Пристрій для відбору електричної енергії від сонячної батареї

Реферат: UA 96177 U UA 96177 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки, зокрема до пристроїв відбору енергії від сонячних батарей, може бути використана у розподілених системах перетворення сонячної енергії в електричну. Сонячні батареї характеризуються суттєвою залежністю вихідної потужності від напруги, при якій вона відбирається. Максимальна ефективність функціонування батареї досягається при напрузі відбору близькій до точки максимальної потужності, яка в свою чергу залежить від умов освітленості та температури батареї. Для роботи батареї в оптимальному режимі використовують силові перетворювачі, які виконують функцію відбору максимальної потужності від батареї. Відомі перетворювачі, які забезпечують роботу окремих батарей в оптимальному для їх миттєвих умов освітленості режимі (див. http://en.wikipedia.org/wiki/MPPT). Недоліком таких пристроїв є необхідність використання давачів напруги та струму на виході батареї та перетворювачів зі складними системами керування, що значно збільшує вартість розподілених систем перетворення сонячної енергії в електричну та робить їх неприйнятними для використання в системах малої потужності. Для зменшення складності та вартості таких систем використовують перетворювачі не для індивідуальних батарей, а для їх об'єднань, що також має свої недоліки у вигляді різкого зниження енергії що відбирається від об'єднання при затіненні однієї з батарей що в нього входять. Найближчим аналогом є пристрій для відбору електричної енергії від сонячної батареї [Патент RU2195754 та Патент US8093873]. Пристрій складається з буферного конденсатора, в якому попередньо накопичується електрична енергія від сонячної батареї, та перетворювача постійної напруги, що керується сигналами з граничних пристроїв, за допомогою якого енергія порціями передається в навантаження. Процес передачі починається при досягненні напругою буферного конденсатора верхнього граничного рівня і завершується при розряді конденсатора нижче напруги нижнього граничного рівня, таким чином сонячна батарея завжди працює близько точки максимальної потужності. Недоліком даного способу є необхідність використання давачів напруги у складі граничних пристроїв, використання проміжного каскаду накопичення енергії у вигляді індуктивності та наявність блоку керування роботою ключа. В основу корисної моделі поставлена задача оптимізації режиму роботи одиничної сонячної батареї в складі масиву батарей, шляхом утримання її робочої точки в точці максимальної потужності. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для відбору електричної енергії від сонячної батареї, що містить буферний накопичувач енергії та оптимізатор в якому, згідно з корисною моделлю, паралельно сонячній батареї підключений буферний конденсатор, заряджений до напруги точки максимальної потужності сонячної батареї, а електрична енергія з нього порціями передається до споживача за допомогою оптимізатора, який представляє собою напівпровідниковий понижуючий перетворювач зі спрощеною системою керування, в якій відсутні давачі струму та напруги. Оптимізатор складається з силового діода, фільтра низької частоти, електронного ключа, інтегруючого ланцюга, який забезпечує відкривання електронного ключа, коли напруга на буферному конденсаторі досягне верхнього граничного значення, тим самим розпочинаючи процес відводу електричної енергії від буферного конденсатора, який супроводжується його розрядом, та закривання, коли напруга на буферному конденсаторі впаде нижче значення нижньої граничної напруги, завершуючи тим самим процес відводу енергії та розпочинаючи процес заряду конденсатора від сонячної батареї, при цьому значення верхньої та нижньої граничних напруг визначаються з вольт-ватної характеристики сонячної батареї при максимальному і мінімальному рівні її освітленості протягом дня. Технічним результатом є спрощення схеми екстремального перетворювача одиничної батареї у складі масиву, що досягається шляхом підтриманням напруги на буферному конденсаторі, а отже і на батареї, на рівні близькому до напруги точки максимальної потужності батареї, за допомогою схемотехнічних заходів, а саме інтегруючого ланцюга та електронного ключа. Перелік фігур креслень: фіг.1 - часові діаграми напруги на буферному конденсаторі; фіг.2 - принципова схема пристрою; фіг.3 - зміщення точки максимальної потужності при зміні освітленості панелі; фіг.4 - схема застосування перетворювача у складі системи відбору енергії від масиву сонячних батарей. На фіг. 4 цифрами позначені: оптимізатор (1), інвертор (2), мережа змінного струму (3). 1 UA 96177 U 5 10 15 20 25 30 35 Конструктивно пристрій складається з сонячної батареї (PV), буферного конденсатора (Свх), інтегруючого ланцюга (R1C1R2), силового діода (D1), електронного ключа (VT), фільтра низької частоти (LфСф). В початковий момент часу конденсатори Свх та СІ розряджені, ключ VT закритий. При підключенні сонячної батареї і появленні на її виході електричного сигналу починається процес заряду буферного конденсатора Свх та процес заряду ємності інтегруючого ланцюжка СІ. При досягненні напругою на буферному конденсаторі Свх верхнього граничного рівня VТН (фіг. 2) напруга на інтегруючій ємності СІ досягає значення достатнього для відкриття електронного ключа VT. Електронний ключ VT відкривається, розпочинається процес передачі потужності з буферного конденсатора в навантаження що супроводжується його розрядом. При розряді буферного конденсатора Свх до VLH (фіг. 2) ключ закривається, припиняючи процес передачі енергії у навантаження, починається процес заряду буферного конденсатора Свх від сонячної батареї PV. Цикл передачі енергії до споживача повторюється. У результаті описаного процесу сонячна батарея завжди працює близько до точки максимальної потужності, а енергія передається в навантаження порціями, для згладжування вихідної напруги на виході оптимізатора встановлюється фільтр низької частоти (LC2). Інтегруючий ланцюг R1C1R2 призначений для обмеження частоти комутації і, як наслідок, комутаційних втрат на ключі VT. Також цей ланцюг визначає діапазон робочих напруг VTL-VТН. Обираючи значення VTL та VТН треба враховувати зміщення точки максимальної потужності при зміні освітленості панелі відображене на фіг. 3. Так, при дуже високому значенні VТН, сонячна батарея з рівнем освітленості нижчим номінального буде працювати на ділянці близькій до режиму холостого ходу, яка характеризується різким спадом потужності що відбирається. Запропонований пристрій рекомендується використовувати у складі систем відбору енергії від масивів сонячних батарей малої потужності, адже він в змозі забезпечити роботу кожної батареї в точці близькій до точки максимальної потужності без використання складних систем та алгоритмів керування, давачів струмів та напруг як в повноцінних перетворювачах зі слідкуванням за точкою максимальної потужності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для відбору електричної енергії від сонячної батареї містить буферний накопичувач енергії та оптимізатор, який відрізняється тим, що паралельно сонячній батареї підключено буферний конденсатор, заряджений до напруги точки максимальної потужності сонячної батареї, а електрична енергія з нього порціями передається до споживача, в інтервали часу, коли напруга на батареї близька до напруги точки максимальної потужності, за допомогою оптимізатора, який представляє собою напівпровідниковий понижуючий перетворювач зі спрощеною системою керування, в якому відсутні давачі струму та напруги. 2 UA 96177 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3