрической мощности 1 кВт (Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Солнечная фотоэлектрическая установка со стеклянными концентраторами электрической мощностью 1 кВт, в книге «Концентраторы солнечного излучения", М., 2007, изд. ВИЭСХ, стр.38-40).Known solar power plant with concentrators. The installation used paraboloid concentrators with a diameter of 0.5 m and solar cells (SC) with a diameter of 50 mm mounted on a heat pipe in the focal region of the concentrator. The heat pipe was used to cool solar cells at a concentration of 50 and a solar current of 20 A. 128 solar cells were connected in series to obtain a voltage of 50 V and an electric power of 1 kW (Strebkov D.S., Tveryanovich E.V. Solar photovoltaic installation with glass concentrators with an electric power of 1 kW, in the book "Concentrators of solar radiation", M., 2007, ed. VIESH, pp. 38-40).
Недостатком известной установки является большой ток СЭ и большие потери на коммутацию при соединении большего числа СЭ. Другим недостатком является необходимость использования инвертора для присоединения солнечной энергетической установки к энергосистеме.A disadvantage of the known installation is a large SC current and large switching losses when connecting more SCs. Another disadvantage is the need to use an inverter to connect the solar power plant to the power system.
Известна солнечная энергетическая установка с концентраторами на основе стеклянных параболоторических фоконов с солнечными элементами диаметром 50 мм в фокальной области каждого фокона. Электрическая мощность установки 150 Вт, электрическая мощность одного модуля с фоконом 2,34 Вт, при токе СЭ 7,5 А (Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Концентраторы солнечного излучения. Изд. ВИЭСХ, М., 2007, стр.117-123).Known solar power plant with concentrators based on glass parabolotor focons with solar cells with a diameter of 50 mm in the focal region of each focon. The electric power of the installation is 150 W, the electric power of one module with a focal length 2.34 W, at a current of SE 7.5 A (Strebkov D.S., Tveryanovich E.V. Concentrators of solar radiation. Ed. VIESH, M., 2007, pp. .117-123).
Недостатками известной установки являются низкое напряжение и большие токи каждого солнечного элемента в модуле и необходимость последовательной коммутации сильноточных СЭ для получения напряжения, достаточного для использования установки со стандартными характеристиками по напряжению.The disadvantages of the known installation are the low voltage and high currents of each solar cell in the module and the need for sequential switching of high-current solar cells to obtain a voltage sufficient to use the installation with standard voltage characteristics.
Известна солнечная энергетическая установка с параболоцилиндрическим концентратором. В качестве фотоприемника использованы 18 солнечных элементов, соединенных последовательно. Коэффициент концентрации 3,45, рабочее напряжение 7 В, ток нагрузки 7,2 А, электрическая мощность 50,4 Вт (Тверьянович Э.В. и др. Концентрирующий фотоэлектрический модуль для комбинированного энергоснабжения. Возобновляемая энергия, 2004 г., март, с.10-11).Known solar power plant with parabolic cylinder concentrator. As a photodetector, 18 solar cells connected in series were used. Concentration coefficient 3.45, operating voltage 7 V, load current 7.2 A, electric power 50.4 W (Tveryanovich E.V. et al. Concentrating photovoltaic module for combined power supply. Renewable energy, 2004, March, s .10-11).
Недостатками всех известных солнечных энергетических установок с СЭ является необходимость последовательной коммутации большого числа СЭ, что при неравномерном освещении СЭ в установке приводит к снижению мощности из-за коммутационных и схемных потерь.The disadvantages of all known solar power plants with solar cells is the need for sequential switching of a large number of solar cells, which with uneven lighting of solar cells in the installation leads to a decrease in power due to switching and circuit losses.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии в солнечных энергетических установках за счет снижения коммутационных и схемных потерь, связанных с неравномерным освещением СЭ в установке и коммутацией больших токов, вырабатываемых СЭ.The aim of the present invention is to increase the efficiency of use of solar energy in solar power plants by reducing switching and circuit losses associated with uneven lighting of solar cells in the installation and switching of high currents generated by solar cells.
Указанная цель достигается тем, что в солнечной энергетической установке с концентратором, содержащей фотоприемник из скоммутированных солнечных элементов, установленный в фокальной области концентратора, согласно изобретению солнечные элементы в фотоприемнике соединены параллельно и подключены к двум преобразователям напряжения разной мощности - малой и большой, выход преобразователя напряжения малой мощности присоединен к драйверу для управления преобразователя напряжения большой мощности, содержащего силовые транзисторы и повышающий трансформатор, к выходу которого подключен выпрямитель и аккумуляторная батарея с контроллером заряда и инвертор.This goal is achieved by the fact that in a solar power installation with a hub containing a photodetector of switched solar cells installed in the focal region of the hub, according to the invention, the solar cells in the photodetector are connected in parallel and connected to two voltage converters of different capacities - small and large, the output of the voltage converter low power is connected to the driver to control a high power voltage converter containing power transistors and yshayuschy transformer, which is connected to the output of the rectifier and a battery charge controller and an inverter.
Для увеличения надежности солнечной энергетической установки с концентратором в качестве преобразователя напряжения малой мощности используется дополнительный солнечный модуль малой мощности.To increase the reliability of a solar power plant with a concentrator, an additional low-power solar module is used as a low-voltage voltage converter.
Согласно второму варианту выполнения в солнечной энергетической установке с концентратором, содержащей фотоприемник из скоммутированных солнечных элементов, установленный в фокальной области концентратора, согласно изобретению солнечные элементы в фотоприемнике коммутируют параллельно в n групп, содержащих один или несколько солнечных элементов, и каждую группу солнечных элементов фотоприемника присоединяют параллельно к входу одного из n преобразователей напряжения, а выходное напряжение преобразователя напряжения присоединяют к одному из n выпрямителей, имеющих одинаковое высокое напряжение постоянного тока, выходы всех n выпрямителей от всех n преобразователей соединяют параллельно и подключают через контроллер заряда к аккумулятору и инвертору.According to a second embodiment, in a solar power installation with a concentrator comprising a photodetector of switched solar cells mounted in the focal region of the concentrator, according to the invention, the solar cells in the photodetector are switched in parallel in n groups containing one or more solar cells, and each group of solar cells of the photodetector is connected parallel to the input of one of the n voltage converters, and the output voltage of the voltage converter is connected to one of n rectifiers having the same high DC voltage, the outputs of all n rectifiers from all n converters are connected in parallel and connected through the charge controller to the battery and inverter.
Для увеличения надежности солнечной энергетической установки с концентратором питание драйверов всех преобразователей напряжения осуществляют от отдельной маломощной солнечной энергетической установки или от электрической сети.To increase the reliability of a solar power plant with a hub, the drivers of all voltage converters are powered from a separate low-power solar power plant or from an electric network.
Изобретение иллюстрируется на фиг.1, 2, 3, где на фиг.1 показана коммутация СЭ в солнечной энергетической установке с концентратором; на фиг.2 - блок-схема установки; на фиг.3 - электрическая схема установки.The invention is illustrated in figures 1, 2, 3, where figure 1 shows the switching of solar cells in a solar power plant with a hub; figure 2 is a block diagram of the installation; figure 3 is an electrical diagram of the installation.
На фиг.1(а) показана коммутация СЭ в известной солнечной энергетической установке, а на фиг 1(б) - согласно изобретению.Figure 1 (a) shows the switching of solar cells in a known solar power plant, and figure 1 (b) according to the invention.
Солнечная энергетическая установка состоит из фотоприемника 7, выполненного из скоммутированных солнечных элементов 2 и установленных в фокальной области 3 солнечного концентратора 4. В прототипе (фиг.1(а)) солнечные элементы 2 скоммутированы последовательно, а на фиг.1(б) - согласно изобретению, параллельно.The solar power installation consists of a
Установка работает следующим образом. Солнечные лучи Л1 Л2, …, отражаясь от концентратора 4, создают на фотоприемнике 1 фокальное пятно из отраженных лучей Л01 Л02, … Из-за неравномерного освещения солнечных элементов 2 на фотоприемнике ток фотоприемника 1 на фиг.1(а) будет определяться током наименее освещенного СЭ, а на фиг.1(б) ток фотоприемника 7 будет равен сумме токов всех соединенных параллельно солнечных элементов 2. Однако при этом ток фотоприемника 7 на фиг.1(б) становится очень большим из-за концентрации солнечного излучения и для снижения коммутационных потерь солнечные элементы в фотоприемнике 7 коммутируют параллельно в несколько групп и каждую группу подключают к входу преобразователя напряжения, выходное напряжение каждого преобразователя выпрямляют и выходы выпрямителей присоединяют параллельно через контроллер заряда к аккумулятору и инвертору.Installation works as follows. The sun's rays L 1 L 2 , ..., reflected from the
На фиг.2 низкое напряжение от двух групп СЭ, соединенных параллельно в фотоприемнике 7, поступает на преобразователь напряжения 5 малой мощности, от которого питается драйвер 6, управляющий мощными полевыми транзисторами 7, выходы которых подключены к повышающему трансформатору 8, выпрямителю 9. Выходы инверторов соединены параллельно и подключены к общему инвертору 10. Вместо преобразователя напряжения 5 малой мощности используют дополнительный солнечный модуль 11.In Fig.2, the low voltage from two groups of solar cells connected in parallel in the
На фиг.3 с фотоприемника 1 низкое напряжение поступает через клеммы 12 и 13 на преобразователь напряжения 5 малой мощности, к выходному ключу 14 которого подключается низковольтная обмотка 15 повышающего трансформатора 16. Повышенное напряжение с обмотки 17 трансформатора выпрямляется диодом 18 и конденсатором 19, вход обратной связи 20 преобразователя 5 используется для стабилизации выпрямленного напряжения. Этим напряжением питается драйвер 6, управляющий мощными транзисторами 7 и 27, к стокам которых подключены низковольтная обмотка силового трансформатора 8, с обмотки 22 силового трансформатора повышенное напряжение выпрямляется выпрямителем 9 и конденсатором 23 и подается на выходные клеммы 24, 25, вход обратной связи 26 драйвера 6 используется для стабилизации выходного напряжения. Таким образом, низкое напряжение солнечной батареи 0,5…2,0 В преобразуется в повышенное с высоким КПД.In Fig. 3, from the
В варианте солнечной энергетической установки вместо повышающего преобразователя 5 малой мощности для питания драйвера 6 используется дополнительный маломощный модуль 11 (фиг.2) с необходимым для питания драйвера 6 напряжением.In the embodiment of the solar power installation, instead of the
В другом варианте к выходу преобразователя 24, 25 подключается аккумуляторная батарея с контроллером заряда.In another embodiment, a battery with a charge controller is connected to the output of the
В третьем варианте к выходам 24, 25 подключается электронный преобразователь 220 В с частотой 50 Гц, таким образом, с солнечной батареи можно сразу получать стандартное напряжение.In the third version, an electronic 220 V converter with a frequency of 50 Hz is connected to
Пример выполнения солнечной энергетической установки с концентратором.An example of a solar power plant with a hub.
Фотоприемник собирается из параллельных групп элементов 2, состоящих из двух последовательно включенных элементов, генерирующих напряжение 1 В. Преобразователь 5 малой мощности выполнен на микросхеме КР1446ПН1Е, преобразующей напряжение 1 В постоянного тока в напряжение 5 В постоянного тока. От напряжения 5 В питается драйвер 6, выполненный на микросхеме LM3524D, который управляет силовыми транзисторами 7,21 типа IRF1405 с низким внутренним сопротивлением 5 мОм, выпрямительные диоды 22 типа SK32 с напряжением падения 0,5 В, включенные по схеме с двухполупериодным выпрямлением. КПД преобразователя при этом равен:The photodetector is assembled from parallel groups of
, ,
где Рмпр - мощность преобразователя напряжения малой мощности = 0,02 Вт; Рвых - выходная мощность преобразователя; Rтранз - внутреннее сопротивление силовых транзисторов = 0,005 Ом; Uсб - напряжение солнечной батареи = 1 В; ηтр - КПД силового трансформатора = 0,98; Iвых - выходной ток преобразователя; Uд - напряжение падения выпрямительных диодов = 0,5 В,where R MPR is the power of the low voltage voltage converter = 0.02 W; P o - the output power of the Converter; R trans - internal resistance of power transistors = 0.005 Ohm; U sat - voltage of the solar battery = 1 V; η tr - the efficiency of the power transformer = 0.98; I o - the output current of the Converter; U d - the voltage drop of the rectifier diodes = 0.5 V,
Так, при выходной мощности 20 Вт и выходном напряжении 15 В и напряжении солнечной батареи 1 В КПД преобразователя равен 85%.So, with an output power of 20 W and an output voltage of 15 V and a voltage of the solar battery of 1 V, the efficiency of the converter is 85%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126380/06A RU2372562C1 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Solar power plant with concentrator (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008126380/06A RU2372562C1 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Solar power plant with concentrator (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2372562C1 true RU2372562C1 (en) | 2009-11-10 |
Family
ID=41354794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008126380/06A RU2372562C1 (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Solar power plant with concentrator (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2372562C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522376C2 (en) * | 2012-04-28 | 2014-07-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Solar module with compound parabolic concentrator included in stirling engine |
-
2008
- 2008-06-30 RU RU2008126380/06A patent/RU2372562C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТВЕРЬЯНОВИЧ Э.В. и др. Концентрирующий фотоэлектрический модуль для комбинированного энергосбережения. - Возобновляемая энергия, 2004, с.10-11. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522376C2 (en) * | 2012-04-28 | 2014-07-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Solar module with compound parabolic concentrator included in stirling engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11289917B1 (en) | Optimized photovoltaic conversion system | |
US10141745B2 (en) | Photovoltaic power conditioning units | |
US9887627B2 (en) | Low profile power conversion system for rooftop photovoltaic power systems | |
TWI302418B (en) | Autonomous solid state lighting system | |
Enslin et al. | Integrated photovoltaic maximum power point tracking converter | |
Hu et al. | Power decoupling techniques for micro-inverters in PV systems-a review | |
US8335090B2 (en) | Low cost high efficiency high power solar power conversion system circuit and solar power supply system | |
US8526205B2 (en) | Photovoltaic power conditioning units | |
US8334616B2 (en) | Photovoltaic integrated variable frequency drive | |
EP3121922B1 (en) | Direct current power combiner | |
US20040164557A1 (en) | Monopolar dc to bipolar to ac converter | |
US20040165408A1 (en) | Dc to ac inverter with single-switch bipolar boost circuit | |
US8467198B2 (en) | DC-to-AC converting circuit with wide input voltage | |
CN202444440U (en) | Bridgeless inverter circuit and solar bridgeless inverter | |
US20120042588A1 (en) | Integrated photovoltaic module | |
Walker et al. | PV string per-module maximum power point enabling converters | |
US20120170325A1 (en) | High Efficiency Solar Wind Inverter With Hybrid DCDC Converter | |
CN203423631U (en) | Solar energy no-bridge inverter comprising high boosted circuit | |
CN103023362A (en) | Bridgeless inverter circuit and solar bridgeless inverter | |
KR102317140B1 (en) | Power converting apparatus, and photovoltaic module | |
Chub et al. | Ultrawide voltage gain range microconverter for integration of silicon and thin-film photovoltaic modules in DC microgrids | |
KR20140010217A (en) | Power converting apparatus, and photovoltaic module | |
RU2372562C1 (en) | Solar power plant with concentrator (versions) | |
CN109560703B (en) | Switch capacitance type high-gain DC/DC converter based on coupling inductance | |
CN111010031B (en) | Improved high-gain Boost-Sepic converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110701 |