RU2797327C1

RU2797327C1 - Solar power plant

Info

Publication number: RU2797327C1
Application number: RU2022126287A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Андреевич Малевский; Павел Васильевич Покровский; Максим Зиновьевич Шварц; Александра Вячеславовна Малевская; Валерий Романович Ларионов; Мария Валерьевна Нахимович
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2023-06-02

Abstract

FIELD: solar photovoltaics.

SUBSTANCE: invention relates to the converting solar energy into electrical and thermal energy, and can be used both in powerful solar power plants and as a photovoltaic power plant for individual use. The solar power station includes a photovoltaic module 1 with solar radiation concentrators and with a plenary photoelectric converter receiving radiation with bilateral photosensitivity and a plurality of concentric photovoltaic converters placed on a supporting structure 7 equipped with a solar tracking system 8. At the same time, plenary and concentric photoelectric converters are independently connected to individual power conversion systems with automatic control, connected to the electric energy storage unit, distribution-converting device and to the device for collecting and analysing the station operation parameters.

EFFECT: result of the technical solution is the creation of a solar power plant with increased specific power, which is more secure and reliable and has an extended service life.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к солнечной фотоэнергетике, к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, и может найти применение как в мощных солнечных электростанциях, так и в качестве фотоэлектрической энергоустановки индивидуального пользования.The invention relates to solar photovoltaics, to the field of converting solar energy into electrical and thermal energy, and can be used both in powerful solar power plants and as a photovoltaic power plant for individual use.

Известна солнечно-энергетическая станция (см. WO 2018153233, МПК F24S 23/70; F24S 50/20; H02S 10/10, опубл. 30.08.2018), которая включает систему слежения за Солнцем башенного типа, зеркальные концентраторы и фотоэлектрический модуль. Система слежения за Солнцем включает опору, отражатель, неподвижно расположенный на опоре, модуль определения уровня солнечной иррадиации и контроллер, подключенный к системе слежения, к модулю определения солнечной освещенности и связанный с ним, и используемый для контроля работы системы слежения.A solar power station is known (see WO 2018153233, IPC F24S 23/70; F24S 50/20; H02S 10/10, publ. 08/30/2018), which includes a tower-type solar tracking system, mirror concentrators and a photovoltaic module. The solar tracking system includes a support, a reflector fixedly located on the support, a module for determining the level of solar irradiation and a controller connected to the tracking system, to the module for determining solar illumination and associated with it, and used to control the operation of the tracking system.

Недостатком известной солнечно-энергетической станции является низкая степень надежности и защищенности работы станции, так как регулировка работы солнечных батарей, системы слежения и других составных частей станции осуществляется единым контроллером.A disadvantage of the known solar power station is the low degree of reliability and security of the station, since the adjustment of the solar panels, the tracking system and other components of the station is carried out by a single controller.

Известна солнечно-энергетическая станция (см. WO 2012176168, МПК Н02М 3/156, H01L 31/042, H02J 3/38, опубл. 27.12.2012), включающая массив фотоэлектрических модулей, соединенных в цепочки и подключенных к центральному преобразователю. По меньшей мере, в одной из цепочек фотоэлектрические преобразователи в составе модуля снабжены системой автоматического управления для регулировки выходного напряжения и тока. Фотоэлектрические модули могут быть снабжены оптическими концентраторами.Known solar power station (see WO 2012176168, IPC H02M 3/156, H01L 31/042, H02J 3/38, publ. 12/27/2012), including an array of photovoltaic modules connected in chains and connected to a central converter. In at least one of the chains, the photoelectric converters in the module are equipped with an automatic control system for adjusting the output voltage and current. Photovoltaic modules can be equipped with optical concentrators.

Недостатком известной солнечно-энергетической станции является малая мощность, так как происходит преобразование только концентрированного излучения при использовании концентраторных модулей, либо неконцентрированного излучения с низкой эффективностью при использовании пленарных неконцентраторных модулей.A disadvantage of the known solar power station is its low power, since only concentrated radiation is converted when using concentrator modules, or non-concentrated radiation with low efficiency when using plenary non-concentrating modules.

Известна солнечно-энергетическая станция (см. US9074915, МПК H02J 1/00, H01L 31/02, G01D 4/00, опубл. 07.07.2015), включающая фотоэлектрические модули, соединенные в последовательные сборки и образующие фотоэлектрический генератор, один или несколько конвертеров для DC/AC преобразования тока. Каждый фотоэлектрический модуль снабжен защитным байпасным диодом для увеличения надежности работы станции и подключен шиной данных к единому контроллеру для передачи данных работы модуля. Модули подключены к защитным устройствам и блокирующим диодам.Known solar power station (see US9074915, IPC H02J 1/00, H01L 31/02, G01D 4/00, publ. 07/07/2015), including photovoltaic modules connected in series assemblies and forming a photovoltaic generator, one or more converters for DC/AC current conversion. Each photovoltaic module is equipped with a protective bypass diode to increase the reliability of the station and is connected by a data bus to a single controller to transmit module operation data. The modules are connected to protective devices and blocking diodes.

Известная солнечно-энергетическая станция не обеспечивает согласование токов последовательно соединенных фотоэлектрических модулей и независимое их отключение, что ведет к снижению вырабатываемой солнечно-энергетической станцией мощности.Known solar power station does not ensure the matching of the currents of series-connected photovoltaic modules and their independent shutdown, which leads to a decrease in the power generated by the solar power station.

Известна солнечно-энергетическая станция (см. RU 2612670, МПК H02S 10/30, H01L 31/042, опубл. 13.03.2017), включающая фотоэлектрические модули, концентраторы солнечного излучения, систему слежения и фотоприемники в фокальной области каждого концентратора, установленные в прозрачной для солнечного излучения оболочке. Прозрачная оболочка содержит гомогенизатор концентрированного солнечного излучения из набора плоских тонких пластин из оптически прозрачного материала. Размеры поперечного сечения гомогенизатора соизмеримы с размерами рабочей поверхности фотоприемника. Ширина каждой пластины равна расстоянию между токоотводами, а произведение толщины пластин на их количество определяет размер гомогенизатора вдоль плоскости р-n переходов диодных структур, а длина гомогенизатора в 2-10 раз больше размеров рабочей поверхности фотоприемника. Фотоприемники снабжены устройством для отвода тепла, выполненным в виде тонких пластин из теплопроводящего материала, присоединенных к токоподводам фотоприемников.Known solar power station (see RU 2612670, IPC H02S 10/30, H01L 31/042, publ. for solar radiation shell. The transparent shell contains a homogenizer of concentrated solar radiation from a set of flat thin plates made of an optically transparent material. The dimensions of the cross section of the homogenizer are commensurate with the dimensions of the working surface of the photodetector. The width of each plate is equal to the distance between the current leads, and the product of the thickness of the plates and their number determines the size of the homogenizer along the p-n junction plane of the diode structures, and the length of the homogenizer is 2-10 times greater than the dimensions of the working surface of the photodetector. The photodetectors are equipped with a device for heat removal, made in the form of thin plates of heat-conducting material, attached to the current leads of the photodetectors.

Недостатком известной солнечно-энергетической станции является низкая мощность при преобразовании только концентрированного солнечного излучения, а также низкая степень надежности и защищенности станции за счет отсутствия подключения фотоэлектрических модулей к индивидуальным системам автоматического управления.The disadvantage of the known solar power station is the low power when converting only concentrated solar radiation, as well as the low degree of reliability and security of the station due to the lack of connection of photovoltaic modules to individual automatic control systems.

Известна солнечно-энергетическая станция (см. JP2015090946, МПК H01L 31/042, опубл. 11.05.2015), включающая концентраторный фотоэлектрический модуль, неконцентраторный фотоэлектрический модуль, устройства регулирования напряжения для согласования выходного напряжения от концентраторного модуля и для согласования выходного напряжения от неконцентраторного модуля, блок накопления электрической энергии с устройством регулирования напряжения, несущую конструкцию, оснащенную системой слежения за Солнцем.Known solar power station (see JP2015090946, IPC H01L 31/042, publ. 05/11/2015), including concentrating photovoltaic module, non-concentrating photovoltaic module, voltage regulation devices for matching the output voltage from the concentrator module and for matching the output voltage from the non-concentrating module , an electrical energy storage unit with a voltage regulation device, a load-bearing structure equipped with a solar tracking system.

Недостатками известной солнечно-энергетической станции являются использование отдельных концентраторных и планарных модулей, что ведет к увеличению массо-габаритных параметров станции, усложнению конструкции и снижению удельной мощности станции в целом, а также дополнительные потери мощности из-за параллельного подключения планарных и концентраторных модулей.The disadvantages of the known solar power station are the use of separate concentrator and planar modules, which leads to an increase in the weight and size parameters of the station, complicating the design and reducing the power density of the station as a whole, as well as additional power losses due to the parallel connection of planar and concentrator modules.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является солнечно-энергетическая станция (см. RU2382953 МПК F24J 2/42, опубл. 27.02.2010), принятая за прототип. Станция-прототип содержит, по меньшей мере, один или более фотоэлектрических модулей с концентраторами солнечного излучения, размещенных на несущей конструкции, оснащенной системой слежения за Солнцем, принимающие излучение концентраторные и пленарные неконцентраторные фотоэлектрические преобразователи, блок накопления электрической энергии, распределительно-преобразовательное устройство, циркуляционные контуры теплопередачи для охлаждения фотоэлектрических преобразователей и получения тепла, единую систему преобразования энергии с автоматическим управлением. При этом концентраторы солнечного излучения являются зеркальными, концентраторные фотоэлектрические преобразователи расположены в фокусе зеркальных концентраторов, пленарные неконцентраторные фотоэлектрические преобразователи установлены в центральной зоне входной апертуры зеркальных концентраторов.The closest to the claimed technical solution in terms of essential features is a solar power plant (see RU2382953 IPC F24J 2/42, publ. 27.02.2010), taken as a prototype. The prototype station contains at least one or more photovoltaic modules with solar radiation concentrators placed on a supporting structure equipped with a solar tracking system, concentrating and plenary non-concentrating photovoltaic converters receiving radiation, an electrical energy storage unit, a distribution-converter device, circulating heat transfer circuits for cooling photovoltaic converters and heat recovery, a single power conversion system with automatic control. In this case, solar radiation concentrators are mirror concentrators, concentrating photoelectric converters are located at the focus of mirror concentrators, plenary non-concentrating photoelectric converters are installed in the central zone of the entrance aperture of mirror concentrators.

Недостатком известной солнечно-энергетической станции является низкая удельная мощность станции, обусловленная установкой планарных неконцентраторных фотоэлектрических преобразователей только над нерабочей центральной областью зеркальных концентраторов, а также отсутствие возможности преобразования рассеянного излучения, отраженного от земной поверхности (альбедо). Управление станцией осуществляется единой системой преобразования энергии с автоматическим управлением, что приводит к существенному снижению защищенности и надежности станции в целом, а также к снижению вырабатываемой мощности при затенении, деградации или выходе из строя одного или более фотоэлектрических модуля. При последовательном соединении фотоэлектрических модулей в составе солнечно-энергетической станции необходимо обеспечивать условие согласования отдельных модулей и фотоэлектрических преобразователей по параметрам вырабатываемого тока. Соответственно при затенении или деградации одного или более фотоэлектрических модулей или, составляющих их фотоэлектрических преобразователей, происходит полное или частичное отключение их из работы станции, что ведет к существенному снижению вырабатываемой мощности. Кроме того, ухудшение работы одного фотоэлектрического преобразователя или модуля влияет на величину вырабатываемой мощности станции в целом, ввиду условия согласования последовательно соединенных модулей по току. При выходе из строя или физическом разрушении одного или более модулей, или составных его частей возможен сбой в работе станции в целом, ее отключение, возникновение аварийной ситуации.A disadvantage of the known solar power station is the low power density of the station, due to the installation of planar non-concentrating photoelectric converters only above the non-working central area of mirror concentrators, as well as the inability to convert scattered radiation reflected from the earth's surface (albedo). The station is controlled by a single power conversion system with automatic control, which leads to a significant decrease in the security and reliability of the station as a whole, as well as to a decrease in the generated power in case of shading, degradation or failure of one or more photovoltaic modules. When connecting photovoltaic modules in series as part of a solar power plant, it is necessary to ensure the condition for matching individual modules and photovoltaic converters in terms of the parameters of the generated current. Accordingly, when one or more photovoltaic modules or their constituent photovoltaic converters are shaded or degraded, they are completely or partially disconnected from the operation of the station, which leads to a significant decrease in the generated power. In addition, the deterioration of the operation of one photoelectric converter or module affects the amount of generated power of the station as a whole, due to the condition of matching series-connected modules in terms of current. In the event of failure or physical destruction of one or more modules, or its component parts, a failure in the operation of the station as a whole, its shutdown, and an emergency may occur.

Задачей заявляемого технического решения является создание солнечно-энергетической станции, обладающей увеличенной удельной мощностью, повышенной защищенностью и надежностью системы в целом, и соответственно увеличенным сроком эксплуатации.The objective of the proposed technical solution is to create a solar power plant with increased power density, increased security and reliability of the system as a whole, and, accordingly, increased service life.

Поставленная задача достигается тем, что солнечно-энергетическая станция включает, по меньшей мере, один фотоэлектрический модуль с концентраторами солнечного излучения, размещенными на несущей конструкции, оснащенной системой слежения за Солнцем, принимающие излучение концентраторные и пленарный неконцентраторный фотоэлектрические преобразователи, блок накопления электрической энергии, распределительно-преобразовательное устройство, циркуляционные контуры теплопередачи для охлаждения фотоэлектрических преобразователей и получения тепла, систему преобразования энергии с автоматическим управлением. Новизной настоящего технического решения является то, что планарный неконцентраторный фотоэлектрический преобразователь обладает двусторонней фоточувствительностью, множество концентраторных фотоэлектрических преобразователей расположены на поверхности планарного неконцентраторного фотоэлектрического преобразователя в фокусе концентраторов солнечного излучения, выполненных на основе собирающих линз. При этом концентраторные и планарный неконцентраторный фотоэлектрические преобразователи независимо подключены к индивидуальным системам преобразования энергии с автоматическим управлением, преобразующими генерируемую энергию, с отслеживанием точки максимальной мощности, для выдачи потребителям по силовой цепи, подключенной к блоку накопления электрической энергии и распределительно-преобразовательному устройству, при этом все индивидуальные системы преобразования энергии с автоматическим управлением соединены по шине данных и подключены к устройству сбора и анализа параметров работы станции.The task is achieved in that the solar power station includes at least one photovoltaic module with solar radiation concentrators placed on a supporting structure equipped with a solar tracking system, concentrating and plenary non-concentrating photovoltaic converters receiving radiation, an electrical energy storage unit, a distribution -converting device, heat transfer circulation circuits for cooling photovoltaic converters and obtaining heat, an energy conversion system with automatic control. The novelty of the present technical solution is that the planar non-concentrating photoelectric converter has two-sided photosensitivity, a lot of concentrating photoelectric converters are located on the surface of the planar non-concentrating photoelectric converter at the focus of solar radiation concentrators made on the basis of collecting lenses. At the same time, the concentrator and planar non-concentrator photovoltaic converters are independently connected to individual power conversion systems with automatic control, which convert the generated energy, with tracking of the maximum power point, for issuing to consumers through the power circuit connected to the electric energy accumulation unit and the distribution-converter device, while all individual power conversion systems with automatic control are connected via a data bus and connected to a device for collecting and analyzing plant operation parameters.

Выполнение планарного неконцентраторного фотоэлектрического преобразователя с двусторонней фоточувствительностью обеспечивает преобразование рассеянного излучения, отраженного от земной поверхности и других объектов (альбедо).The implementation of a planar nonconcentric photoelectric converter with two-sided photosensitivity provides the conversion of scattered radiation reflected from the earth's surface and other objects (albedo).

Выполнение фотоэлектрического модуля путем расположения множества концентраторных фотоэлектрических преобразователей на поверхности планарного неконцентраторного фотоэлектрического преобразователя в фокусе концентраторов солнечного излучения, выполненных на основе собирающих линз, обеспечивает эффективное использование всей фотоприемной площади станции. Концентрированное солнечное излучение преобразуется концентраторными фотоэлектрическими преобразователями, выполненными, например, на основе каскадных гетероструктур А3В5, с высокой эффективностью. Рассеянное солнечное излучение преобразуется пленарным неконцентраторным фотоэлектрическим преобразователем, расположенным под концентраторными преобразователями.The implementation of the photovoltaic module by arranging a plurality of concentrative photoelectric converters on the surface of a planar non-concentrating photoelectric converter at the focus of solar radiation concentrators made on the basis of collecting lenses ensures efficient use of the entire photoreceiving area of the station. Concentrated solar radiation is converted by concentrator photoelectric converters, made, for example, based on A3B5 cascade heterostructures, with high efficiency. Scattered solar radiation is converted by a plenary non-concentrating photoelectric converter located under the concentrator converters.

Независимое подключение планарного неконцентраторного фотоэлектрического преобразователя и множества концентраторных фотоэлектрических преобразователей в составе фотоэлектрического модуля и солнечно-энергетической станции в целом к индивидуальным системам преобразования энергии с автоматическим управлением обеспечивает увеличение вырабатываемой мощности, а также надежности и защищенности станции в целом, энерговыработку станции не ограничивает условие согласования цепочек фотоэлектрических преобразователей по вырабатываемому току. При затенении или деградации отдельного фотоэлектрического преобразователя или целиком цепочки фотоэлектрических преобразователей с индивидуальной системой преобразования энергии с автоматическим управлением не происходит их отключения от работы станции. При этом происходит снижение вырабатываемой мощности только отдельной цепочки. Однако остаточная вырабатываемая мощность при затенении может достигать 20-30%, и индивидуальная система с автоматическим управлением осуществляет распределение полученной электроэнергии либо в блок накопления электрической энергии, либо, при наличии подключенной нагрузки, на распределительно-преобразовательное устройство. Таким образом, не происходит потеря вырабатываемой мощности при затенении.Independent connection of a planar non-concentrative photovoltaic converter and a plurality of concentric photovoltaic converters as part of a photovoltaic module and a solar power station as a whole to individual power conversion systems with automatic control ensures an increase in the generated power, as well as the reliability and security of the station as a whole, the power generation of the station is not limited by the agreement condition chains of photoelectric converters according to the generated current. When shading or degradation of a single photovoltaic converter or an entire chain of photovoltaic converters with an individual energy conversion system with automatic control does not occur, they are disconnected from the operation of the station. In this case, only a separate chain reduces the generated power. However, the residual generated power during shading can reach 20-30%, and an individual system with automatic control distributes the received electricity either to an electric energy storage unit or, if there is a connected load, to a distribution and conversion device. Thus, there is no loss of generated power during shading.

На фиг. 1-3 указаны: 1 - фотоэлектрический модуль, 2 - концентратор солнечного излучения, 3 - планарный фотоэлектрический преобразователь, 4 - концентраторный фотоэлектрический преобразователь, 5 - теплоотводящее основание, 6 - индивидуальная система преобразования энергии с автоматическим управлением, 7 - несущая конструкция, 8 - система слежения за Солнцем, 9 - блок накопления электрической энергии, 10 - распределительно-преобразовательное устройство, 11 - устройство согласования напряжения, 12 - циркуляционные контуры теплопередачи, 13 - цепочка концентраторных фотоэлектрических преобразователей, 14 - цепочка неконцентраторных фотоэлектрических преобразователе, 15 - силовая цепь, 16 - шина данных, 17 -устройство сбора и анализа параметров работы станции, 18 - термодатчик, 19 -цепь управления насосом, 20 - насос, 21 - цепь заряда блока накопления электрической энергии, 22 - нагрузка (потребитель).In FIG. 1-3 indicate: 1 - photovoltaic module, 2 - solar radiation concentrator, 3 - planar photovoltaic converter, 4 - concentrator photovoltaic converter, 5 - heat sink base, 6 - individual power conversion system with automatic control, 7 - supporting structure, 8 - solar tracking system, 9 - electric energy storage unit, 10 - distribution and conversion device, 11 - voltage matching device, 12 - heat transfer circulation circuits, 13 - chain of concentrator photovoltaic converters, 14 - chain of non-concentrating photovoltaic converters, 15 - power circuit, 16 - data bus, 17 - device for collecting and analyzing the parameters of the station, 18 - temperature sensor, 19 - pump control circuit, 20 - pump, 21 - charge circuit of the electric energy storage unit, 22 - load (consumer).

Солнечно-энергетическая станция включает один или более фотоэлектрических модулей 1 с концентраторами 2 солнечного излучения, состоящими из множества собирающих линз, например, выполненных из линз Френеля (фиг. 1). Фотоэлектрический модуль 1 включает, по меньшей мере, один планарный неконцентраторный фотоэлектрический преобразователь 3 с двусторонней фоточувствительностью и множество концентраторных фотоэлектрических преобразователей 4, например, выполненных на основе каскадных АЗВ5 гетероструктур, смонтированных на теплоотводящие основания 5, например, из керамических пластин, и расположенных на поверхности планарного неконцентраторного фотоэлектрического преобразователя 3. Концентраторные фотоэлектрические преобразователи 4 в составе одного модуля 1 и, по меньшей мере, один планарный неконцентраторный фотоэлектрический преобразователь 3 независимо подключены к индивидуальным системам 6 преобразования энергии с автоматическим управлением (фиг. 2). Таким образом, солнечно-энергетическая станция включает, по меньшей мере, один или более фотоэлектрических модулей 1, размещенных на несущей конструкции 7, оснащенной системой 8 слежения за Солнцем (фиг. 3), например, на основе сбалансированных по току фотодатчиков, определяющих направление системы слежения. Индивидуальные системы 6 преобразования энергии с автоматическим управлением подключены к внешним устройствам: блоку 9 накопления электрической энергии и распределительно-преобразовательному устройству 10, через устройство 11 согласования напряжения. Непосредственно к фотоэлектрическим модулям 1 подключены циркуляционные контуры 12 теплопередачи для охлаждения фотоэлектрических преобразователей 3 и 4 и получения тепла. Индивидуальная система 6 преобразования энергии с автоматическим управлением является контроллером соответствующей единичной цепочки 13, 14, преобразующим генерируемую энергию, с отслеживанием точки максимальной мощности, для выдачи потребителям по силовой цепи 15. Силовая цепь 15 служит для передачи энергии от фотоэлектрических преобразователей 3, 4 к месту ее потребления (блоку 9 накопления электрической энергии, распределительно-преобразовательному устройству 10). Цепочки 13 концентраторных фотоэлектрических преобразователей 4 в составе одного модуля 1 и цепочки 14 планарного фотоэлектрического преобразователя 3 подключены независимо к индивидуальным системам 6 преобразования энергии с автоматическим управлением. Системы 6 соединены с блоком 9 накопления электрической энергии через силовую цепь 15 и шину 16 данных и, соответственно, устройство 11 согласования напряжения. Станция включает также устройство 17 сбора и анализа параметров работы станции, термодатчик 18 циркуляционных контуров 12 теплопередачи, цепь 19 управления насосом 20. Устройство 11 согласования напряжения преобразует вырабатываемое фотоэлектрическими модулями напряжение в напряжение, необходимое для блока 9 накопления энергии, по цепи 21 заряда блока 9 накопления энергии.The solar power station includes one or more photovoltaic modules 1 with concentrators 2 of solar radiation, consisting of a plurality of converging lenses, for example, made of Fresnel lenses (Fig. 1). The photovoltaic module 1 includes at least one planar nonconcentric photoelectric converter 3 with double-sided photosensitivity and a plurality of concentric photovoltaic converters 4, for example, made on the basis of cascade AZV5 heterostructures, mounted on heat-removing bases 5, for example, from ceramic plates, and located on the surface planar non-concentrating photoelectric converter 3. Concentrating photoelectric converters 4 as part of one module 1 and at least one planar non-concentrating photoelectric converter 3 are independently connected to individual power conversion systems 6 with automatic control (Fig. 2). Thus, a solar power station includes at least one or more photovoltaic modules 1 placed on a supporting structure 7 equipped with a sun tracking system 8 (Fig. 3), for example, based on current-balanced photo sensors that determine the direction of the system tracking. Individual power conversion systems 6 with automatic control are connected to external devices: electric energy storage unit 9 and distribution-converter device 10, through a voltage matching device 11. Heat transfer circuits 12 are connected directly to the photovoltaic modules 1 to cool the photovoltaic converters 3 and 4 and produce heat. The individual power conversion system 6 with automatic control is the controller of the corresponding unit circuit 13, 14, which converts the generated energy, with tracking of the maximum power point, for issuing to consumers through the power circuit 15. The power circuit 15 serves to transfer energy from the photovoltaic converters 3, 4 to the place its consumption (block 9 for the accumulation of electrical energy, distribution-converting device 10). Chains 13 of concentric photoelectric converters 4 as part of one module 1 and chains 14 of planar photovoltaic converter 3 are connected independently to individual power conversion systems 6 with automatic control. The systems 6 are connected to the electrical energy storage unit 9 via the power circuit 15 and the data bus 16 and, accordingly, the voltage matching device 11. The station also includes a device 17 for collecting and analyzing the parameters of the station, a temperature sensor 18 of the circulation circuits 12 of heat transfer, a circuit 19 for controlling the pump 20. The voltage matching device 11 converts the voltage generated by the photovoltaic modules into the voltage required for the energy storage unit 9, through the charge circuit 21 of the unit 9 energy storage.

Солнечно-энергетическая станция работает следующим образом. Солнечное излучение собирается концентраторами 2, выполненными, например, на основе линз Френеля, и фокусируется на концентраторные фотоэлектрические преобразователи 4, выполненные, например, на основе каскадных гетероструктур А3В5. Планарный неконцентраторный фотоэлектрический преобразователь 3 с двусторонней фоточувствительностью преобразует рассеянное атмосферой (диффузное) солнечное излучение, падающее на его фронтальную поверхность, а также рассеянное при отражении от земной поверхности или других объектов излучение (альбедо), падающее на его тыльную поверхность. В зависимости от мощности солнечно-энергетической станции количество фотоэлектрических модулей 1 может варьироваться, также как и количество планарных фотоэлектрических преобразователей 3 и концентраторных фотоэлектрических преобразователей 4 в модуле 1. Ввиду автономности работы отдельных цепочек 13, 14 соответственно фотоэлектрических преобразователей 4, 3 нет необходимости соблюдать условия согласования их по току и напряжению. Соединение цепочек 13, 14 фотоэлектрических преобразователей 4, 3 выполнено через системы 6 преобразования энергии с автоматическим управлением по шинам 16 данных для автоматического согласования вырабатываемого каждой цепочкой 13, 14 тока и напряжения. Также шины 16 данных используют для передачи данных о текущей энерговыработке и состоянии фотоэлектрических модулей 1 на устройство 17 сбора и анализа параметров работы станции, которое выполняет контроль работы фотоэлектрических модулей 1; фиксирует показатели датчиков системы 8 слежения за Солнцем и осуществляет управление работой системы 8 слежения за Солнцем; измеряет температуру циркуляционных контуров 12 с помощью термодатчика 18, и осуществляет контроль их работы через цепь 19 управления насосом 20, которая регулирует отвод тепла от фотоэлектрических преобразователей 3, 4 и выполняет распределение теплопотребления. Устройство 11 согласования напряжения преобразует напряжение силовой цепи в напряжение, необходимое для блока 9 накопления энергии, по цепи 21 заряда блока 9 накопления энергии. Накопление вырабатываемой фотоэлектрическими модулями энергии в данных блоках осуществляется при отсутствии подключенной нагрузки 22. При этом при подключении внешней нагрузки 22 системы 6 преобразования энергии с автоматическим управлением выполняют перераспределение вырабатываемой энергии либо непосредственно с фотоэлектрического модуля 1, либо из блока 9 накопления энергии на распределительно-преобразовательное устройство 10.Solar power station works as follows. Solar radiation is collected by concentrators 2, made, for example, on the basis of Fresnel lenses, and is focused on concentrator photoelectric converters 4, made, for example, on the basis of A3B5 cascade heterostructures. A planar non-concentrating photoelectric converter 3 with two-way photosensitivity converts atmospheric (diffuse) solar radiation incident on its front surface, as well as radiation scattered by reflection from the earth's surface or other objects (albedo) incident on its rear surface. Depending on the power of the solar power station, the number of photovoltaic modules 1 may vary, as well as the number of planar photovoltaic converters 3 and concentrator photovoltaic converters 4 in module 1. Due to the autonomy of the operation of individual chains 13, 14, respectively, photovoltaic converters 4, 3, there is no need to comply with the conditions matching them for current and voltage. Connection of chains 13, 14 of photoelectric converters 4, 3 is made through power conversion systems 6 with automatic control over data buses 16 for automatic matching of current and voltage produced by each chain 13, 14. Also, the data bus 16 is used to transmit data on the current power generation and the state of the photovoltaic modules 1 to the device 17 for collecting and analyzing the parameters of the station, which monitors the operation of the photovoltaic modules 1; captures the indicators of the sensors of the system 8 tracking the Sun and manages the operation of the system 8 tracking the Sun; measures the temperature of the circulation circuits 12 using a temperature sensor 18, and monitors their operation through the control circuit 19 of the pump 20, which regulates the removal of heat from the photoelectric converters 3, 4 and performs the distribution of heat consumption. The voltage matching device 11 converts the voltage of the power circuit into the voltage required for the energy storage unit 9 via the charging circuit 21 of the energy storage unit 9 . The accumulation of energy produced by photovoltaic modules in these blocks is carried out in the absence of a connected load 22. At the same time, when an external load 22 is connected, the power conversion systems 6 with automatic control redistribute the generated energy either directly from the photovoltaic module 1, or from the energy storage unit 9 to the distribution-converter device 10.

Результатом технического решения стало создание солнечно-энергетической станции повышенной удельной мощности, обладающей большей защищенностью и надежностью, с увеличенным сроком эксплуатации.The result of the technical solution was the creation of a solar power plant with increased specific power, which is more secure and reliable, with an extended service life.

Claims

Solar power station, including at least one photovoltaic module with solar radiation concentrators placed on a supporting structure equipped with a solar tracking system, concentrating and plenary non-concentrating photovoltaic converters receiving radiation, an electrical energy storage unit, a distribution-converting device, circulating heat transfer circuits for cooling photovoltaic converters and generating heat, an energy conversion system with automatic control, characterized in that the plenary non-concentrating photovoltaic converter is made with double-sided photosensitivity, a lot of concentrating photovoltaic converters are located on the surface of the planar non-concentrating photovoltaic converter in the focus of solar radiation concentrators made on the basis of converging lenses, while concentrating and plenary non-concentrating photoelectric converters are independently connected to individual power conversion systems with automatic control, converting the generated energy, tracking the maximum power point, for issuing to consumers through a power circuit connected to an electric energy storage unit and a distribution-converting device , while all individual power conversion systems with automatic control are connected via a data bus and connected to a device for collecting and analyzing the parameters of the station.