RU2811080C1 - Power supply device based on photovoltaic panels - Google Patents

Power supply device based on photovoltaic panels Download PDF

Info

Publication number
RU2811080C1
RU2811080C1 RU2023103614A RU2023103614A RU2811080C1 RU 2811080 C1 RU2811080 C1 RU 2811080C1 RU 2023103614 A RU2023103614 A RU 2023103614A RU 2023103614 A RU2023103614 A RU 2023103614A RU 2811080 C1 RU2811080 C1 RU 2811080C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
block
current
converter
unit
Prior art date
Application number
RU2023103614A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Николаевич Кушнерёв
Ирина Александровна Кушнерёва
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР"
Application granted granted Critical
Publication of RU2811080C1 publication Critical patent/RU2811080C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention can be used for efficient power extraction from solar panels, conversion and transmission of the resulting energy to the industrial network and consumer load. A power supply device based on photovoltaic panels consists of a block of solar panels, a block of current and voltage sensors of a block of solar panels, a DC/DC voltage converter, a DC bus, a reversible inverter, a block of current and voltage sensors at the output of the converter, a control unit for the DC/DC voltage converter , inverter control unit, control and switching microcontroller, DC bus current and voltage sensor unit, LC filter, radio interference filter, load current and voltage sensor unit, differs in that it additionally includes a voltage pulse unit installed between the solar unit panels and a DC/DC voltage converter, while the control unit of the DC/DC voltage converter is made with an additional function of controlling a block of voltage pulses, with the ability to adjust voltage pulses by amplitude, frequency, duration, polarity, as well as by the rise and fall time of the pulses.
EFFECT: increased energy generation in the solar panel block.
3 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться для эффективного отбора мощности с солнечных панелей, преобразования и передачи полученной энергии в промышленную сеть и нагрузку потребителя. Также возможна зарядка энергией, полученной от фотоэлектрических панелей или сети, аккумуляторных батарей и суперконденсаторов с дальнейшим преобразованием при необходимости в переменное напряжение промышленной частоты для обеспечения нагрузки потребителя гарантированным бесперебойным электропитанием.The invention relates to converter technology and can be used for efficient power extraction from solar panels, conversion and transmission of the resulting energy to the industrial network and consumer load. It is also possible to charge with energy received from photovoltaic panels or the network, batteries and supercapacitors with further conversion, if necessary, into alternating voltage of industrial frequency to provide the consumer's load with guaranteed uninterrupted power supply.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство на солнечных батареях, содержащее солнечный модуль, первый DC-DC преобразователь, аккумуляторную батарею, второй DC-DC преобразователь, контроллер и нагрузку. (Патент РФ на изобретение №2503120 «Устройство на солнечных батареях», МПК Н02М 3/156, 27.12.2013).A solar-powered device is known, containing a solar module, a first DC-DC converter, a battery, a second DC-DC converter, a controller and a load. (RF patent for invention No. 2503120 “Device on solar batteries”, IPC N02M 3/156, 12/27/2013).

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

1. Отслеживание точки максимальной мощности при равномерной освещенности одним из классических методов;1. Tracking the point of maximum power under uniform illumination using one of the classical methods;

2. Отсутствие связи с промышленной сетью с целью обеспечить заряд аккумуляторной батареи при плохих погодных условиях, отсутствие возможности отдавать энергию в сеть.2. Lack of connection with the industrial network in order to ensure the battery is charged in bad weather conditions, inability to supply energy to the network.

Известна энергоустановка, содержащая батареи солнечных элементов, накопители энергии, DC/DC преобразователь напряжения, DC/AC преобразователь напряжения, автоматические выключатели (Патент РФ на изобретение №2397593 «Энергоустановка и способ ее управления», МПК H02J 7/35, H01L 31/00, 20.08.2010).A power plant is known that contains batteries of solar cells, energy storage devices, a DC/DC voltage converter, a DC/AC voltage converter, and automatic switches (RF Patent for invention No. 2397593 “Power plant and method for its control”, IPC H02J 7/35, H01L 31/00 , 08/20/2010).

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

1. Отсутствие возможности отдавать энергию, получаемую с солнечных панелей, в промышленную сеть;1. Inability to transfer energy received from solar panels to the industrial network;

2. Отслеживание точки максимальной мощности при равномерной освещенности одним из классических методов.2. Tracking the point of maximum power under uniform illumination using one of the classical methods.

Известно устройство и метод отслеживания точки максимальной мощности для инвертора при использовании солнечных панелей, состоящее из солнечных панелей, инвертора, системного контроллера и нагрузки. (Патент US 7158395 В2 «Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications », МПК H02M 7/44, 02.01.2007).A device and method for tracking the maximum power point for an inverter when using solar panels is known, consisting of solar panels, an inverter, a system controller and a load. (Patent US 7158395 B2 “Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications”, IPC H02M 7/44, 01/02/2007).

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

1. Отслеживание классического максимума на ВАХ блока панелей и его дрейфа при изменении температуры и равномерном изменении освещенности, как следствие - неэффективный отбор мощности с блока солнечных панелей;1. Tracking the classic maximum on the current-voltage characteristic of the panel block and its drift with temperature changes and uniform changes in illumination, as a result - ineffective power take-off from the solar panel block;

2. Не возможность использовать данное устройство как резервный источник питания при исчезновении напряжения сети.2. It is not possible to use this device as a backup power source in the event of a power failure.

Также известна система преобразования энергии с отслеживанием точки максимальной мощности, состоящая из блока отслеживания точки максимальной мощности (МРРТ), шины постоянного тока, преобразователя мощности, контроллера преобразователя. (Патент US 20130027997 А1 «Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof)), МПК H02M 7/44, 31.01.2013).An energy conversion system with maximum power point tracking is also known, consisting of a maximum power point tracking (MPPT) unit, a DC bus, a power converter, and a converter controller. (Patent US 20130027997 A1 “Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof”), IPC H02M 7/44, 01/31/2013).

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

Отслеживание классического максимума на ВАХ блока панелей и его дрейфа при изменении температуры и равномерном изменении освещенности, вследствие чего - недобор мощности с блока солнечных панелей;Tracking the classic maximum on the current-voltage characteristic of the panel block and its drift with temperature changes and uniform changes in illumination, resulting in a lack of power from the solar panel block;

Отсутствие накопителя энергии (аккумуляторной батареи или суперконденсатора), а, следовательно, невозможность питать нагрузку данной системой при пропадании напряжения сети или при низкой выработке энергии солнечными панелями.The absence of an energy storage device (battery or supercapacitor), and, therefore, the inability to power the load with this system in the event of a power outage or low energy production from solar panels.

Известна система и метод управления выходной мощностью фотоэлектрической ячейки, состоящая из солнечных панелей, инвертора, блока управления, импульсного источника питания и нагрузки. (Патент US 2015244313 A1 «System and Method for Managing the Power Output of a Photovoltaic Cell», МПК G01R 31/40, 27.08.2015).A known system and method for controlling the output power of a photovoltaic cell, consisting of solar panels, an inverter, a control unit, a switching power supply and a load. (Patent US 2015244313 A1 “System and Method for Managing the Power Output of a Photovoltaic Cell”, IPC G01R 31/40, 08/27/2015).

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

1. Приложение импульсов напряжения к солнечным панелям, с регулировкой частоты следования импульсов, амплитуды, длительности импульсов (скважности), но отсутствием возможности регулировки фронтов нарастания и убывания данных импульсов, а также отсутствие возможности приложения к солнечным панелям апериодических знакопеременных импульсов напряжения, как следствие - неэффективный отбор мощности с блока солнечных панелей;1. Application of voltage pulses to solar panels, with adjustment of the pulse repetition rate, amplitude, pulse duration (duty factor), but the inability to adjust the rising and falling edges of these pulses, as well as the inability to apply aperiodic alternating voltage pulses to solar panels, as a consequence - inefficient power take-off from the solar panel unit;

2. Не возможность использовать данное устройство как резервный источник питания при исчезновении напряжения сети.2. It is not possible to use this device as a backup power source in the event of a power failure.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии (RU 207387 U1, 26.10.2021). В данном патенте отслеживаются все зоны на ВАХ на тот случай, если произошло частичное затенение и «слева» на ВАХ появился пик мощности. При нахождении данной точки идет отбор энергии с СП классическим методом.The closest in technical essence to the proposed solution is a guaranteed power supply device based on renewable energy sources (RU 207387 U1, 10.26.2021). In this patent, all zones on the current-voltage characteristic are monitored in case partial shading occurs and a power peak appears on the “left” of the current-voltage characteristic. When this point is found, energy is taken from the SP using the classical method.

Например, стоит повышающий преобразователь, который отбирает ток с панели так, чтобы произведение тока и напряжения с панели имели максимальное значение. Это аналог реостата, когда подбирается положение ручки (сопротивления) реостата, при котором с СП идет максимальная энергия.For example, there is a boost converter that takes current from the panel so that the product of the current and voltage from the panel has a maximum value. This is an analogue of a rheostat, when the position of the rheostat handle (resistance) is selected, at which maximum energy flows from the joint venture.

Недостатком данного устройства является отслеживание нескольких локальных зон на ВАХ блока панелей и его дрейфа при изменении температуры и изменении освещенности, а также отслеживание появления точки максимальной мощности при частичном затенении и отбор мощности в этой точке классическим методом, как следствие - неэффективный отбор мощности с блока солнечных панелей.The disadvantage of this device is the tracking of several local zones on the current-voltage characteristic of the panel block and its drift with temperature changes and changes in illumination, as well as tracking the appearance of the maximum power point in partial shading and power take-off at this point using the classical method, as a result - ineffective power take-off from the solar unit panels.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Технической проблемой изобретения является увеличение КПД устройства состоящего из блока солнечных панелей (СП) и преобразователя, отслеживание истинной точки максимальной мощности при реальных условиях эксплуатации; транслирование полученной энергии в сеть и нагрузку, а также заряд накопителя электроэнергии от блока солнечных панелей и от сети. В результате чего повышается эффективность (КПД) отбора мощности с блока солнечных панелей, повышается надежность обеспечения электропитанием потребителя электроэнергии.The technical problem of the invention is to increase the efficiency of a device consisting of a block of solar panels (SP) and a converter, tracking the true point of maximum power under real operating conditions; transmission of the received energy to the network and load, as well as charging the electricity storage device from the solar panel unit and from the network. As a result, the efficiency (efficiency) of power take-off from a block of solar panels increases, and the reliability of providing power to the electricity consumer increases.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного устройства, является увеличение получаемой от блока солнечных панелей энергии.The technical result achieved when using the proposed device is an increase in the energy received from a block of solar panels.

Также обеспечивается дополнительное увеличение надежности гарантированного электропитания потребителя, которое происходит, в том числе, за счет использования накопителей энергии, которые получают по заданному алгоритму энергию от солнечных панелей и сети, а при пропадании напряжения сети, уменьшении получаемой энергии от солнечных панелей - обеспечивают бесперебойное питание потребителя, за счет подмешивания энергии с накопителя к энергии, получаемой от солнечных панелей на общей шине постоянного тока, с дальнейшим преобразованием в переменное напряжение и питанием нагрузки потребителя.It also provides an additional increase in the reliability of the guaranteed power supply to the consumer, which occurs, inter alia, through the use of energy storage devices, which receive energy from solar panels and the network according to a given algorithm, and in the event of a loss of mains voltage or a decrease in the energy received from solar panels, they provide uninterrupted power supply consumer, by mixing energy from the storage device with energy received from solar panels on a common DC bus, with further conversion to alternating voltage and powering the consumer’s load.

Техническая проблема решается и технический результат достигается за счет того, что устройство электропитания на основе фотоэлектрических панелей состоит из блока солнечных панелей, блока датчиков тока и напряжения блока солнечных панелей, DC/DC преобразователя напряжения, шины постоянного тока, инвертора, блока датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя, блока управления DC/DC преобразователем напряжения, блока управления инвертором, микроконтроллера управления и коммутации, блока датчиков тока и напряжения шины постоянного тока, LC-фильтра и фильтра радиопомех, блока датчиков тока и напряжения на нагрузке, причем в устройство дополнительно введен блок импульсов напряжения, установленный между солнечной панелью и DC/DC преобразователем напряжения, при этом блок управления DC/DC преобразователем напряжения выполнен с дополнительной функцией управления блоком импульсов напряжения, с возможностью регулировки импульсов напряжения по амплитуде, частоте, длительности, полярности, а также по времени нарастания и времени спада импульсов.The technical problem is solved and the technical result is achieved due to the fact that the power supply device based on photovoltaic panels consists of a block of solar panels, a block of current and voltage sensors of the solar panel block, a DC/DC voltage converter, a DC bus, an inverter, a block of current and voltage sensors at the output of the converter, the DC/DC voltage converter control unit, the inverter control unit, the control and switching microcontroller, the DC bus current and voltage sensor unit, the LC filter and radio interference filter, the load current and voltage sensor unit, and the device is additionally introduced voltage pulse block installed between the solar panel and the DC/DC voltage converter, while the DC/DC voltage converter control unit is made with an additional function of controlling the voltage pulse block, with the ability to adjust voltage pulses by amplitude, frequency, duration, polarity, as well as by rise time and fall time of pulses.

Кроме того, в устройство введены двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи, аккумуляторная батарея.In addition, the device includes a bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging the battery and a rechargeable battery.

Кроме того, в устройство введены двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов, блок суперконденсаторов.In addition, the device includes a bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging a block of supercapacitors, a block of supercapacitors.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 - Структурная схема устройства электропитания на основе фотоэлектрических панелей;Fig. 1 - Block diagram of a power supply device based on photovoltaic panels;

Фиг. 2 - Семейство вольтамперных характеристик солнечной панели в зависимости от температуры и изменения равномерной освещенности панели;Fig. 2 - Family of current-voltage characteristics of a solar panel depending on temperature and changes in uniform illumination of the panel;

Фиг. 3 - Суть метода возмущения и наблюдения при отслеживании точки максимальной мощности;Fig. 3 - The essence of the method of disturbance and observation when tracking the point of maximum power;

Фиг. 4 - Схема работы солнечной панели в упрощенном виде;Fig. 4 - Simplified diagram of the solar panel operation;

Фиг. 5 - Один из возможных вариантов реализации;Fig. 5 - One of the possible implementation options;

Фиг. 6 - Схема возможного последовательного (а) и параллельного (б) соединения солнечных панелей.Fig. 6 - Scheme of possible serial (a) and parallel (b) connection of solar panels.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Устройство электропитания на основе фотоэлектрических панелей состоит из соединенных между собой блока солнечных панелей, блока импульсов напряжения, блока датчиков тока и напряжения блока солнечных панелей, DC/DC преобразователя напряжения, шины постоянного тока, блока датчиков тока и напряжения шины постоянного тока, обратимого инвертора, LC-фильтра, блока датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя, фильтра радиопомех, блока датчиков тока и напряжения на нагрузке, нагрузки, управляемого коммутатора сети, блока датчиков тока и напряжения сети, сети, блока управления DC/DC преобразователем напряжения и блоком импульсов напряжения, блока управления обратимым инвертором, микропроцессорного блока управления и коммутации.A power supply device based on photovoltaic panels consists of an interconnected solar panel unit, a voltage pulse unit, a solar panel unit current and voltage sensor unit, a DC/DC voltage converter, a DC bus, a DC bus current and voltage sensor unit, a reversible inverter, LC filter, block of current and voltage sensors at the output of the converter, radio interference filter, block of current and voltage sensors at the load, load, controlled network switch, block of current and voltage sensors of the network, network, control unit of the DC/DC voltage converter and voltage pulse block , reversible inverter control unit, microprocessor control and switching unit.

Кроме того, устройство может дополнительно содержать аккумуляторную батарею (АБ) и двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи, блок суперконденсаторов (БСК) и двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов, а также блок управления АБ и БСК.In addition, the device may additionally contain a rechargeable battery (AB) and a bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging the battery, a supercapacitor unit (SUB) and a bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging the supercapacitor unit, as well as a battery control unit and BSK.

Заявленное решение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства электропитания на основе фотоэлектрических панелей.The claimed solution is illustrated by graphic materials, where Fig. 1 shows a block diagram of a power supply device based on photovoltaic panels.

На схеме показано: блок солнечных панелей (1), блок датчиков тока и напряжения блока солнечных панелей (2), DC/DC преобразователь напряжения (3), шина постоянного тока (4), блок датчиков тока и напряжения шины постоянного тока (5), обратимый инвертор (6), LC-фильтр (7), блок датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя (8), фильтр радиопомех (9), блок датчиков тока и напряжения на нагрузке (10), нагрузка (11), управляемый коммутатор сети (12), блок датчиков тока и напряжения сети (13), сеть (14), блока управления DC/DC преобразователем напряжения и блоком импульсов напряжения (15), блок управления обратимым инвертором (16), микропроцессорный блок управления и коммутации (17), двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи (18), аккумуляторная батарея (АБ) (19), двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов (20), блок суперконденсаторов (БСК) (21), блок импульсов напряжения (22), блок управления АБ, БСК (23).The diagram shows: a block of solar panels (1), a block of current and voltage sensors of a block of solar panels (2), a DC/DC voltage converter (3), a DC bus (4), a block of current and voltage sensors of a DC bus (5) , reversible inverter (6), LC filter (7), block of current and voltage sensors at the output of the converter (8), radio interference filter (9), block of current and voltage sensors at the load (10), load (11), controlled switch network (12), network current and voltage sensor unit (13), network (14), control unit DC/DC voltage converter and voltage pulse unit (15), reversible inverter control unit (16), microprocessor control and switching unit (17 ), bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging the battery (18), rechargeable battery (AB) (19), bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging the supercapacitor unit (20), supercapacitor unit (BSC) (21 ), voltage pulse block (22), control unit AB, BSK (23).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Напряжение и ток с блока солнечных панелей (1) через блок импульсов напряжения (22) и блок датчиков тока и напряжения с солнечных панелей (2) поступает на DC/DC преобразователь напряжения (3). Информация о напряжении и токе с солнечных панелей поступает на блок управления DC/DC преобразователем напряжения и блоком импульсов напряжения (15), в соответствии с заданным алгоритмом, блок формирует управляющие сигналы для работы DC/DC преобразователя и блока импульсов напряжения, в результате чего, с солнечных панелей отбирается максимально возможная мощность при данной температуре и освещенности. При этом блок импульсов напряжения может управляться как совместно с DCYDC преобразователем одним блоком управления, так и внутри самого блока импульсов напряжения может быть организовано управление им самим при условии наличия датчиков тока и напряжения и получения с них данных. Полученная электроэнергия поступает на шину постоянного тока (4). С шины постоянного тока через блок датчиков тока и напряжения шины постоянного тока напряжение и ток поступают на обратимый инвертор (6), который в режиме прямого преобразования преобразует постоянное напряжение и ток в переменные напряжение и ток, например с помощью широтно-импульсной модуляции. Далее силовой ШИМ сигнал поступает на вход LC-фильтра (7), после которого отфильтрованный сигнал низкой частоты сети поступает на вход блока датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя (8). После чего сигнал поступает на вход фильтра радиопомех (9). Далее выходной ток и напряжения поступают на нагрузку (11) через блок датчиков тока и напряжения на нагрузке (10), а также в сеть (14) через управляемый коммутатор сети (12) и блок датчиков тока и напряжения сети (13). Управление обратимым инвертором осуществляет блок управления обратимым инвертором (16), к которому поступает информация о токе и напряжении на шине постоянного тока, а также на выходе преобразователя. Управление полной работой устройства осуществляет микропроцессорный блок управления и коммутации (17), к которому поступает информация от блока управления DC/DC преобразователем напряжения и блоком импульсов напряжения (15), блока управления инвертором (16), с блоков датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя, на нагрузке и сети.The voltage and current from the block of solar panels (1) through the block of voltage pulses (22) and the block of current and voltage sensors from the solar panels (2) are supplied to the DC/DC voltage converter (3). Information about voltage and current from the solar panels is supplied to the control unit of the DC/DC voltage converter and the voltage pulse unit (15), in accordance with a given algorithm, the unit generates control signals for the operation of the DC/DC converter and the voltage pulse unit, as a result, The maximum possible power is taken from solar panels at a given temperature and illumination. In this case, the voltage pulse block can be controlled both together with the DCYDC converter by one control unit, and inside the voltage pulse block itself it can be controlled, provided that current and voltage sensors are present and data is received from them. The resulting electricity is supplied to the DC bus (4). From the DC bus, through a block of DC bus current and voltage sensors, voltage and current are supplied to a reversible inverter (6), which, in direct conversion mode, converts DC voltage and current into alternating voltage and current, for example, using pulse-width modulation. Next, the power PWM signal is supplied to the input of the LC filter (7), after which the filtered low-frequency network signal is supplied to the input of the current and voltage sensor block at the output of the converter (8). After which the signal is sent to the input of the radio interference filter (9). Next, the output current and voltage are supplied to the load (11) through a block of current and voltage sensors on the load (10), as well as to the network (14) through a controlled network switch (12) and a block of current and voltage sensors (13). The reversible inverter is controlled by the reversible inverter control unit (16), which receives information about the current and voltage on the DC bus, as well as on the output of the converter. The complete operation of the device is controlled by a microprocessor control and switching unit (17), which receives information from the control unit of the DC/DC voltage converter and the voltage pulse unit (15), the inverter control unit (16), and from the current and voltage sensor units at the output of the converter , on load and network.

За счет введения дополнительного блока импульсов напряжения между СП и DC/DC преобразователем напряжения и выполнения блока управления DC/DC преобразователем напряжения с возможностью управления блоком импульсов напряжения обеспечивается эффективный отбор мощности с блока солнечных панелей, происходит увеличение получаемой от блока солнечных панелей энергии. Блок импульсов напряжения (22) регулярно прикладывая импульсы напряжения к СП, как бы «выдергивает» дополнительные электроны из СП, которые при всех обычных классических методах отбора мощности не доходят до проводника и рекомбинируют с дырками в самой СП. В результате энергии с СП получаем больше, чем при любых классических методах отбора мощности.By introducing an additional block of voltage pulses between the SP and the DC/DC voltage converter and implementing a control block of the DC/DC voltage converter with the ability to control the block of voltage pulses, effective power extraction from the solar panel block is ensured, and the energy received from the solar panel block increases. The voltage pulse block (22), regularly applying voltage pulses to the SP, seems to “pull out” additional electrons from the SP, which, with all the usual classical methods of power take-off, do not reach the conductor and recombine with holes in the SP itself. As a result, we obtain more energy from the joint venture than with any classical power take-off methods.

Также возможно наличие в системе аккумуляторной батареи (19) и блока двунаправленного DC/DC преобразователя напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи (18).It is also possible that the system contains a battery (19) and a bidirectional DC/DC voltage converter unit for charging/discharging the battery (18).

Также возможно наличие в системе блока суперконденсаторов (БСК) (21) и двунаправленного DC/DC преобразователя напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов (20).It is also possible that the system contains a supercapacitor unit (SCB) (21) and a bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging the supercapacitor unit (20).

При в ведении в систему АБ, БСК - система гарантированного электропитания содержит блок управления АБ, БСК (23).When connected to the AB, BSK system, the guaranteed power supply system contains the AB, BSK control unit (23).

За счет этого дополнительно обеспечивается увеличение надежности гарантированного электропитания потребителя, которое происходит, в том числе, за счет использования накопителей энергии, которые получают по заданному алгоритму энергию от солнечных панелей и сети, а при пропадании напряжения сети, уменьшении получаемой энергии от солнечных панелей - обеспечивают бесперебойное питание потребителя, за счет подмешивания энергии с накопителя к энергии, получаемой от солнечных панелей на общей шине постоянного тока, с дальнейшим преобразованием в переменное напряжение и питанием нагрузки потребителя.Due to this, an additional increase in the reliability of the guaranteed power supply to the consumer is ensured, which occurs, inter alia, through the use of energy storage devices, which receive energy from solar panels and the network according to a given algorithm, and in the event of a loss of mains voltage, a decrease in the energy received from solar panels - provide uninterrupted power supply to the consumer by mixing energy from the storage device with the energy received from solar panels on a common DC bus, with further conversion to alternating voltage and powering the consumer’s load.

Устройство электропитания может выступать как источник микрогенерации полученной от ВИЭ энергии в сеть; как источник питания от ВИЭ нагрузки потребителя; как гарантированный источник электропитания потребителя при пропадании энергии от сети.The power supply device can act as a source of microgeneration of energy received from renewable energy sources into the network; as a power source from renewable energy sources for consumer loads; as a guaranteed source of power supply to the consumer in the event of a power outage from the network.

Рассмотрим варианты работы устройства при различных конфигурациях.Let's look at how the device operates under different configurations.

1. Без АБ, БСК.1. Without AB, BSK.

Энергия с солнечных панелей отбирается в точке максимальной мощности с учетом уменьшения паразитной рекомбинации и преобразуется в переменное напряжение сети. Далее микроконтроллер анализирует ток и напряжение на нагрузке и сети. Если энергии получаемой от солнечных панелей достаточно для питания нагрузки преобразователь отключает сеть от нагрузки и питание происходит только от солнечных панелей. Если нагрузка потребляет меньше, чем вырабатывает блок солнечных панелей (БСП), то преобразователь направляет часть энергии полученной от БСП нагрузке, а часть в сеть. Если энергия, потребляемая нагрузкой, превосходит энергию, вырабатываемую БСП, то преобразователь отдает всю энергию, полученную от БСП в нагрузку, а недостающую энергию для нагрузки потребляет от сети. При отсутствии нагрузки, вся энергия, получаемая от БСП, поступает в сеть.Energy from solar panels is taken at the point of maximum power, taking into account the reduction of parasitic recombination, and is converted into alternating network voltage. Next, the microcontroller analyzes the current and voltage on the load and network. If the energy received from the solar panels is sufficient to power the load, the converter disconnects the network from the load and power comes only from the solar panels. If the load consumes less than the solar panel unit (SPS) produces, then the converter directs part of the energy received from the SPS to the load, and part to the network. If the energy consumed by the load exceeds the energy generated by the BSP, then the converter supplies all the energy received from the BSP to the load, and consumes the missing energy for the load from the network. When there is no load, all the energy received from the BSP goes to the network.

2. С АБ и (или) БСК.2. With AB and (or) BSK.

При наличии в системе АБ и (или) БСК общий алгоритм работы, описанный выше, не меняется, однако появляются дополнительные варианты работы системы. При наличии энергии от БСП и частичном ее расходовании на нагрузку, остальная энергия идет на зарядку АБ и (или) БСК. После их полного заряда энергия идет в сеть. При пропадании напряжения сети микроконтроллер управления и коммутации отключает сеть от системы и нагрузки, и питание нагрузки потребителя идет от БСП. При недостатке энергии получаемой от БСП на шину постоянного тока поступает запасенная энергия от АБ и (или) БСК, которая далее преобразуется в переменное напряжение промышленной частоты для питания нагрузки потребителя. Если энергии получаемой от БСП недостаточно для нагрузки и поддержания заряда АБ и (или) БСК в заряженном состоянии в определенном интервале времени, то по заданному алгоритму (например, в ночное время) инвертор работает в обратном режиме - заряжая шину постоянного тока от промышленной сети, а далее преобразователи напряжения заряжают АБ и БСК до заданного уровня.If there is an AB and (or) BSK in the system, the general operating algorithm described above does not change, however, additional options for the system operation appear. If there is energy from the BSP and part of it is spent on the load, the rest of the energy goes to charging the battery and (or) the BSC. After they are fully charged, the energy goes into the network. When the network voltage fails, the control and switching microcontroller disconnects the network from the system and the load, and the consumer load is powered from the BSP. If there is a lack of energy received from the BSP, the stored energy from the battery and (or) BSK is supplied to the DC bus, which is further converted into alternating voltage of industrial frequency to power the consumer load. If the energy received from the BSP is not enough to load and maintain the charge of the battery and (or) BSC in a charged state in a certain time interval, then according to a given algorithm (for example, at night), the inverter operates in the reverse mode - charging the DC bus from the industrial network, and then the voltage converters charge the battery and BSK to a given level.

Рассмотрим работу блока солнечных панелей при различных условиях эксплуатации. На фиг.2 представлено семейство вольтамперных характеристик солнечной панели в зависимости от температуры и изменения равномерной освещенности панели. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) имеет классический вид: на начальном этапе идет линейный рост мощности с увеличением напряжения, далее достигается экстремум, после которого идет спад получаемой мощности с ростом напряжения на солнечной панели. Видим, что на ВАХ панели в данном случае присутствует только один экстремум, который при изменении температуры и равномерном изменении излучения дрейфует по ВАХ в ограниченной области.Let's consider the operation of a solar panel unit under various operating conditions. Figure 2 shows a family of current-voltage characteristics of a solar panel depending on temperature and changes in uniform illumination of the panel. The current-voltage characteristic (volt-ampere characteristic) has a classic form: at the initial stage there is a linear increase in power with increasing voltage, then an extremum is reached, after which there is a decrease in the received power with increasing voltage on the solar panel. We see that in this case there is only one extremum on the current-voltage characteristic of the panel, which, with a change in temperature and a uniform change in radiation, drifts along the current-voltage characteristic in a limited region.

При росте температуры напряжение в точке максимальной мощности падает. Экстремум функции мощности на ВАХ смещается вниз и влево. При понижении температуры: напряжение растет в точке экстремума, точка максимальной мощности смещается по ВАХ вверх и вправо. При уменьшении равномерной освещенности панели ток в точке максимальной мощности падает, и экстремум мощности смещается вниз. При увеличении равномерной освещенности панели, растет ток, следовательно, точка максимальной мощности смещается вверх.As the temperature rises, the voltage at the maximum power point drops. The extremum of the power function on the current-voltage characteristic shifts down and to the left. As the temperature decreases: the voltage increases at the extremum point, the point of maximum power shifts along the I-V characteristic upward and to the right. As the uniform illumination of the panel decreases, the current at the point of maximum power drops and the power extremum shifts downward. As the uniform illumination of the panel increases, the current increases, therefore, the point of maximum power shifts upward.

Известны различные алгоритмы отслеживания точки максимальной мощности. Например, возмущения и наблюдения или метод возрастающей проводимости. Суть метода возмущения и наблюдения показана на фиг.3. Измеряется напряжение и ток на блоке солнечных панелей (БСП). Вычисляется мощность Р0. Далее изменяется выходное напряжение БСП посредством управления преобразователем (положительное приращение по напряжению). Измеряются ток и напряжение. В результате появляется точка мощности Р1. Сравнивается Р1 и Р0, если Р1 больше, то приращение по напряжению остается и далее происходит следующий шаг. Увеличивается напряжение на блоке панелей. Измеряется ток. Вычисляется мощность Р2.Various algorithms for tracking the maximum power point are known. For example, perturbations and observations or the method of increasing conductivity. The essence of the perturbation and observation method is shown in Fig. 3. The voltage and current on the solar panel unit (PSB) are measured. Power P0 is calculated. Next, the output voltage of the BSP changes by controlling the converter (positive voltage increment). Current and voltage are measured. As a result, power point P1 appears. P1 and P0 are compared, if P1 is greater, then the voltage increment remains and then the next step occurs. The voltage on the panel block increases. The current is measured. The power P2 is calculated.

Далее также Р3 и Р4. Если новая мощность ниже предыдущей, то знак приращения изменяется. Также существуют адаптивные алгоритмы, у которых шаг приращения не постоянный, а изменяется, в зависимости от приближения к экстремуму. Шаг уменьшается в районе экстремума для уменьшения пульсаций снимаемой мощности с блока солнечных панелей.Further also P3 and P4. If the new power is lower than the previous one, then the sign of the increment changes. There are also adaptive algorithms in which the increment step is not constant, but changes depending on the approach to the extremum. The step is reduced in the extreme region to reduce the ripple of power removed from the solar panel block.

В результате имеем, при плавном изменении температуры и равномерном изменении освещенности панели классический алгоритм поиска точки максимальной мощности отслеживает как экстремум дрейфует по ВАХ солнечной панели в заданной области.As a result, we have, with a smooth change in temperature and a uniform change in panel illumination, the classic algorithm for finding the point of maximum power tracks how the extremum drifts along the I-V characteristic of the solar panel in a given area.

Фактически, все существующие методы отбора мощности с СП эквивалентны подключению реостата к солнечной панели и, автоматически регулируя «его сопротивление», обеспечивают отбор постоянного тока с СП в той точке ВАХ, где мощность максимальна.In fact, all existing methods of power take-off from a joint venture are equivalent to connecting a rheostat to a solar panel and, automatically adjusting “its resistance”, ensure the selection of direct current from a joint venture at the point of the current-voltage characteristic where the power is maximum.

КПД современных промышленно выпускаемых СП, с которых отбор энергии идет классическим («реостатным») методом находится в диапазоне 18-23%. Т.е. от 1 кВт солнечной энергии фотонов на эквивалентном реостате нагрузки будет 180-230 Вт электроэнергии.The efficiency of modern industrially produced SPs, from which energy is extracted using the classical (“rheostat”) method, is in the range of 18-23%. Those. from 1 kW of solar photon energy on an equivalent load rheostat there will be 180-230 W of electricity.

Остальная энергия, получаемая от солнечного излучения, уходит на потери в СП. К основным процессам, приводящим к низкому КПД СП, относят: отражение части излучения от поверхности полупроводника, неактивное поглощение квантов света, паразитная рекомбинация неравновесных носителей и т.д.The rest of the energy received from solar radiation goes to losses in the solar power plant. The main processes leading to low SC efficiency include: reflection of part of the radiation from the surface of the semiconductor, inactive absorption of light quanta, parasitic recombination of nonequilibrium carriers, etc.

Рассмотрим в упрощенном виде работу СП, см. фиг.4. На фиг.4: свет падает на СП и проходит до n, р областей и области обеднения. В области обеднения происходит переход энергии фотонов к паре электрон-дырка. Они разделяются. За счет наличия внутреннего поля электроны двигаются вверх через n область к проводнику, и далее в нагрузку. После нагрузки электроны через проводник возвращаются к СП со стороны р области и рекомбенируют с дырками.Let us consider in a simplified form the operation of the joint venture, see Fig.4. In Fig.4: light falls on the SP and passes to the n, p regions and the depletion region. In the depletion region, photon energy transfers to the electron-hole pair. They are separated. Due to the presence of an internal field, electrons move up through the n region to the conductor, and then into the load. After the load, the electrons return through the conductor to the SC from the p side of the region and recombine with holes.

Описанным образом происходит преобразование энергии фотонов в электрическую энергию.In the described manner, the energy of photons is converted into electrical energy.

После разделении электронов и дырок под действием солнечного света часть электронов не достигает проводника, а следовательно, и нагрузки. В процессе движения электронов и дырок в обедненной области, а также частично в n и р областях происходит паразитная рекомбинация электронов и дырок. В результате, большая часть энергии, полученной СП от солнца, не доходит до нагрузки из-за процесса паразитной рекомбинации.After the separation of electrons and holes under the influence of sunlight, some of the electrons do not reach the conductor, and therefore the load. During the movement of electrons and holes in the depletion region, as well as partially in the n and p regions, parasitic recombination of electrons and holes occurs. As a result, most of the energy received by the SP from the sun does not reach the load due to the process of parasitic recombination.

Для уменьшения потерь энергии на паразитную рекомбинацию введем между СП и нагрузкой блок импульсного напряжения. Цель которого, короткими импульсами определенной амплитуды, частоты (периода), длительности, с определенными фронтами роста и спада прилагать или однополярный положительный импульс напряжения к n области и отрицательный к р области СП, или апериодический знакопеременный импульс напряжения.To reduce energy losses due to parasitic recombination, we introduce a pulse voltage block between the SP and the load. The purpose of which is to apply, in short pulses of a certain amplitude, frequency (period), duration, with certain rising and falling fronts, either a unipolar positive voltage pulse to the n region and a negative one to the p region of the SP, or an aperiodic alternating voltage pulse.

Импульсы напряжения прикладываются к солнечной панели с целью придания электронам и дыркам, получившим энергию от фотонов дополнительного импульса при движении из обедненной области к проводнику. В результате действия данных импульсов напряжения вероятность паразитной рекомбинации уменьшается, количество электронов, достигающих проводника и нагрузки, увеличивается, следовательно, увеличивается количество полученной энергии от солнечной панели и КПД системы СП-преобразователь.Voltage pulses are applied to the solar panel to give the electrons and holes that have received energy from the photons an additional impulse as they move from the depletion region to the conductor. As a result of the action of these voltage pulses, the probability of parasitic recombination decreases, the number of electrons reaching the conductor and load increases, therefore, the amount of energy received from the solar panel and the efficiency of the SP-converter system increases.

Управление импульсами напряжения в общем случае происходит по амплитуде, частоте (f), длительности (tи), полярности, а также по длительности роста (tr) и спада (tf) фронтов импульсов напряжения (dU/dt). Также возможно приложение апериодического знакопеременного сигнала к массиву солнечных панелей. Нужно отметить, что амплитуда напряжения, частота и длительность импульсов - параметры, которые задаются для данного пакета и вида панелей, и далее практически не изменяются (возможна такая реализация) или изменяются достаточно медленно в процессе автоматической регулировки. При изменении освещенности и температуры солнечных панелей, основными параметрами регулировки являются фронты нарастания и спада импульсов напряжения.In the general case, voltage pulses are controlled by amplitude, frequency (f), duration (ti), polarity, as well as by the duration of rise (tr) and fall (tf) of the fronts of voltage pulses (dU/dt). It is also possible to apply an aperiodic alternating signal to an array of solar panels. It should be noted that the voltage amplitude, frequency and pulse duration are parameters that are set for a given package and type of panels, and then practically do not change (such an implementation is possible) or change quite slowly during the automatic adjustment process. When changing the illumination and temperature of solar panels, the main adjustment parameters are the rising and falling edges of voltage pulses.

По этой причине система управления импульсным источником напряжения и сама реализация импульсного источника напряжения, установленного между солнечными панелями и DC-DC преобразователем, или нагрузкой, или инвертором - должна в обязательном порядке обладать возможностью создания и регулировки импульсов напряжения по амплитуде, частоте, длительности (скважности), полярности и времени роста и спада импульсов напряжения. Только при управлении всеми этими параметрами достигается максимальное увеличение получаемой энергии с солнечных панелей.For this reason, the control system for a pulsed voltage source and the implementation of a pulsed voltage source itself installed between solar panels and a DC-DC converter, or a load, or an inverter must necessarily have the ability to create and adjust voltage pulses in amplitude, frequency, duration (duty cycle). ), polarity and time of rise and fall of voltage pulses. Only by controlling all these parameters is the maximum increase in the energy received from solar panels achieved.

Нужно отметить, что импульсы напряжения имеют длительность на уровне единиц микросекунд, поэтому расход энергии на их создание на порядок меньше, чем энергия электронов, которые не теряют ее при паразитной рекомбинации и поступают на нагрузку.It should be noted that voltage pulses have a duration of a few microseconds, so the energy consumption for their creation is an order of magnitude less than the energy of electrons, which do not lose it during parasitic recombination and are supplied to the load.

При воздействии данного «управляющего» напряжения большое количество электронов, получивших энергию от квантов света, которые ранее рекомбинировали с дырками и не доходили до нагрузки, выходят из п слоя СП, тем самым увеличивая полезную энергию и КПД СП в 1,5-1,7 раза при интенсивной освещенности, относительно классических («реостатных») методов отбора мощности с СП.When exposed to this “control” voltage, a large number of electrons, which received energy from light quanta, which previously recombined with holes and did not reach the load, leave the n layer of the SP, thereby increasing the useful energy and efficiency of the SP by 1.5-1.7 times under intense illumination, relative to classical (“rheostatic”) methods of power take-off with a joint venture.

В какой-то мере данный принцип образно соответствует работе полевого транзистора, когда мы электрическим полем затвора, практически не тратя тока, управляем открытием канала и прохождением силового тока через р-n переходы полевого транзистора.To some extent, this principle figuratively corresponds to the operation of a field-effect transistor, when we use the electric field of the gate, practically without wasting current, to control the opening of the channel and the passage of power current through the p-n junctions of the field-effect transistor.

Из анализа патента US 2015244313 A1 «Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications », МПК G01R 31/40, 27.08.2015 - видим, что в нем не реализована система управления и само устройство импульсного источника с функцией регулировки фронтов роста и спада импульсов напряжения в зависимости от освещенности и температуры солнечных панелей. Как результат - меньшее количество получаемой энергии с солнечных панелей. У авторов данного патента указано увеличение энергии с солнечных панелей в 1,2 при полной освещенности.From the analysis of patent US 2015244313 A1 “Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications”, IPC G01R 31/40, 08/27/2015 - we see that it does not implement the control system and the pulse source device itself with the function of adjusting the rising and falling fronts of voltage pulses depending on the illumination and temperature of the solar panels. The result is less energy received from solar panels. The authors of this patent indicate an increase in energy from solar panels of 1.2 at full illumination.

Во всех классических преобразователях блок управления DC/DC преобразователем напряжения обеспечивает, регулировкой скважности ключа, повышение напряжения получаемого от солнечных панелей, до уровня напряжения шины постоянного тока, с которой далее уже запитывается инвертор. В нашем случае, в этот блок управления встроена функция управления еще и блоком импульсов напряжения, целевая функция управления которым - получение большей энергии с солнечных панелей. Т.е. теперь он не только повышает напряжение, но и регулирует приток энергии от солнечных панелей, также обеспечивая выходное напряжение на шине постоянного тока. А далее, уже блок управления инвертором отбирает энергию с шины в том объеме, в котором блок управления и солнечные панели могут обеспечить в данный момент времени.In all classic converters, the DC/DC voltage converter control unit provides, by adjusting the duty cycle of the switch, an increase in the voltage received from the solar panels to the level of the DC bus voltage, from which the inverter is then powered. In our case, this control unit also has a built-in control function for a voltage pulse block, the target control function of which is to obtain more energy from solar panels. Those. Now it not only increases the voltage, but also regulates the flow of energy from the solar panels, also providing the output voltage on the DC bus. And then, the inverter control unit takes energy from the bus in the amount that the control unit and solar panels can provide at a given time.

Существует большое количество схемотехнических методов реализации описанного способа увеличения КПД системы СП-преобразователь. На фиг.5 представлен один из возможных вариантов.There are a large number of circuit engineering methods for implementing the described method of increasing the efficiency of the SP-converter system. Figure 5 shows one of the possible options.

На фиг.5 представлена солнечная панель СП1, накопительный конденсатор С1, повышающий преобразователь напряжения, состоящий из конденсаторов С2, дросселя L1, диода D1, ключа К1, источник импульсов, состоящий из трансформатора Tp1, конденсатора С3, ключа К2, источника питания U1 и общего устройства управления УУ1.Figure 5 shows the solar panel SP1, storage capacitor C1, a step-up voltage converter consisting of capacitors C2, inductor L1, diode D1, switch K1, a pulse source consisting of transformer Tp1, capacitor C3, switch K2, power supply U1 and general control device УУ1.

Устройство управления УУ1 формирует сигналы управления для ключей К1 и К2. При кратковременном переходе ключа К2 в открытое состояние через первичную обмотку 1 трансформатора Tp1 проходит импульс тока. На вторичной обмотке трансформатора Tp1 формируется импульс напряжения. Положительной полярностью прикладываемый к n области солнечной панели СП1, а отрицательной полярностью к р области солнечной панели СП1 через конденсатор С1. Одновременно в соответствии с заданным алгоритмом работы периодически открывается ключ К1, в результате чего происходит формирование напряжения на конденсаторе С2. Напряжение на конденсаторе С2 далее поступает или на нагрузку, или на инвертор напряжения.The control device УУ1 generates control signals for keys K1 and K2. When switch K2 briefly transitions to the open state, a current pulse passes through the primary winding 1 of transformer Tp1. A voltage pulse is formed on the secondary winding of transformer Tp1. The positive polarity is applied to the n region of the solar panel SP1, and the negative polarity is applied to the p region of the solar panel SP1 through capacitor C1. At the same time, in accordance with the given operating algorithm, key K1 is periodically opened, resulting in the formation of voltage on capacitor C2. The voltage on capacitor C2 is then supplied either to the load or to the voltage inverter.

Свет, падающий на солнечную панель СП1, разделяет электроны и дырки. Электроны движутся по цепи и заряжают емкость С1. Одновременно с этим через импульсный трансформатор Tp1 к n области солнечной панели прикладываются импульсы напряжения с заданной частотой, длительностью, амплитудой, фронтами роста и спада; в результате чего вероятность паразитной рекомбинации электронов и дырок уменьшается, и дополнительное количество электронов, получивших энергию от фотонов света, достигает проводника и заряжает накопительную емкость С1. Далее посредством повышающего преобразователя (L1, K1, D1, С2) напряжение повышается до уровня необходимого для нагрузки или для инвертора напряжения.Light falling on the SP1 solar panel separates electrons and holes. Electrons move along the circuit and charge capacitance C1. At the same time, through the pulse transformer Tp1, voltage pulses with a given frequency, duration, amplitude, rising and falling fronts are applied to the n region of the solar panel; as a result, the probability of parasitic recombination of electrons and holes decreases, and an additional number of electrons that have received energy from light photons reaches the conductor and charges the storage capacitance C1. Then, using a boost converter (L1, K1, D1, C2), the voltage is increased to the level required for the load or for the inverter voltage.

Трансформатор Tp1 может быть выполнен как с ферромагнитным сердечником, так и без оного.Transformer Tp1 can be made with or without a ferromagnetic core.

На фиг.6 представлена схема возможного последовательного (а) и параллельного (б) соединения солнечных панелей на примере из двух панелей. При соединении СП в блоки параллельно СП включаются диоды, которые служат для обхода тока при частичном затенении СП в блоке панелей. Для того чтобы данные диоды не шунтировали импульсные сигналы, которые прикладываются к солнечным панелям последовательно с каждым из диодов (D2-D4) ставятся дроссели (L2-L4). Данные дроссели по постоянному току практически не оказывают сопротивления, и при частичном затенении постоянный ток проходит через диоды. При этом при воздействии импульсов напряжения от трансформатора Tp1 (фиг.5) длительностью единицы микросекунд и менее дроссели D2-D4 имеют большое волновое сопротивление и не шунтируют данные импульсы.Figure 6 shows a diagram of a possible series (a) and parallel (b) connection of solar panels using an example of two panels. When connecting the SP into blocks, diodes are switched on parallel to the SP, which serve to bypass the current when the SP in the panel block is partially shaded. To prevent these diodes from shunting pulse signals that are applied to the solar panels, chokes (L2-L4) are installed in series with each of the diodes (D2-D4). These DC chokes offer virtually no resistance, and when partially shaded, DC flows through the diodes. Moreover, when exposed to voltage pulses from the transformer Tp1 (Fig. 5) lasting a few microseconds or less, the chokes D2-D4 have a high characteristic impedance and do not shunt these pulses.

Заявленное решение, позволяет увеличить количество получаемой энергии от массива солнечных панелей при реальных условиях эксплуатации. Это имеет первостепенное значение как для систем автономного электропитания без сети, так и для систем с сетью, т.к. в конечном итоге влияет на количество полученной энергии от солнечных панелей и на окупаемость системы в целом.The declared solution allows you to increase the amount of energy received from an array of solar panels under real operating conditions. This is of paramount importance both for autonomous power supply systems without a network, and for systems with a network, because ultimately affects the amount of energy received from solar panels and the payback of the system as a whole.

Claims (3)

1. Устройство электропитания на основе фотоэлектрических панелей, состоящее из блока солнечных панелей, блока датчиков тока и напряжения блока солнечных панелей, DC/DC преобразователя напряжения, шины постоянного тока, обратимого инвертора, блока датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя, блока управления DC/DC преобразователем напряжения, блока управления инвертором, микроконтроллера управления и коммутации, блока датчиков тока и напряжения шины постоянного тока, LC-фильтра, фильтра радиопомех, блока датчиков тока и напряжения на нагрузке, отличающееся тем, что в него дополнительно введен блок импульсов напряжения, установленный между блоком солнечных панелей и DC/DC преобразователем напряжения, при этом блок управления DC/DC преобразователем напряжения выполнен с дополнительной функцией управления блоком импульсов напряжения, с возможностью регулировки импульсов напряжения по амплитуде, частоте, длительности, полярности, а также по времени нарастания и времени спада импульсов.1. A power supply device based on photovoltaic panels, consisting of a solar panel unit, a current and voltage sensor unit of a solar panel unit, a DC/DC voltage converter, a DC bus, a reversible inverter, a current and voltage sensor unit at the output of the converter, a DC/DC control unit. DC voltage converter, inverter control unit, control and switching microcontroller, DC bus current and voltage sensor unit, LC filter, radio interference filter, load current and voltage sensor unit, characterized in that it additionally includes a voltage pulse unit installed between the block of solar panels and the DC/DC voltage converter, while the control unit of the DC/DC voltage converter is made with an additional function of controlling the block of voltage pulses, with the ability to adjust the voltage pulses by amplitude, frequency, duration, polarity, as well as by rise time and time decline in impulses. 2. Устройство электропитания на основе фотоэлектрических панелей по п. 1, отличающееся тем, что в него введены двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи, аккумуляторная батарея.2. A power supply device based on photovoltaic panels according to claim 1, characterized in that it contains a bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging the battery and a battery. 3. Устройство электропитания на основе фотоэлектрических панелей по п. 1, отличающееся тем, что в него введены двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов, блок суперконденсаторов.3. A power supply device based on photovoltaic panels according to claim 1, characterized in that it contains a bidirectional DC/DC voltage converter for charging/discharging a block of supercapacitors, a block of supercapacitors.
RU2023103614A 2023-02-16 Power supply device based on photovoltaic panels RU2811080C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2811080C1 true RU2811080C1 (en) 2024-01-11

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7158395B2 (en) * 2003-05-02 2007-01-02 Ballard Power Systems Corporation Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications
RU2479091C1 (en) * 2011-12-28 2013-04-10 Валерий Васильевич Лунин Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof
US8982592B2 (en) * 2011-07-29 2015-03-17 General Electric Company Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof
RU2695633C1 (en) * 2018-07-13 2019-07-25 Ильдар Фанильевич Зайнуллин Modular electric power plant
RU198525U1 (en) * 2020-02-06 2020-07-14 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ганпауэр" (Ооо "Ганпауэр") ENERGY CONVERSION DEVICE
RU207387U1 (en) * 2021-07-12 2021-10-26 Ооо "Мир" Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7158395B2 (en) * 2003-05-02 2007-01-02 Ballard Power Systems Corporation Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications
US8982592B2 (en) * 2011-07-29 2015-03-17 General Electric Company Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof
RU2479091C1 (en) * 2011-12-28 2013-04-10 Валерий Васильевич Лунин Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof
RU2695633C1 (en) * 2018-07-13 2019-07-25 Ильдар Фанильевич Зайнуллин Modular electric power plant
RU198525U1 (en) * 2020-02-06 2020-07-14 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ганпауэр" (Ооо "Ганпауэр") ENERGY CONVERSION DEVICE
RU207387U1 (en) * 2021-07-12 2021-10-26 Ооо "Мир" Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. A comprehensive review on grid-tied solar photovoltaic system
US9785172B2 (en) Switched capacitor DC-DC converter based distributed maximum power point tracking of partially shaded photovoltaic arrays
WO2007084196A2 (en) Dynamic switch power converter
KR20070050044A (en) Power extractor circuit
TW201020712A (en) Frequency-varied incremental conductance maximum power point tracking controller and algorithm for PV converter
Anandhi et al. Application of DC-DC boost converter for solar powered traffic light with battery backup
Shangeetha Implementation of fuzzy logic controller in photovoltaic power generation using boost converter and boost inverter
Rezaii et al. Overcoming partial shading issue of PV modules by using a resonant switched capacitor converter
RU2811080C1 (en) Power supply device based on photovoltaic panels
Yilmaz et al. PV system flyback converter controlled PI control to charge battery under variable temperature and irradiance
Jusoh et al. Maximum power point tracking charge controller for standalone PV system
RU219061U1 (en) INTELLIGENT POWER SUPPLY DEVICE BASED ON SOLAR BATTERIES
Kanakasabapathy Multistring seven-level inverter for standalone photovoltaic systems
Raveendhra et al. Design and small signal analysis of solar PV fed FPGA based Closed Loop control Bi-Directional DC-DC converter
Zhang Optimization and design of photovoltaic micro-inverter
CN110198073B (en) Energy supply system and energy management method
Kusmantoro et al. Voltage stability in DC micro grid by controlling two battery units with hybrid network systems
Gupta et al. Implementing High Gain DC-DC Converter with Switched Capacitor for PV System
Hu et al. Modeling of a new multiple input converter configuration for PV/battery system with MPPT
RU207387U1 (en) Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources
SathyaPriya et al. Analysis of Grid Connected Hres With Modified Sheppard Converter and Fuzzy-PSO Algorithm
Mohan et al. High performance stand-alone and grid connected inverter using adaptive total sliding mode controller
Alam et al. Design and Development of Battery Integrated PV System using MPPT
Vaidhyan et al. A novel high gain DC-DC converter employing Z-source network for PV applications
Chokchai Power flow control and MPPT parameter selection for residential grid-connected PV systems with battery storage