RU2693020C1 - Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии - Google Patents
Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693020C1 RU2693020C1 RU2018135900A RU2018135900A RU2693020C1 RU 2693020 C1 RU2693020 C1 RU 2693020C1 RU 2018135900 A RU2018135900 A RU 2018135900A RU 2018135900 A RU2018135900 A RU 2018135900A RU 2693020 C1 RU2693020 C1 RU 2693020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- converter
- power switch
- current sensor
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H02J3/383—
-
- H02J3/386—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
-
- 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
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразованию солнечной энергии. Технической результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик устройства за счет повышения быстродействия поиска оптимальной рабочей точки. Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии содержит фотоэлектрический преобразователь с клеммами для подключения, силовой ключ, диод и нагрузку, при этом к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя подключены анод диода, отличающееся тем, что вход силового ключа подключен к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя, а к катоду диода подключен положительный вход DC-DC преобразователя, отрицательный вход которого и выход силового ключа соединены с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен к отрицательной клемме фотоэлектрического преобразователя, кроме того, выход тактирующего генератора подключен к управляющим входам силового ключа и запоминающего устройства, выход датчика тока соединен с информационным входом запоминающего устройства и входом формирователя ошибки, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход формирователя ошибки соединен с управляющим входом DC-DC преобразователя, к выходам которого подключается нагрузка. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано как автономный источник электропитания и, в частности, для заряда тяговых батарей электромобиля.
Известны способ и устройство эксплуатации аккумуляторных батарей (см. Патент США № US 9436201 В1, заявитель KARMSOLAR, опубл. 06.09.2016), поддержания фотоэлектрического источника питания в точке максимальной мощности.
Недостатками известного устройства является относительно низкое быстродействие поиска оптимальной рабочей точки, высокие требования к необходимой избыточности по напряжению солнечной батареи и схемотехническая сложность реализации.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является патент РФ №2211480 С1 «Устройство для регулирования избыточной мощности солнечной батареи», заявитель Федеральный научно-производственный центр Закрытое акционерное общество "Научно-производственный концерн (объединение) "Энергия", опубл. 27.08.2003, Бюл. ФИПС №24.
Фотоэлектрическое устройство содержит в силовом модуле разделительный диод и конденсатор. Первичные обмотки силового трансформатора через силовые транзисторы соединены с общей шиной. Точка соединения первичных обмоток подключена к аноду разделительного диода. Вторичные обмотки силового трансформатора через выпрямительные диоды и дроссель подключены к нагрузке. Нагрузка через вольтодобавочный конденсатор подключена к точке соединения вторичных обмоток силового трансформатора. Схема управления силовыми транзисторами формирует управляющие сигналы с помощью широтно-импульсного регулятора, сравнения напряжения с резистивных делителей силового модуля с сигналами установки напряжения вольтодобавки, опорного напряжения нагрузки и сигнала включения вольтодобавки.
Недостатками устройства - прототипа являются низкое быстродействие поиска оптимальной рабочей точки, высокие требования к необходимой избыточности по напряжению солнечной батареи и схемотехническая сложность реализации.
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик устройства преобразования солнечной энергии.
При этом достигаются технические результаты, заключающиеся в повышении быстродействия поиска оптимальной рабочей точки, расширении функциональных возможностей и упрощение схемы реализации, обеспечиваемые предлагаемым устройством.
DC-to-DC (DC-DC) converter - преобразователь постоянного тока.
Указанная техническая задача решается тем, что фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии, содержит фотоэлектрический преобразователь с клеммами для подключения, силовой ключ, диод и нагрузку, при этом к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя подключены анод диода, причем вход силового ключа подключен к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя, а к катоду диода подключен положительный вход DC-DC преобразователя, отрицательный вход которого и выход силового ключа соединены с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен к отрицательной клемме фотоэлектрического преобразователя, кроме того, выход тактирующего генератора подключен к управляющим входам силового ключа и запоминающего устройства, выход датчика тока соединен с информационным входом запоминающего устройства и входом формирователя ошибки, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход формирователя ошибки соединен с управляющим входом DC-DC преобразователя, к выходам которого подключается нагрузка.
Суть работы предлагаемого устройства, позволяющая достичь указанных технических результатов, заключается в его работе в нижеследующем виде.
Так как техническим результатом изобретения являются повышение быстродействия поиска оптимальной рабочей точки, и как следствие - расширение функциональных возможностей и упрощение схемы реализации, то следующая последовательность работы, указанной необходимой и достаточной совокупности составляющих его элементов, позволяет этого достичь.
Так как планируемое использование предлагаемого устройства -электротранспорт, т.е. как элемент питания электромобиля, положение которого при его движении меняет свою ориентацию относительно солнца и периодически затеняется придорожными объектами. При этом освещенность фотоэлектрического преобразователя из-за умеренных и резких теней, в зоне которых фактически отключаются отдельные ячейки солнечной батареи, меняются с большой скоростью. Если учесть, что время расчета экстремума в существующих системах МРРТ (максимальная возможная мощность на выходе (maximum power point tracking)) может достигать нескольких секунд, то в движении эти системы не будут успевать отслеживать изменения условий освещенности. В предлагаемом устройстве оптимизация энергоотдачи фотоэлектрического преобразователя осуществляется измерением тока короткого замывания и запоминанием его значения до следующего измерения. Рассмотрение вольтамперных характеристик фотоэлектрических преобразователей разных типов показывает, что оптимальная величина токосъема составляет 0.9-0.97 от величины тока короткого замыкания. И установка этого коэффициента по результатам отладочных испытаний приводит к возрастанию потерь при энергосъеме не более 5% относительно максимально возможной величины. Необходимо отметить, что система МРРТ при условиях быстрой смены освещенности даст большую величину потерь энергосъема. В предлагаемом решении необходимые измерения тока короткого замыкания осуществляются в течении 2-5 мксек и обновление информации о величине тока короткого замыкания можно проводит с частотой не менее 1 кГц. Далее, сигнал величины тока короткого замыкания, взятый с соответствующим коэффициентом, сравнивается с сигналом текущего значения отдаваемого солнечной батареей тока и, сформированная ошибка определяет точку отключения процесса накапливания энергии в обратноходовом DC-DC преобразователе, регулируя таким образом токоотдачу солнечной батареи на уровне близком к максимальному.
Выбор обратноходового DC-DC преобразователя определяется тем, что в сравнении с ШИМ (широтноимпульсным) преобразователем он позволяет формировать выходное напряжение, превышающее по своему уровню входное. Это обеспечивает работоспособность устройства при снижении напряжения в результате повышения температуры панелей солнечной батареи, ее деградации, резких тенях и других причинах.
Предложение поясняется чертежами.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1.
На этой схеме введены следующие обозначения:
1 - солнечная батарея;
«+», «-» - клеммы положительного и отрицательного выходов солнечной батареи;
2 - силовой ключ;
3 - нагрузка;
4 - DC-DC преобразователь;
5 - датчик тока;
6 - тактирующий генератор;
7 - запоминающее устройство;
8 - формирователь ошибки.
Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии (см. фиг 1) содержит клеммы + и - для подключения фотоэлектрического преобразователя 1, силовой ключ 2, диод D, и нагрузку 3, при этом к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя подключены силовой ключ 2 и анод диода D, при этом вход силового ключа 2 подключен к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя 1, а к катоду диода подключен положительный вход DC-DC преобразователя 4, отрицательный вход которого и выход силового ключа 2 соединены с первым выводом датчика тока 5, второй вывод датчика тока 5 подключен к отрицательной клемме фотоэлектрического преобразователя 1, кроме того, выход тактирующего генератора 6 подключен к управляющим входам силового ключа 2 и запоминающего устройства 7, выход датчика тока 5 соединен с информационным входом запоминающего устройства 7 и входом формирователя ошибки 8, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 7, а выход формирователя ошибки 8 соединен с управляющим входом DC-DC преобразователя, к выходам которого подключается нагрузка.
Устройство работает следующим образом.
Тактирующий генератор 6 формирует импульсы с частотой не менее 1 кГц и длительностью порядка 2-5 мксек. Эти импульсы открывают силовой ключ 2, через который начинает протекать ток короткого замыкания, фиксируемый датчиком тока 5. Также тактирующий генератор 6 подает команду запоминающему устройству 7 на запись текущего значения этого тока с коэффициентом 0.9-0.97 (подбирается при проведении отладочных испытаний). Диод D служит для исключения разряда входного конденсатора C1 DC-DC преобразователя 4 через силовой ключ 2. Выходные сигналы с запоминающего устройства 7 и датчика тока 5 поступают на соответствующие входы формирователя ошибки 8, представляющего собой пропорциональный или пропорционально - интегральный регулятор, где формируется сигнал ошибки, поступающий на вход управляющего усилителя К DC-DC преобразователя 4. В случае превышения величины сигнала с запоминающего устройства 7 величины сигнала с датчика тока 5, сигнал ошибки через управляющий усилитель К открывает силовой ключ СК. Начинается процесс заряда дросселя L. Ток, контролируемый датчиком тока ДТ2, возрастает и в момент равенства его величины и величины сигнала ошибки сигнал на выходе управляющего усилителя К меняет знак, силовой ключ СК запирается и дроссель L разряжаясь, заряжает конденсатор СЗ, напряжение с которого подается на нагрузку 3. Диод D2 и конденсатор С2 служат для фиксации времени разряда дросселя L.
Claims (1)
- Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии, содержащее фотоэлектрический преобразователь с клеммами для подключения, силовой ключ, диод и нагрузку, при этом к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя подключен анод диода, отличающееся тем, что вход силового ключа подключен к положительной клемме фотоэлектрического преобразователя, а к катоду диода подключен положительный вход DC-DC преобразователя, отрицательный вход которого и выход силового ключа соединены с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен к отрицательной клемме фотоэлектрического преобразователя, кроме того, выход тактирующего генератора подключен к управляющим входам силового ключа и запоминающего устройства, выход датчика тока соединен с информационным входом запоминающего устройства и входом формирователя ошибки, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход формирователя ошибки соединен с управляющим входом DC-DC преобразователя, к выходам которого подключается нагрузка.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018135900A RU2693020C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018135900A RU2693020C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2693020C1 true RU2693020C1 (ru) | 2019-07-01 |
Family
ID=67251978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018135900A RU2693020C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2693020C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2195754C2 (ru) * | 1999-09-01 | 2002-12-27 | Игорь Константинович Чернилевский | Устройство и способ отбора электрической энергии от солнечной батареи |
| RU2211480C2 (ru) * | 2001-04-25 | 2003-08-27 | Федеральный научно-производственный центр закрытое акционерное общество "Научно-производственный концерн (объединение) "ЭНЕРГИЯ" | Устройство для регулирования избыточной мощности солнечной батареи |
| US20120080955A1 (en) * | 2010-10-05 | 2012-04-05 | Fishman Oleg S | High Voltage Energy Harvesting and Conversion Renewable Energy Utility Size Electric Power Systems and Visual Monitoring and Control Systems for Said Systems |
| US9436201B1 (en) * | 2015-06-12 | 2016-09-06 | KarmSolar | System and method for maintaining a photovoltaic power source at a maximum power point |
-
2018
- 2018-10-11 RU RU2018135900A patent/RU2693020C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2195754C2 (ru) * | 1999-09-01 | 2002-12-27 | Игорь Константинович Чернилевский | Устройство и способ отбора электрической энергии от солнечной батареи |
| RU2211480C2 (ru) * | 2001-04-25 | 2003-08-27 | Федеральный научно-производственный центр закрытое акционерное общество "Научно-производственный концерн (объединение) "ЭНЕРГИЯ" | Устройство для регулирования избыточной мощности солнечной батареи |
| US20120080955A1 (en) * | 2010-10-05 | 2012-04-05 | Fishman Oleg S | High Voltage Energy Harvesting and Conversion Renewable Energy Utility Size Electric Power Systems and Visual Monitoring and Control Systems for Said Systems |
| US9436201B1 (en) * | 2015-06-12 | 2016-09-06 | KarmSolar | System and method for maintaining a photovoltaic power source at a maximum power point |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7839022B2 (en) | Device for distributed maximum power tracking for solar arrays | |
| US8013583B2 (en) | Dynamic switch power converter | |
| US20060185727A1 (en) | Converter circuit and technique for increasing the output efficiency of a variable power source | |
| US20060174939A1 (en) | Efficiency booster circuit and technique for maximizing power point tracking | |
| US20120161526A1 (en) | Dc power source conversion modules, power harvesting systems, junction boxes and methods for dc power source conversion modules | |
| US10720776B2 (en) | Optimal power collection control method and apparatus in solar photovoltaic power generation system | |
| US20220181975A1 (en) | Power converters and methods of controlling same | |
| WO2006071436A2 (en) | A converter circuit and technique for increasing the output efficiency of a variable power source | |
| KR100702223B1 (ko) | 태양광 발전시스템 및 방법 | |
| CN104184396A (zh) | 光伏供电系统及其控制方法 | |
| Liu et al. | Design of a solar powered battery charger | |
| RU2693020C1 (ru) | Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии | |
| AU2012216773B2 (en) | Photovoltaic system having burp charger performing concept of energy treasuring and recovery and charging method thereof | |
| Karuppiah et al. | Design a electric vehicle charger based sepic topology with PI controller | |
| CN115498749A (zh) | 一种基于光伏供电的激光雷达电源系统及控制方法 | |
| CN107069924B (zh) | 一种共用铝电极的太阳能电池-超级电容器件的充放电电路及其控制方法 | |
| TWI460979B (zh) | 直流／直流轉換器的控制方法與電壓轉換系統 | |
| US11695295B2 (en) | PV-optimiser power system for supply of power from a photovoltaic installation | |
| Hua et al. | Design and implementation of a digital high-performance photovoltaic lighting system | |
| EP2421134A1 (en) | Current-fed quadratic buck converter | |
| ChandraShekar et al. | Design and Simulation of Improved Dc-Dc Converters Using Simulink For Grid Connected Pv Systems | |
| KR101794615B1 (ko) | 에너지 하베스팅 압전발전기용 소전력 변환시스템 | |
| Bennis et al. | Optimization of the performance of a photovoltaic system with MPPT controller | |
| Ranjini et al. | Design and control of power converter for LED lighting driven from the PV module | |
| Kumar et al. | Comparitive Analysis of dc-dc Boost Converter Topologies for Solar Powered Lead-Acid Battery Charging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191202 Effective date: 20191202 |