BG66886B1 - Photovoltaic system for generating and emitting electric energy into a direct current network and units within - Google Patents

Abstract

The system is designed to add electricity to already existing DC- networks, for example public transport. It is effective and highly secure as related to controlling the voltage in exploitation. The system includes a photovoltaic field (2), comprised of at least one photovoltaic structure (3), this structure being a single PV-panel (4) or a group (5) of PV-panels (4), where each photovoltaic structure (3) has positive exit (7) and negative exit (8), to which an optimizer is connected (12), whose exits are connected either to each other or to the given configuration in the PV-field in a certain way to the common positive exit line (9) and the common negative exit line (10). A defense block (11) is mounted to at least one of the exit lines (9,10) connected to the direct current network (1). The optimizers (12) are of a type, which when acting mutually in the PV-field (2) ensures nominal voltage on the PV-field (2), thus, correlational to the working voltage of the DC-network (1) and maximal exit voltage- lesser than the maximally allotted voltage of the DC-network (1)

Description

Област на техникатаField of technology

Фотоволтаичната система за генериране и подаване на електрическа енергия към постояннотокова мрежа и консуматорите в нея е предназначена за директно присъединяване към постояннотокови (DC) мрежи, например като тези на обществения транспорт - тролейбусен, трамваен, метро, и дава възможност за ползването й за допълване на електрическа енергия към съществуващи постояннотокови мрежи.The photovoltaic system for generation and supply of electricity to the direct current network and the consumers in it is designed for direct connection to direct current (DC) networks, such as those of public transport - trolleybus, tram, subway, and allows its use to supplement electricity to existing DC networks.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известна е фотоволтаична система, използвана за допълване на електрическа енергия към съществуваща тролейбусна мрежа. Тя включва фотоволтаично поле (PV-поле), съставено от фотоволтаични структури, представляващи единични фотоволтаични панели (PV-панели) или групи PV-панели, разположението на които фотоволтаични структури е определено в зависимост от конкретните условия - климатични, географски, енергийни, монтажни и др. Всяка от фотоволтаичните структури има положителен извод и отрицателен извод, свързани по известен начин към обща положителна изходяща линия и обща отрицателна изходяща линия. Към всяка от двете общи изходящи линии има първи защитен блок, включващ защитно- комутационна апаратура, прекъсваща електричната верига при протичане на по-голям електрически ток от допустимия, а след него и втори защитен блок, включващ дросели, премахващи пулсациите на постоянния ток от PV-полето. След двата защитна блока, към всяка от общите изходящи линии е монтиран двупосочен високоскоростен превключвател, изключващ цялата или част от системата при повишаване на напрежението, последван от високочестотен филтър, оформящи контролен блок. За задействане на контролния блок е предвидено и съответно управление. В края на двете общи изходящи линии, пред мястото на включването им към постояннотоковата мрежа за консуматорите, са монтирани ръчни прекъсвачи. При силно намалена или нулева консумация на консуматорите в мрежата, напрежението на PV полето се повишава, при което, съгласно съществуващото решение, от мрежата се изключват фотоволтаични структури или цялото PV-поле, за да се предпази мрежата от повишеното напрежение. Недостатъците на известната система са свързани с факта, че предвидената защита срещу превишаване на напрежението всъщност осигурява изключване на фотоволтаични структури или на цялото PV-поле от мрежата, като превишеното напрежение не се подава в мрежата. Т.е. през времето, когато PV-полето или част от него е изключена, съответната изключена част не функционира. Налице са и проблеми със сигурността на системата, проявявани в случаи като, например, отказ на високоскоростен прекъсвач или неговото управление, когато превишеното напрежение може да бъде подадено в DC мрежата. Освен това и при пълна изправност на високоскоростните прекъсвачи, те действат след събитието, т.е. след като напрежението е достигнало превишена стойност. При съществуващото решение няма система, която да поддържа работата на фотоволтаичните панели в точката на максимална мощност (МРР), като се разчита те да работят през по-голямата част от времето „около и близко“ до МРР, при което загубите от неефективност да не са чак толкова големи и да могат да бъдат приети. Като цяло, недостатъците на известната фотоволтаична система се състоят в следното: схемата е сложна, от множество елементи, като не е възможно унифициране или ползване на стандартни устройства, поради което всеки проект изисква персонализирано техническо решение; защитата от подаване на превишено напрежение в DC мрежата няма висока надеждност и сигурност, а самата защита сработва след превишаване на напрежението; предвидената защита от повишено напрежение разчита високоскоростните прекъсвачи да изключат PV-системата, или части от нея, след като PV-системата повиши своето изходно напрежение; системата не работи синхронно и безопасно паралелно е конвенционалните захранващи източници във всички режими, а в тези режими, в които няма синхронна и безопасна работа, са взети мерки за изключване на PV системата, или части от нея; PV структурите не работят оптимално, т.е. работят без MPPT (maximum power point tracking), тъй като не са известни стандартни устройства с МРРТ за присъединяване на PV-системи към DC мрежи.A photovoltaic system is known, used to supplement electricity to an existing trolleybus network. It includes a photovoltaic field (PV-field), composed of photovoltaic structures, representing single photovoltaic panels (PV-panels) or groups of PV-panels, the location of which photovoltaic structures is determined depending on the specific conditions - climatic, geographical, energy, installation and others. Each of the photovoltaic structures has a positive terminal and a negative terminal connected in a known manner to a common positive output line and a common negative output line. To each of the two common output lines there is a first protection unit, including protection-switching equipment, interrupting the electrical circuit when a current greater than the allowable current flows, and then a second protection unit, including chokes, removing the ripple of direct current from PV -field. After the two protection units, a two-way high-speed switch is mounted to each of the common output lines, switching off all or part of the system when the voltage increases, followed by a high-pass filter forming a control unit. Appropriate control is also provided for actuating the control unit. At the end of the two common output lines, in front of the place of their connection to the direct current network for the consumers, manual switches are installed. In case of greatly reduced or zero consumption of the consumers in the network, the voltage of the PV field increases, whereby, according to the existing solution, photovoltaic structures or the whole PV field are disconnected from the network to protect the network from the increased voltage. The disadvantages of the known system are related to the fact that the provided protection against overvoltage actually ensures the disconnection of photovoltaic structures or the entire PV field from the network, as the overvoltage is not supplied to the network. Ie during the time when the PV field or part of it is switched off, the corresponding switched off part does not function. There are also problems with the security of the system, manifested in cases such as, for example, failure of a high-speed circuit breaker or its control, when the overvoltage can be applied to the DC network. In addition, even when the high-speed circuit breakers are fully operational, they operate after the event, ie. after the voltage has reached an exceeded value. Under the current solution, there is no system to support the operation of photovoltaic panels at the point of maximum power (MPP), relying on them to work most of the time "around and close" to the MPP, whereby the losses from inefficiency do not are so large and can be accepted. In general, the disadvantages of the known photovoltaic system are the following: the scheme is complex, of many elements, and it is not possible to unify or use standard devices, which is why each project requires a customized technical solution; the protection against overvoltage in the DC network does not have high reliability and security, and the protection itself works after the voltage is exceeded; the provided overvoltage protection relies on the high-speed circuit breakers to switch off the PV system, or parts thereof, after the PV system has increased its output voltage; the system does not work synchronously and safely in parallel with the conventional power sources in all modes, and in those modes in which there is no synchronous and safe operation, measures are taken to turn off the PV system, or parts of it; PV structures do not work optimally, ie. work without MPPT (maximum power point tracking), as there are no standard devices with MPRT for connecting PV-systems to DC networks.

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/17.06.2019Descriptions of issued patents for inventions № 06.1 / 17.06.2019

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задача на изобретението е да се създаде фотоволтаична система за генериране и подаване на електрическа енергия към постояннотокова мрежа и консуматорите в нея, която да поддържа работата на PV панелите в точката на максимална мощност (МРР) и да осигурява изходно напрежение, съответстващо на номиналното напрежение в постояннотоковата мрежа, при което да се избегне недопустимо превишаване на напрежението от PV системата, подавано в мрежата при намалена консумация или липса на такава. Системата да работи абсолютно синхронно и съгласувано във всички възможни режими и да не се налага изключване на системата или части от нея.The objective of the invention is to provide a photovoltaic system for generating and supplying electricity to the DC network and consumers in it, which will maintain the operation of PV panels at the point of maximum power (MPP) and provide an output voltage corresponding to the nominal voltage in the direct current network, in order to avoid inadmissible exceeding of the voltage from the PV system, supplied to the network at reduced consumption or lack of such. The system should work absolutely synchronously and in coordination in all possible modes and no need to turn off the system or parts of it.

Задачата е решена с фотоволтаична система за генериране и подаване на електрическа енергия към постояннотокова мрежа и консуматорите в нея, включваща фотоволтаично поле, съставено от поне една фотоволтаична структура. Всяка фотоволтаична структура представлява или единичен фотоволтаичен панел или група от фотоволтаични панели. Фотоволтаичното поле има съответно напрежение, а всяка от фотоволтаичните структури има положителен извод и отрицателен извод. Предвидени са и обща положителна изходяща линия и обща отрицателна изходяща линия, както и защитен блок със защитнокомутационна апаратура. Съгласно изобретението към изводите на всяка от фотоволтаичните структури, образуващи фотоволтаичното поле (PV-полето) е включен оптимайзер, чиито изводи са свързани помежду си и/или в съответната конфигурация на PV-полето по известен начин към общата положителна изходяща линия и общата отрицателна изходяща линия. Защитният блок е монтиран към поне една от общите изходящи линии, които са свързани с постояннотоковата мрежа. Всеки оптимайзер е настроен така, че фотоволтаичното поле има максимално изходно напрежение по-малко от максимално допустимото напрежение на постояннотоковата мрежа. При това оптимайзерът е настроен така, че входното напрежение към всеки оптимайзер да е съответно на напрежението в точката на максимална мощност на (МРР) на фотоволтаичната структура, към която е свързан, а изходното напрежение на оптимайзера или група от последователно свързани оптимайзери, да е съответно на номиналното напрежение на DC мрежата, като при това изходното напрежение от оптимайзера или група от последователно свързани оптимайзери, да е ограничено при всички режими на работа до стойност, която не надхвърля максимално допустимото работно напрежение за DC мрежата и консуматорите в нея.The problem is solved with a photovoltaic system for generating and supplying electricity to the direct current network and the consumers in it, including a photovoltaic field composed of at least one photovoltaic structure. Each photovoltaic structure is either a single photovoltaic panel or a group of photovoltaic panels. The photovoltaic field has a corresponding voltage, and each of the photovoltaic structures has a positive terminal and a negative terminal. A common positive output line and a common negative output line are also provided, as well as a protection unit with protective switching equipment. According to the invention, the terminals of each of the photovoltaic structures forming the photovoltaic field (PV field) include an optimizer whose terminals are connected to each other and / or in the corresponding configuration of the PV field in a known manner to the common positive output line and the common negative output line. line. The protection unit is mounted to at least one of the common output lines that are connected to the DC network. Each optimizer is set so that the photovoltaic field has a maximum output voltage less than the maximum allowable DC voltage. The optimizer is set so that the input voltage to each optimizer corresponds to the voltage at the point of maximum power (MPP) of the photovoltaic structure to which it is connected, and the output voltage of the optimizer or a group of series-connected optimizers is according to the nominal voltage of the DC network, whereby the output voltage from the optimizer or a group of series-connected optimizers is limited in all operating modes to a value that does not exceed the maximum allowable operating voltage for the DC network and consumers in it.

Фотоволтаичната система, като вариант, включва фотоволтаичното поле, образувано от една фотоволтаична структура, като включеният между нейния положителен извод и отрицателен извод оптимайзер е един, а изходите от него са общата положителна изходяща линия и общата отрицателна изходяща линия.The photovoltaic system, as an option, includes the photovoltaic field formed by a photovoltaic structure, the optimizer included between its positive terminal and the negative terminal being one, the outputs of which are the common positive output line and the common negative output line.

Фотоволтаичната структура е възможно да представлява група от единични фотоволтаични панели, свързани последователно.The photovoltaic structure may be a group of single photovoltaic panels connected in series.

Възможно е и фотоволтаичната структура да представлява единичен фотоволтаичен панел.It is also possible that the photovoltaic structure is a single photovoltaic panel.

Друг вариант е фотоволтаичното поле да включва група от поне две, свързани по известен начин фотоволтаични структури.Another option is for the photovoltaic field to include a group of at least two photovoltaic structures connected in a known manner.

Като подходящ вариант на изпълнение, е възможно поне една от групата фотоволтаични структури да представлява единичен фотоволтаичен панел.As a suitable embodiment, it is possible for at least one of the group of photovoltaic structures to be a single photovoltaic panel.

Подходящо е и поне една от групата фотоволтаични структури да представлява „смарт фотоволтаичен панел“, в който е вграден оптимайзерът. Също като вариант на изпълнение, поне една от групата фотоволтаични структури представлява група от единични фотоволтаични панели, при което от включените към техните изводи оптимайзери е образувана група от последователно свързани оптимайзери.It is also appropriate for at least one of the group of photovoltaic structures to be a "smart photovoltaic panel" in which the optimizer is built. Also in an embodiment, at least one of the group of photovoltaic structures is a group of single photovoltaic panels, in which a group of series-connected optimizers is formed from the optimizers included in their terminals.

Предимствата на изобретението се състоят в постигнатата възможност фотоволтаичната система да отдава директно генерираната електроенергия към DC мрежата, като работи синхронно с конвенционалните захранващи източници и по този начин замества частично или изцяло конвенционална електрическа енергия с фотоволтаична електрическа енергия. Постигнат е синхрон на действие на елементите за сигурност на системата с работата на фотоволтаичното поле и поддържането на работна точка, съответстваща на точката на максимална мощност (МРР). При използването й системата остава постоянно свързана към постояннотоковата мрежа дори и при много малка, или нулева консумация от DC мрежата, като изходното напрежение е ограничено до предварително зададените чрез оптимайзерите нива. Като цяло, системата е ефективна и с висока сигурност по отношение на контрола на напрежеThe advantages of the invention consist in the achieved possibility of the photovoltaic system to transmit the directly generated electricity to the DC network, working synchronously with the conventional power sources and thus replacing partially or completely conventional electricity with photovoltaic electricity. Synchronization of the operation of the security elements of the system with the operation of the photovoltaic field and the maintenance of an operating point corresponding to the point of maximum power (MPP) is achieved. When using it, the system remains permanently connected to the DC network even at very low or zero consumption of the DC network, and the output voltage is limited to the pre-set levels by the optimizers. Overall, the system is efficient and highly secure in terms of voltage control

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/17.06.2019 нието при експлоатацията. Освен това е постигната и възможността, настоящото техническо решение да бъде приложено и за реконструкция на съществуващи фотоволтаични полета чрез свързване към техните фотоволтаични структури на оптимайзерите, съгласно изобретението.Descriptions of issued patents for inventions № 06.1 / 17.06.2019 during operation. In addition, it is possible for the present technical solution to be applied to the reconstruction of existing photovoltaic fields by connecting to their photovoltaic structures the optimizers according to the invention.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Фигура 1 представлява принципна блок-схема на фотоволтаична система за генериране и подаване на електрическа енергия към постояннотокова мрежа и консуматорите в нея;Figure 1 is a schematic block diagram of a photovoltaic system for generating and supplying electricity to the DC network and consumers in it;

фигура 2 - блок-схема, съгласно един вариант на изпълнение на фотоволтаичната система; фигура 3 - блок-схема, съгласно втори вариант на изпълнение на фотоволтаична система; фигура 4 - блок-схема, съгласно друг вариант на изпълнение на фотоволтаична система;Figure 2 is a block diagram according to an embodiment of the photovoltaic system; Figure 3 is a block diagram according to a second embodiment of a photovoltaic system; Figure 4 is a block diagram according to another embodiment of a photovoltaic system;

фигура 5 - блок-схема, съгласно следващ вариант на изпълнение на фотоволтаична система за генериране и подаване на електрическа енергия към постояннотокова мрежа и консуматорите в нея.Figure 5 is a block diagram according to a further embodiment of a photovoltaic system for generating and supplying electricity to the DC network and the consumers therein.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention

Фотоволтаичната система за генериране и подаване на електрическа енергия към постояннотокова мрежа и консуматорите в нея е илюстрирана на приложените фигури чрез приложението й за захранване на постояннотоковата мрежа 1 на градски транспорт и по-специално, на тролейбусна мрежа. Фотоволтаичната система включва фотоволтаично поле (PV-поле) 2, съставено от поне една фотоволтаична структура 3. Фотоволтаичната структура 3 е единичен фотоволтаичен панел (PV-панел) 4 или група PV-панели 5. Тъй като постояннотоковата (DC) мрежа 1 за тролейбусния транспорт изисква, обичайно, номинално напрежение от 660 V, на фигурите не е показано използване на фотоволтаично поле 2, съставено само от една фотоволтаична структура 3, която представлява един PV-панел 4, въпреки че за други видове мрежи за консуматори, работещи с по-ниски напрежения, това е възможно. Предвидено е настоящото техническо решение да се използва за постояннотокови мрежи 1 с напрежение от 25 V до 1000 V. Разположението на фотоволтаичните структури 3, било то единични фотоволтаични панели 4 или групи от фотоволтаични панели 5, както и на комбинация от тях, както е показано на Фиг. 1, е определено в зависимост от конкретните условия - климатични, географски, енергийни, монтажни и др., като композирането и конкретното разположение на фотоволтаичните структури 3 във фотоволтаичното поле 2 не е предмет на настоящото техническо решение. Всяко фотоволтаично поле 2 има съответно напрежение. При това всяка от включените във фотоволтаичното поле 2 фотоволтаични структури 3 има положителен извод 7 и отрицателен извод 8. Фотоволтаичното поле 2 има и обща положителна изходяща линия 9 и обща отрицателна изходяща линия 10. Предвиден е и защитен блок 11, включващ съответна стандартна защитно-комутационна апаратура с прекъсвачи и предпазители. Съгласно изобретението, и както е показано на всяка от приложените фигури, към изводите на всяка от фотоволтаичните структури 3 е включен оптимайзер 12.The photovoltaic system for generating and supplying electricity to the direct current network and the consumers in it is illustrated in the attached figures by its application for powering the direct current network 1 of public transport and in particular, of a trolleybus network. The photovoltaic system includes a photovoltaic field (PV-field) 2 composed of at least one photovoltaic structure 3. The photovoltaic structure 3 is a single photovoltaic panel (PV-panel) 4 or a group of PV-panels 5. Since the direct current (DC) network 1 for the trolleybus transport requires, normally, a nominal voltage of 660 V, the figures do not show the use of a photovoltaic field 2 composed of only one photovoltaic structure 3, which is a PV-panel 4, although for other types of networks for consumers operating with more -low voltages, this is possible. It is envisaged that this technical solution will be used for DC networks 1 with a voltage of 25 V to 1000 V. The arrangement of the photovoltaic structures 3, whether single photovoltaic panels 4 or groups of photovoltaic panels 5, and a combination thereof, as shown in FIG. 1, is determined depending on the specific conditions - climatic, geographical, energy, installation, etc., as the composition and the specific location of the photovoltaic structures 3 in the photovoltaic field 2 is not subject to this technical solution. Each photovoltaic field 2 has a corresponding voltage. In this case, each of the photovoltaic structures 3 included in the photovoltaic field 2 has a positive terminal 7 and a negative terminal 8. The photovoltaic field 2 also has a common positive output line 9 and a common negative output line 10. A protection unit 11 is provided, including a corresponding standard protection switching equipment with circuit breakers and fuses. According to the invention, and as shown in each of the attached figures, an optimizer 12 is connected to the terminals of each of the photovoltaic structures 3.

Изводите на всеки от оптимайзерите 12 са свързани помежду си и/или в съответната конфигурация на фотоволтаичното поле по известен начин към общата положителна изходяща линия 9 и общата отрицателна изходяща линия 10. Конкретното свързване зависи от конфигурацията на всяко фотоволтаично поле 2 и конкретното разположение и вид на фотоволтаичните структури 3, включени в него. При това, предвиденият защитен блок lie монтиран към поне една от общите изходящи линии 9, 10, които, от своя страна, са свързани с постояннотоковата мрежа 1. На фигурите защитният блок lie показан включен към общата положителна изходяща линия 9, но разположението му зависи от приложението на настоящото техническо решение към конкретна мрежа и консуматори. Възможно е защитният блок 11 да е разположен и към двете общи изходящи линии 9,10, както и само към общата отрицателна изходяща линия 10. Броят и конкретният избор по отношение на защитния блок 11 зависи от приложението на решението към конкретна постояннотокова мрежа.The terminals of each of the optimizers 12 are interconnected and / or in the corresponding photovoltaic configuration in a known manner to the common positive output line 9 and the common negative output line 10. The specific connection depends on the configuration of each photovoltaic field 2 and the specific location and type of the photovoltaic structures 3 included therein. In this case, the provided protection unit lie is mounted to at least one of the common output lines 9, 10, which, in turn, are connected to the DC network 1. In the figures, the protection unit lie is shown connected to the common positive output line 9, but its location depends from the application of this technical solution to a specific network and consumers. It is possible that the protection unit 11 is located to both common output lines 9,10, as well as only to the common negative output line 10. The number and the specific choice with respect to the protection unit 11 depends on the application of the solution to a specific DC network.

На показаната на фиг. 1 конфигурация на PV-полето е илюстрирано по-подробно свързването на изводите на оптимайзерите 12. За илюстриране на различните варианти, PV-полето е съставено от различни конфигурации на PV структурите и свързаните към тях оптимайзери. Един от изводите на всеки оптимайзер 12, който е самостоятелно свързан в клон от верига (стринг) и на първия от група от последователно свързани в клон от верига (стринг) оптимайзери е свързан с една от общите изходящиIn the figure shown in FIG. 1 configuration of the PV field illustrates in more detail the connection of the pins of the optimizers 12. To illustrate the different variants, the PV field is composed of different configurations of the PV structures and the associated optimizers. One of the pins of each optimizer 12, which is independently connected in a branch of a chain (string) and the first of a group of series-connected in a branch of a chain (string) optimizers is connected to one of the common output

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/17.06.2019 линии - в случая отрицателната изходяща линия 10, а вторият извод на всеки оптимайзер 12, който е самостоятелно свързан в клона от верига и на последния от групата от последователно свързани в клон от верига (стринг) оптимайзери 12 е свързан с другата от общите изходящи линии - означена на фиг. 1 като положителна изходяща линия 9.Descriptions of granted patents for inventions № 06.1 / 17.06.2019 lines - in this case the negative output line 10, and the second pin of each optimizer 12, which is independently connected in the branch of the chain and the last of the group of series connected in series in the branch ( string) optimizers 12 is connected to the other of the common output lines - indicated in fig. 1 as a positive output line 9.

Всеки оптимайзер 12 е избран от вид, позволяващ настройка, като при съвместно действие във фотоволтаичното поле 2 следва да са удовлетворени едновременно следните условия за цялостната конфигурирана система с оптимайзери:Each optimizer 12 is selected from a type that allows adjustment, and in case of joint action in the photovoltaic field 2 the following conditions for the complete configured system with optimizers should be satisfied at the same time:

- Номиналното напрежение на PV-полето да е равно на работното напрежение на DC-мрежата и консуматорите в нея.- The nominal voltage of the PV field must be equal to the operating voltage of the DC network and the consumers in it.

- Входното напрежение към всеки оптимайзер, което се определя от напрежението в точката на максимална мощност (МРР) на PV-структурите 3, свързани към него, да бъде по-високо от изходното напрежение на съответния оптимайзер 12. Изходното напрежение на всеки оптимайзер 12 е съответстващо на номиналното напрежение в DC-мрежата и начина на композиране на групата оптимайзери 12.- The input voltage to each optimizer, which is determined by the voltage at the point of maximum power (MPP) of the PV-structures 3 connected to it, to be higher than the output voltage of the respective optimizer 12. The output voltage of each optimizer 12 is corresponding to the nominal voltage in the DC network and the way of composing the group of optimizers 12.

- Входното напрежение към всеки оптимайзер 12, определено от напрежението в точката на максимална мощност (МРР) на РМ-структурите 3, свързани към него, следва да бъде по-ниско от максималното изходно напрежение на съответния оптимайзер.- The input voltage to each optimizer 12, determined by the voltage at the point of maximum power (MPP) of the PM-structures 3 connected to it, should be lower than the maximum output voltage of the respective optimizer.

- Максималното изходно напрежение на PV-полето, което се определя от максималните изходни напрежения на групата оптимайзери 12, в зависимост от начина по който са композирани - да е по-малко от максимално допустимото работно напрежение на DC мрежата и консуматорите в нея.- The maximum output voltage of the PV field, which is determined by the maximum output voltages of the group of optimizers 12, depending on the way they are composed - to be less than the maximum allowable operating voltage of the DC network and consumers in it.

Настоящото техническо решение може да бъде включено като допълващо захранване към постояннотоковата мрежа 1, захранвана чрез конвенционални токоизправители 14 от променливо-токова електрическа мрежа. Това е показано добре на приложените фигури.The present technical solution can be included as a supplementary power supply to the direct current network 1, supplied by conventional rectifiers 14 from an alternating current electric network. This is well shown in the attached figures.

С други думи, изборът на оптимайзер е определен така, че входното напрежение към всеки оптимайзер да е съответно на напрежението в точката на максимална мощност на (МРР) на PV-структурата, към която е свързан, а изходното напрежение на оптимайзера или група от последователно свързани оптимайзери, да е съответно на номиналното напрежение на DC мрежата. При това, изходното напрежение от оптимайзера или групата от последователно свързани оптимайзери, да е лимитирано при всички режими на работа до стойност, която не надхвърля максимално допустимото работно напрежение за DC мрежата и консуматорите в нея. Самото ограничение на изходното напрежение при всички режими на работа е функция на оптимайзерите.In other words, the choice of optimizer is determined so that the input voltage to each optimizer corresponds to the voltage at the point of maximum power (MPP) of the PV-structure to which it is connected, and the output voltage of the optimizer or group of series connected optimizers, to correspond to the nominal voltage of the DC network. In this case, the output voltage from the optimizer or the group of series-connected optimizers should be limited in all operating modes to a value that does not exceed the maximum allowable operating voltage for the DC network and the consumers in it. The limitation of the output voltage in all operating modes is a function of the optimizers.

Във връзка с удовлетворяване на горните изисквания е предвидено да се използват предлаганите на пазара фотоволтаични оптимайзери, които задължително трябва да имат възможност за лимитиране на изходното напрежение. Настроената лимитираща стойност (стойност на лимитиране) следва да изпълнява посоченото по-горе условие по отношение на максималното изходно напрежение на оптимайзера и на цялото PV-поле, независимо от това дали тази лимитираща стойност е осигурена при производството на оптимайзерите или представлява фабрично настроени лимити на напрежението от производителя, или се постига чрез въвеждане на съответната настройка за лимитиране изходното напрежение от ползвателя, чрез предоставени от производителя права и достъп до настройките на оптимайзерите.In connection with the satisfaction of the above requirements, it is planned to use the photovoltaic optimizers available on the market, which must be able to limit the output voltage. The set limit value (limit value) should fulfill the above condition with respect to the maximum output voltage of the optimizer and the entire PV field, regardless of whether this limit value is provided in the production of the optimizers or represents factory-set limits of voltage from the manufacturer, or is achieved by entering the appropriate setting to limit the output voltage from the user, through rights granted by the manufacturer and access to the settings of the optimizers.

По-подробно, настоящата фотоволтаична система за генериране и подаване на електрическа енергия към постояннотокова мрежа и консуматорите в нея е илюстрирана чрез няколко варианта на изпълнение, един от които е показан на фиг. 2, където PV-полето включва една фотоволтаична структура 3, между положителния извод 7 и отрицателния извод 8 на която е включен един оптимайзер 12. Изходите от този оптимайзер 12 са общата положителната изходяща линия 9 и общата отрицателна изходяща линия 10 на PV-полето 2.In more detail, the present photovoltaic system for generating and supplying electricity to the direct current network and the consumers in it is illustrated by several embodiments, one of which is shown in FIG. 2, wherein the PV field includes a photovoltaic structure 3, between the positive terminal 7 and the negative terminal 8 of which an optimizer 12 is connected. The outputs of this optimizer 12 are the common positive output line 9 and the common negative output line 10 of the PV field 2. .

В случая фотоволтаичната структура 3 представлява група 5 от единични PV-панели, свързани последователно. Оптимайзерът 12 е избран/настроен така, че да удовлетворява посочените по-горе условия, по-точно - PV-полето 2 да има номинално напрежение, съответно на работното напрежение на постояннотоковата мрежа 1 и максимално изходно напрежение на PV-полето да е по-малко от максимално допустимото напрежение на постояннотоковата мрежа 1. При това, оптимайзерът 12 има входно напрежение, съответно на напрежението в точката на максимална мощност на (МРР) на PV-CTpyiciypara 3In this case, the photovoltaic structure 3 represents a group 5 of single PV panels connected in series. The optimizer 12 is selected / adjusted to meet the above conditions, namely - PV-field 2 has a nominal voltage, respectively, the operating voltage of the DC network 1 and the maximum output voltage of the PV-field is more less than the maximum allowable DC voltage 1. In this case, the optimizer 12 has an input voltage corresponding to the voltage at the point of maximum power (MPP) of PV-CTpyiciypara 3

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/17.06.2019 и изходно напрежение, съответно на номиналното напрежение на DC мрежата. При това, изходното напрежение от оптимайзера 12 е ограничено при всички режими на работа до стойност, която не надхвърля максимално допустимото работно напрежение за DC мрежата и консуматорите в нея. Тъй като примерът се отнася до дозахранване на постояннотоковата мрежа 1 на градски транспорт, в конкретния случай - тролейбусен, на фигурата е показан и токоизправителя 14, през който се подава основната част от необходимото захранване на постояннотоковата мрежа 1. В показания на фиг. 2 пример, защитният блок lie свързан към общата положителна изходяща линия 9.Descriptions of issued patents for inventions № 06.1 / 17.06.2019 and output voltage, respectively of the nominal voltage of the DC network. In this case, the output voltage from the optimizer 12 is limited in all operating modes to a value that does not exceed the maximum allowable operating voltage for the DC network and consumers in it. Since the example refers to the additional power supply of the direct current network 1 of public transport, in this case - trolleybus, the figure also shows the rectifier 14, through which the main part of the required power supply of the direct current network 1 is supplied. 2 example, the protection unit lie is connected to the common positive output line 9.

Аналогично, фотоволтаичната структура 3 може да бъде и само един фотоволтаичен панел 4, между положителния извод 7 и отрицателни извод 8 на който е включен един оптимайзер 12, изходите от който са общата положителната изходяща линия 9 и общата отрицателна изходяща линия 10. Този вариант не е показан отделно на фигурите, тъй като всички връзки и условия за избор са идентични с вече пояснените за примера от фиг. 2.Similarly, the photovoltaic structure 3 can be only one photovoltaic panel 4, between the positive terminal 7 and the negative terminal 8 to which an optimizer 12 is connected, the outputs of which are the common positive output line 9 and the common negative output line 10. This variant does not is shown separately in the figures, as all the connections and selection conditions are identical to those already explained for the example of fig. 2.

На фиг. 3 е показан вариант на фотоволтаичната система, съгласно изобретението, при който PVполето 2 е образувано от няколко, поне две, фотоволтаични структури 3, всяка от които представлява единичен, така наречен „смарт фотоволтаичен панел“ 6. Те са свързани последователно и имат вградени оптимайзери 12, отговарящи на посочените по-горе условия. Това изпълнение е еквивалентно на изпълнение на PV-поле от няколко, фотоволтаични структури 3, всяка от които представлява единичен PV-панел 4, към изводите на всеки от които има оптимайзер 12, както е показано на фиг. 4. И в двете еквивалентни изпълнения, оптимайзерите 12, вградени или допълнително монтирани, са свързани последователно един с друг и образуват група от последователно свързани оптимайзери, при което по един от изводите на първия и на последния от тази група оптимайзери 12 са общата положителна изходяща линия 9 и общата отрицателна изходяща линия 10.In FIG. 3 shows a variant of the photovoltaic system according to the invention, in which the PV field 2 is formed by several, at least two, photovoltaic structures 3, each of which represents a single, so-called "smart photovoltaic panel" 6. They are connected in series and have built-in optimizers 12, meeting the above conditions. This embodiment is equivalent to performing a PV field of several photovoltaic structures 3, each of which is a single PV panel 4, to the terminals of each of which has an optimizer 12, as shown in FIG. 4. In both equivalent embodiments, the optimizers 12, built-in or retrofitted, are connected in series with each other and form a group of series-connected optimizers, wherein one of the pins of the first and last of this group of optimizers 12 is the total positive output line 9 and the common negative output line 10.

На фиг. 5 е показано примерно изпълнение на PV-полето 2, образувано от няколко фотоволтаични структури 3, представляващи група 5 от единични PV-панели 4. Групите могат да включват еднакъв или различен брой PV-панели 4, например, аналогично на показаната фотоволтаична структура на фиг. 2, като броят на включените в групата 5 PV-панели 4 е определен от условията, в които е поставена групата 5. В този случай, между положителния извод 7 и отрицателния извод 8 на всяка фотоволтаична структура 3 е включен един оптимайзер 12, като е образувана група от последователно свързани оптимайзери 12, при което по един от изводите на първия и на последния от тази група оптимайзери 12 са общата положителна изходяща линия 9 и общата отрицателна изходяща линия 10. Оптимайзерите 12 са избрани така, че да удовлетворяват едновременно посочените по-горе условия.In FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the PV field 2 formed by several photovoltaic structures 3 representing a group 5 of single PV panels 4. The groups may include the same or different number of PV panels 4, for example, analogously to the photovoltaic structure shown in FIG. . 2, the number of PV panels 4 included in the group 5 being determined by the conditions in which the group 5 is placed. In this case, between the positive terminal 7 and the negative terminal 8 of each photovoltaic structure 3, an optimizer 12 is connected, formed a group of series-connected optimizers 12, wherein one of the pins of the first and last of this group of optimizers 12 is the common positive output line 9 and the common negative output line 10. The optimizers 12 are selected to satisfy both the above. above conditions.

Приложение (използване) на изобретениетоApplication of the invention

При използване на изобретението, постъпващата върху PV-панелите слънчева радиация се преобразува в постояннотокова (DC) електрическа енергия. Тази енергия, от изводите на всяка фотоволтаична структура 3, образувана от PV-панелите 4, постъпва на входа на съответния оптимайзер 12. Той преобразува електрическите величини от PV-панелите 4 - напрежение и ток (U, I), които се явяват входни величини за оптимайзера 12, при което на неговия изход се получават електрически величини в друго съотношение (U‘, Г), но запазвайки мощността (произведението на U и I), като изключим загубите в самия оптимайзер 12. Това се дължи на условията, въз основа на които е направен избора на оптимайзера, или групата оптимайзери. Общите изходни линии 9 и 10 на оптимайзера 12 или, съответно, на групата оптимайзери 12 се свързват директно към DC мрежата, разбира се през поне единия защитен блок 11 в зависимост от конкретната необходимост.Using the invention, the solar radiation applied to the PV panels is converted into direct current (DC) electricity. This energy, from the terminals of each photovoltaic structure 3, formed by the PV-panels 4, enters the input of the respective optimizer 12. It converts the electrical quantities from the PV-panels 4 - voltage and current (U, I), which are input quantities for the optimizer 12, where at its output electrical quantities are obtained in a different ratio (U ', D), but preserving the power (the product of U and I), excluding the losses in the optimizer 12. This is due to the conditions based on on which the optimizer or group of optimizers is selected. The common output lines 9 and 10 of the optimizer 12 or, respectively, of the group of optimizers 12 are connected directly to the DC network, of course through at least one protection unit 11 depending on the specific need.

По принцип, напрежението в точката на максимална мощност (МРР) на панелите е променливо в зависимост от температура, радиация, засенчване, стареене и деградация на панела и т.н., а и напрежението на мрежата също се променя в зависимост от натоварване, толеранс и вариране на напрежението в електропреносната и електроразпределителната мрежа, рекуперация на превозните средства захранващи се от DC мрежата и др. Чрез определената с условията за избор на оптимайзери функция, всеки оптимайзер държи напрежението на PV-панелите и/или на фотоволтаичните структури 3 точно в точката на максимална мощност (МРР), независимо от напрежението в мрежата. Така оптимайзерътIn general, the voltage at the maximum power point (MPP) of the panels is variable depending on the temperature, radiation, shading, aging and degradation of the panel, etc., and the mains voltage also varies depending on the load, tolerance and voltage variation in the electricity transmission and distribution network, recuperation of vehicles powered by the DC network, etc. Through the function determined by the optimizer selection conditions, each optimizer keeps the voltage of the PV panels and / or the photovoltaic structures 3 exactly at the point of maximum power (MPP), regardless of the mains voltage. So the optimizer

Описания на издадени патенти за изобретения № 06.1/17.06.2019 или групата от оптимайзери осигурява работа на панелите от всяка фотоволтаична структура в оптимална работна точка, въпреки че напрежението на панелите и напрежението на мрежата не са еднакви.Descriptions of issued patents for inventions № 06.1 / 17.06.2019 or the group of optimizers ensures operation of the panels of each photovoltaic structure at the optimal operating point, although the voltage of the panels and the mains voltage are not the same.

При намаляване или, в граничния случай, отпадане на консумацията и/или при аварийни режими на изключване на консуматорите, фотоволтаичните панели от PV-структурите 3 на фотоволтаичното поле 2 остават на празен ход и напрежението на извода им се повишава. В този момент, всеки оптимайзер 12 лимитира напрежението, като независимо от по-високата стойност на напрежението от PV структурата, което се явява входно напрежение за оптимайзера, той има изходно напрежение за подаване към постояннотоковата мрежа, което е не по-високо от предварително зададената стойност при избора и конфигурирането на оптимайзера. Тази лимитирана стойност на изходното напрежение не се променя, независимо от по-високото входно напрежение от панелите. С това автоматично е решен проблема за регулиране на напрежението, като не се допуска внасяне на по-високо напрежение от PV полето в постояннотоковата мрежа и цялата система работи с висока сигурност. Фотоволтаичната система, съгласно изобретението, отдава генерираната електроенергия DC мрежата като работи синхронно с конвенционалните захранващи източници и по този начин замества частично или изцяло конвенционална електрическа енергия с фотоволтаична електрическа енергия.In case of reduction or, in the extreme case, loss of consumption and / or in emergency modes of switching off the consumers, the photovoltaic panels from the PV-structures 3 of the photovoltaic field 2 remain idle and their output voltage increases. At this point, each optimizer 12 limits the voltage, and despite the higher value of the voltage from the PV structure, which is the input voltage for the optimizer, it has an output voltage for supply to the DC network, which is not higher than the preset value when selecting and configuring the optimizer. This limit value of the output voltage does not change, regardless of the higher input voltage from the panels. This automatically solves the problem of voltage regulation, preventing the introduction of a higher voltage than the PV field in the DC network and the whole system works with high security. The photovoltaic system according to the invention transmits the generated electricity to the DC network by operating synchronously with conventional power sources and thus replacing partially or completely conventional electricity with photovoltaic electricity.

Claims (8)

Патентни претенцииPatent claims 1. Фотоволтаична система за генериране и подаване на електрическа енергия към постоянното кова мрежа и консуматорите в нея, включваща фотоволтаично поле, съставено от поне една фотоволтаична структура, представляваща единичен фотоволтаичен панел или група фотоволтаични панели, което фотоволтаично поле има съответно напрежение, а всяка от фотоволтаичните структури има положителен извод и отрицателен извод, като са налице и обща положителна изходяща линия и обща отрицателна изходяща линия, както и защитен блок със защитно-комутационна апаратура, характеризираща се с това, че към изводите (7, 8) на всяка от фотоволтаичните структури (3), образуващи фотоволтаичното поле (2) е включен оптимайзер (12), чиито изводи са свързани помежду си и/или в съответната конфигурация на фотоволтаичното поле по известен начин към общата положителна изходяща линия (9) и общата отрицателна изходяща линия (10), при което защитният блок (11) е монтиран към поне една от общите изходящи линии (9,10), които са свързани с постояннотоковата мрежа (1), а всеки оптимайзер (12) е настроен така, че фотоволтаичното поле има максимално изходно напрежение по-малко от максимално допустимото напрежение на постояннотоковата мрежа (1).A photovoltaic system for generating and supplying electricity to the permanent forging network and consumers therein, comprising a photovoltaic field composed of at least one photovoltaic structure, representing a single photovoltaic panel or group of photovoltaic panels, which photovoltaic field has a corresponding voltage, and each of the photovoltaic structures have a positive terminal and a negative terminal, and there is a common positive output line and a common negative output line, as well as a protective unit with protection-switching equipment, characterized in that the terminals (7, 8) of each of the photovoltaic structures (3) forming the photovoltaic field (2) include an optimizer (12), the terminals of which are connected to each other and / or in the corresponding configuration of the photovoltaic field in a known manner to the common positive output line (9) and the common negative output line. 10), wherein the protection unit (11) is mounted to at least one of the common output lines (9,10), which are all connected to the DC network (1), and each optimizer (12) is set so that the photovoltaic field has a maximum output voltage less than the maximum allowable voltage of the DC network (1). 2. Фотоволтаична система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че фотоволтаичното поле (2) е образувано от една фотоволтаична структура (3), като включеният между нейния положителен извод (7) и отрицателния извод (8) оптимайзер (12) е един, а изходите от него са общата положителна изходяща линия (9) и общата отрицателна изходяща линия (10).Photovoltaic system according to claim 1, characterized in that the photovoltaic field (2) is formed by a photovoltaic structure (3), the optimizer (12) connected between its positive terminal (7) and the negative terminal (8) being one , and its outputs are the common positive output line (9) and the common negative output line (10). 3. Фотоволтаична система съгласно претенция 2, характеризираща се с това, че фотоволтаичната структура (3) представлява група (5) от единични фотоволтаични панели (4), свързани последователно.Photovoltaic system according to claim 2, characterized in that the photovoltaic structure (3) is a group (5) of single photovoltaic panels (4) connected in series. 4. Фотоволтаична система съгласно претенция 2, характеризираща се с това, че фотоволтаичната структура (3) представлява единичен фотоволтаичен панел (4).Photovoltaic system according to claim 2, characterized in that the photovoltaic structure (3) is a single photovoltaic panel (4). 5. Фотоволтаична система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че фотоволтаичното поле (2) включва поне две, свързани по известен начин фотоволтаични структури (3).Photovoltaic system according to claim 1, characterized in that the photovoltaic field (2) comprises at least two photovoltaic structures (3) connected in a known manner. 6. Фотоволтаична система съгласно претенция 5, характеризираща се с това, че поне една от фотоволтаичните структури (3) представлява единичен фотоволтаичен панел (4).Photovoltaic system according to claim 5, characterized in that at least one of the photovoltaic structures (3) is a single photovoltaic panel (4). 7. Фотоволтаична система съгласно претенция 5, характеризираща се с това, че поне една от фотоволтаичните структури (3) представлява „смарт фотоволтаичен панел“ (6), в който е вграден оптимайзерът (12).Photovoltaic system according to claim 5, characterized in that at least one of the photovoltaic structures (3) is a "smart photovoltaic panel" (6) in which the optimizer (12) is integrated. 8. Фотоволтаична система съгласно претенция 5, характеризираща се с това, че поне една от фотоволтаичните структури (3) представлява група (5) от единични фотоволтаични панели (4), при което от включените към техните изводи оптимайзери (12) е образувана група от последователно свързани оптимайзери (12).Photovoltaic system according to claim 5, characterized in that at least one of the photovoltaic structures (3) is a group (5) of single photovoltaic panels (4), wherein a group of optimizers (12) is formed from the optimizers connected to their terminals. series-connected optimizers (12).