GR1010185B - Smart integrated circuit for the control and management of energy generated by photovoltaic cells - Google Patents
Smart integrated circuit for the control and management of energy generated by photovoltaic cells Download PDFInfo
- Publication number
- GR1010185B GR1010185B GR20210100495A GR20210100495A GR1010185B GR 1010185 B GR1010185 B GR 1010185B GR 20210100495 A GR20210100495 A GR 20210100495A GR 20210100495 A GR20210100495 A GR 20210100495A GR 1010185 B GR1010185 B GR 1010185B
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- smart
- integrated circuit
- power
- control
- subsystem
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 claims 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 claims 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/30—Electrical components
- H02S40/32—Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION
Τίτλος Διπλώματος Ευρεσιτεχνίας: Έξυπνο ολοκληρωμένο κύκλωμα ελέγχου και διαχείρισης ενέργειας φωτοβολταΐκών στοιχείων Patent Title: Intelligent Integrated Circuit for Control and Power Management of Photovoltaic Cells
Πεδίο εφαρμογής Field of application
Η εφεύρεση αναφέρεται σε ολοκληρωμένο κύκλωμα το οποίο διασυνδέεται με ένα συμβατικό φωτοβολταϊκό (Φ/Β) στοιχείο για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. The invention refers to an integrated circuit which interfaces with a conventional photovoltaic (PV) element for the conversion of solar energy into electrical energy.
Η παρούσα εφεύρεση αφορά μία συσκευή που έχει ως βασικό στόχο να μετατρέψει τα συμβατικά Φ/Β στοιχεία σε έξυπνες ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες (Έξυπνα Φ/Β Στοιχεία, Σχήμα 1). Τα πλεονεκτήματα της παρούσας εφεύρεσης είναι η μεγιστοποίηση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από το Φ/Β στοιχείο, η ανίχνευση βλαβών, καθώς και ο απομακρυσμένος (μέσω διαδικτύου) έλεγχος και επιτήρηση της λειτουργίας του Έξυπνου Φωτοβολταϊκού Στοιχείου. Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται η δομή του έξυπνου ολοκληρωμένου κυκλώματος ελέγχου της παρούσας εφεύρεσης και της διασύνδεσής του με το Φ/Β στοιχείο. Σύμφωνα με το διάγραμμα, το έξυπνο ολοκληρωμένο κύκλωμα της παρούσας εφεύρεσης είναι ένας πλήρες σύστημα ελέγχου και διαχείρισης της ηλεκτροπαραγωγής του Φ/Β στοιχείου, χαρακτηρίζεται δε από αυτονομία στη λειτουργία του. The present invention concerns a device whose main objective is to convert conventional PV elements into smart power generation units (Smart PV Elements, Figure 1). The advantages of the present invention are the maximization of the generated electricity produced by the PV element, the detection of faults, as well as the remote (via the Internet) control and monitoring of the operation of the Smart Photovoltaic Element. Figure 1 shows the structure of the intelligent integrated control circuit of the present invention and its interconnection with the PV element. According to the diagram, the intelligent integrated circuit of the present invention is a complete control and management system of the power generation of the PV element, and is characterized by autonomy in its operation.
Το βασικό χαρακτηριστικό του έξυπνου ολοκληρωμένου κυκλώματος ελέγχου της παρούσας εφεύρεσης είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί από όλους τους κατασκευαστές συμβατικών Φ/Β στοιχείων και σε συνδυασμό με οποιαδήποτε τεχνολογία κατασκευής Φ/Β στοιχείων (πχ. multicrystalline, poly-crystalline, thin-film κλπ.). The main feature of the smart integrated control circuit of the present invention is that it can be used by all manufacturers of conventional PV elements and in combination with any PV element manufacturing technology (e.g. multicrystalline, poly-crystalline, thin-film etc. ).
Η ενσωμάτωση του έξυπνου ολοκληρωμένου κυκλώματος ελέγχου της παρούσας εφεύρεσης στα Φ/Β στοιχεία μπορεί να προσφέρει τις παρακάτω λειτουργίες: The integration of the intelligent control integrated circuit of the present invention in the PV elements can provide the following functions:
1. Μετατροπή της παραγόμενης τάσης του Φ/Β στοιχείου, ώστε να προσαρμόζεται στις ανάγκες τόσο της συνολικής Φ/Β εγκατάστασης, όσο και στις τεχνικές προδιαγραφές στο σημείο σύνδεσης με το (αυτόνομο) φορτίο ή το ηλεκτρικό δίκτυο. Επομένως, δύναται να παράγει τόσο συνεχή (DC) τάση, όσο και εναλλασσόμενη (AC) τάση κατάλληλης (μέσης/ενεργού) τιμής, συχνότητας, αρμονικής παραμόρφωσης κλπ. 1. Conversion of the generated voltage of the PV element, so that it adapts to the needs of both the overall PV installation and the technical specifications at the point of connection to the (autonomous) load or the electrical network. Therefore, it can produce both direct (DC) voltage and alternating (AC) voltage of appropriate (average/active) value, frequency, harmonic distortion, etc.
2. Αδιάλειπτη μεγιστοποίηση της ισχύος που παράγεται από το Φ/Β στοιχείο υπό τις διαρκώς μεταβαλλόμενες συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας και θερμοκρασίας περιβάλλοντος. 2. Continuous maximization of the power produced by the PV cell under the constantly changing conditions of solar radiation and ambient temperature.
3. Έξυπνη ενεργειακή διαχείριση, με στόχο τον έλεγχο και την προσαρμογή της παραγωγής ισχύος στις χρονικά μεταβαλλόμενες απαιτήσεις του ηλεκτρικού φορτίου (πχ. μπαταρίες, ηλεκτρικό δίκτυο κλπ.), ή σε προκαθορισμένη τιμή (πχ. σε εφαρμογές Smart Grids) η οποία καθορίζεται από τον χρήστη της Φ/Β εγκατάστασης μέσω της διεπαφής χρήστη. Επίσης, διασφαλίζει τη δυνατότητα σύνδεσης πολλαπλών Έξυπνων Φ/Β Στοιχείων σε σειρά ή/και παράλληλα, σύμφωνα με τις τεχνικές απαιτήσεις του Φ/Β πλαισίου ή συστοιχίας όπου αυτά τα Έξυπνα Φ/Β Στοιχεία ενσωματώνονται σε κάθε εφαρμογή, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται εξισορρόπηση παραγωγής-κατανάλωσης ηλεκτρικής ισχύος, καθώς και να διασφαλίζεται η ποιότητα της ισχύος που παρέχεται στο τροφοδοτούμενο ηλεκτρικό φορτίο. 3. Intelligent energy management, with the aim of controlling and adapting power production to the time-varying requirements of the electrical load (e.g. batteries, electrical network, etc.), or to a predetermined value (e.g. in Smart Grids applications) which is determined by the user of the PV installation via the user interface. It also ensures the ability to connect multiple Smart PV Elements in series and/or parallel, according to the technical requirements of the PV frame or array where these Smart PV Elements are integrated in each application, so as to achieve production balancing -electric power consumption, as well as to ensure the quality of the power supplied to the supplied electrical load.
4. Αυτόματη ανίχνευση και εντοπισμό βλαβών (fault detection και fault localization) στα επιμέρους Έξυπνα Φ/Β Στοιχεία μίας Φ/Β συστοιχίας. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα απομακρυσμένης (μέσω του διαδικτύου / Internet) συλλογής της πληροφορίας για τη σωστή ή όχι λειτουργία κάθε Έξυπνου Φ/Β Στοιχείου της Φ/Β διάταξης μέσω της διεπαφής χρήστη. 4. Automatic detection and fault localization (fault detection and fault localization) in the individual Smart PV Elements of a PV array. The user has the ability to remotely (via the Internet) collect the information about the correct or incorrect operation of each Smart PV Element of the PV array through the user interface.
Περίγραφή του προβλήματος Description of the problem
Η συνολική ισχύς των Φωτοβολταΐκών (Φ/Β) συστημάτων σε όλο τον κόσμο αυξήθηκε την τελευταία δεκαετία κατά περισσότερο από 45 φορές. Ένα συμβατικό Φ/Β σύστημα υλοποιείται συνδέοντας ηλεκτρικά σε σειρά και παράλληλα πολλαπλά Φ/Β στοιχεία, σχηματίζοντας ιεραρχικά Φ/Β στοιχειοσειρές (strings), Φ/Β πλαίσια (πάνελς) καί Φ/Β συστοιχίες, αντίστοιχα. Ένας ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος DC-DC ή DC-AC χρησιμοποιείται στη συνέχεια, ώστε να μεταφερθεί η ισχύς εξόδου της Φ/Β συστοιχίας στο τροφοδοτούμενο ηλεκτρικό φορτίο (πχ. συστοιχία συσσωρευτών) ή στο ηλεκτρικό δίκτυο, αντίστοιχα. Σήμερα, η διαχείριση ενέργειας των Φ/Β συστημάτων γίνεται είτε κεντρικά σε συστοιχίες Φ/Β πάνελς, είτε σε επίπεδο ομάδων Φ/Β στοιχείων (solar cells σε πάνελς ή στοιχειοσειρές/strings) με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση της παραγόμενης ενέργειας (πχ. έως 6.4% σε μεγάλα Φ/Β πάρκα, της τάξης του 10 % σε Φ/Β συστήματα εγκατεστημένα σε κτήρια κλπ.). Αυτά τα μεγέθη απωλειών ενέργειας αυξάνονται περαιτέρω ανάλογα με την τοπογραφία και τη θέση της κάθε Φ/Β εγκατάστασης. Επίσης, με τη σημερινή τεχνολογία, οι βλάβες ενός Φ/Β συστήματος ανιχνεύονται μόνο εφόσον παρατηρηθεί σημαντική μείωση της παραγόμενης ενέργειας, οδηγώντας σε μείωση έως και 58 % της ετήσιας παραγωγής ενέργειας. The total capacity of Photovoltaic (PV) systems worldwide has increased in the last decade by more than 45 times. A conventional PV system is implemented by electrically connecting multiple PV elements in series and parallel, forming hierarchical PV strings, PV panels and PV arrays, respectively. An electronic DC-DC or DC-AC power converter is then used to transfer the output power of the PV array to the powered electrical load (eg battery bank) or to the grid, respectively. Today, the energy management of PV systems is done either centrally in arrays of PV panels, or at the level of groups of PV elements (solar cells in panels or strings) resulting in a significant reduction of the energy produced (e.g. to 6.4% in large PV parks, around 10% in PV systems installed in buildings etc.). These energy loss figures increase further depending on the topography and location of each PV installation. Also, with today's technology, failures of a PV system are only detected when a significant reduction in the energy produced is observed, leading to a reduction of up to 58% of the annual energy production.
Παράλληλα, έχει διαπιστωθεί ότι η διαχείριση ισχύος σε επίπεδο Φ/Β στοιχείου αυξάνει την ετήσια παραγωγή ενέργειας ενός Φ/Β συστήματος σε συνθήκες ανομοιόμορφης πρόσπτωσης ηλιακής ακτινοβολίας (πχ. λόγω μερικής σκίασης, επικάθισης ακαθαρσιών κλπ.) και ανομοιόμορφων ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των επιμέρους Φ/Β στοιχείων (συνθήκες που εμφανίζονται σε όλα τα Φ/Β συστήματα) κατά 6.8 % - 29.7 %. Όμως, αν και έχει διεθνώς αναγνωρισθεί η σημαντικότητα της υλοποίησης Φ/Β συστημάτων με δυνατότητα επεξεργασίας/διαχείρισης ισχύος σε επίπεδο Φ/Β στοιχείου, ολοκληρωμένα Φ/Β συστήματα με αυτή τη δυνατότητα δεν έχουν αναπτυχθεί σε ερευνητικό και βιομηχανικό επίπεδο. At the same time, it has been established that power management at the level of a PV element increases the annual energy production of a PV system in conditions of uneven incidence of solar radiation (e.g. due to partial shading, deposition of impurities, etc.) and uneven electrical characteristics of the individual PVs B elements (conditions that appear in all PV systems) by 6.8 % - 29.7 %. However, although the importance of implementing PV systems with power processing/management capability at the PV element level has been internationally recognized, integrated PV systems with this capability have not been developed at a research and industrial level.
Η παραπάνω ανάλυση αναδεικνύει την ανάγκη για την ανάπτυξη των Έξυπνων Φ/Β Στοιχείων, καθένα από τα οποία αποτελείται από ένα συμβατικό Φ/Β στοιχείο το οποίο συνδέεται σε ένα έξυπνο ολοκληρωμένο κύκλωμα της παρούσας εφεύρεσης, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη μεγιστοποίηση και τη διαχείριση της ενέργειας που παράγεται από το Φ/Β στοιχείο, την ανίχνευση βλαβών, καθώς και για τον απομακρυσμένο (μέσω του διαδικτύου / Internet) έλεγχο και επιτήρηση της λειτουργίας του Έξυπνου Φ/Β Στοιχείου. Το πλεονέκτημα της παρούσας εφεύρεσης έγκειται στο γεγονός ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με οποιαδήποτε τεχνολογία κατασκευής Φ/Β στοιχείων (πχ. multicrystalline, thin-film κλπ.), μετατρέποντάς τα σε Έξυπνα Φ/Β Στοιχεία, με τα εξής πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα συμβατικά Φ/Β συστήματα που χρησιμοποιούνται σήμερα: The above analysis highlights the need for the development of Smart PV Elements, each of which consists of a conventional PV element connected to an intelligent integrated circuit of the present invention, which is responsible for maximizing and managing of the energy produced by the PV element, fault detection, as well as for remote (via the Internet) control and monitoring of the operation of the Smart PV Element. The advantage of the present invention lies in the fact that it can be used in combination with any manufacturing technology of PV elements (e.g. multicrystalline, thin-film, etc.), turning them into Smart PV Elements, with the following advantages compared to the conventional PV systems used today:
- συνεχή παραγωγή της μέγιστης δυνατής ισχύος από το Φ/Β σύστημα, μειώνοντας έτσι το κόστος ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας των Φ/Β συστημάτων, που αποτελεί στόχο της διεθνούς βιομηχανίας, - βέλτιστη αξιοποίηση των διαθέσιμων επιφανειών εγκατάστασης Φ/Β συστημάτων, - continuous production of the maximum possible power from the PV system, thus reducing the cost per unit of produced energy of PV systems, which is the goal of the international industry, - optimal utilization of the available installation surfaces of PV systems,
- δεν απαιτείται η χρήση ξεχωριστού ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος (DC-DC ή DC-AC), μειώνοντας έτσι το κόστος του Φ/Β συστήματος και απλοποιώντας τη διαδικασία εγκατάστασης και συντήρησης του, - the use of a separate electronic power converter (DC-DC or DC-AC) is not required, thus reducing the cost of the PV system and simplifying its installation and maintenance process,
- μείωση του κόστους κατασκευής των Φ/Β πάνελς, καθώς η διαδικασία ταιριάσματος (matching) των επιμέρους Φ/Β στοιχείων που ενσωματώνονται στο ίδιο πάνελ δεν θα απαιτείται πλέον κατά την κατασκευή τους, - reducing the cost of manufacturing PV panels, as the matching process of the individual PV elements integrated into the same panel will no longer be required during their manufacture,
- μείωση στα κόστη εγκατάστασης και συντήρησης Φ/Β συστημάτων λόγω της ενσωμάτωσης λειτουργιών ανίχνευσης και εντοπισμού βλαβών (fault detection και fault localization), καθώς και μηχανισμών αντικλεπτικής προστασίας και προστασίας από ηλεκτροπληξία μέσα στο ολοκληρωμένο κύκλωμα (on-chip) των Έξυπνων Φ/Β Στοιχείων. - reduction in PV system installation and maintenance costs due to the integration of fault detection and fault localization functions, as well as anti-theft protection and electric shock protection mechanisms within the integrated circuit (on-chip) of Smart PV of elements.
Περιγραφή του έξυπνου ολοκληρωμένου κυκλώματος ελέγχου και διαχειρησης ενέργειας φωτοβολταικών στοιχείων Description of the intelligent integrated circuit for controlling and managing the power of photovoltaic cells
Όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 1, το έξυπνο ολοκληρωμένο κύκλωμα (1) της παρούσας εφεύρεσης συνδέεται ηλεκτρικά με ένα συμβατικό Φ/Β στοιχείο (2), συνθέτοντας ένα Έξυπνο Φ/Β Στοιχείο (3). Η δομή του έξυπνου ολοκληρωμένου κυκλώματος ελέγχου και διαχείρισης ενέργειας Φ/Β στοιχείων (1) της παρούσας εφεύρεσης απεικονίζεται στο Σχήμα 1 και αποτελείται από τις εξής βαθμίδες: As shown in Figure 1, the smart integrated circuit (1) of the present invention is electrically connected to a conventional PV cell (2), composing a Smart PV Cell (3). The structure of the intelligent integrated circuit for control and energy management of PV elements (1) of the present invention is illustrated in Figure 1 and consists of the following stages:
(α) Αναδιατασσόμενος ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος (4): (a) Reconfigurable electronic power converter (4):
Πρόκειται για έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα είτε Συνεχούς Τάσης σε Συνεχή Τάση (Σ.Τ/Σ.Τ.), είτε Συνεχούς Τάσης σε Εναλλασσόμενη Τάση (Σ.Τ./Ε.Τ.), οποιοσδήποτε τοπολογίας (π.χ. Η-Bridge, Switched Capacitor, Boost, Buck, SEPIC κλπ.) ή συνδυασμού τοπολογιών ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος. Σε λειτουργία Σ.Τ./Ε.Τ. μπορεί να λειτουργεί είτε αυτόνομα είτε σε διασύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο. Η επιλογή του ενός από τους δύο παραπάνω τρόπους λειτουργίας γίνεται από τον χρήστη, μέσω της διεπαφής επικοινωνίας. It is an electronic converter of either DC to DC (DC/DC), or DC to AC (DC/AC), any topology (e.g. H-Bridge , Switched Capacitor, Boost, Buck, SEPIC etc.) or a combination of topologies of electronic power converters. In S.T./E.T. mode it can work either autonomously or interconnected with the electrical network. The choice of one of the above two operating modes is made by the user, through the communication interface.
(β) Μονάδα ανίχνευσης του σημείου μεγίστης ισχύος (Maximum Power Point Tracking) (5): (b) Maximum Power Point Tracking Unit (5):
Είναι υπεύθυνη για την σε πραγματικό χρόνο μεγιστοποίηση της παραγωγής ισχύος του Φ/Β στοιχείου μέσω ελέγχου του αναδιατασσόμενου ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος (4) χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις αισθητήρα της τάσης (15) και αισθητήρα του ρεύματος (16) που παράγονται από το Φ/Β στοιχείο. It is responsible for real-time maximization of the power output of the PV cell by controlling the reconfigurable electronic power converter (4) using the voltage sensor (15) and current sensor (16) measurements produced by the PV cell .
(γ) Μονάδα ελέγχου μετατροπέα ισχύος (6): (c) Power converter control unit (6):
Χρησιμοποιείται για την παραγωγή σημάτων ελέγχου (οδήγησης) του μετατροπέα ισχύος (4) σύμφωνα με τεχνικές όπως Pulse Width Modulation (PWM), Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) κλπ. σύμφωνα με τα ηλεκτρικά σήματα αναφοράς που λαμβάνει από το υποσύστημα διαχείρισης ενέργειας (7). It is used to generate control (driving) signals of the power converter (4) according to techniques such as Pulse Width Modulation (PWM), Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) etc. according to the electrical reference signals it receives from the power management subsystem (7 ).
(δ) Υποσύστημα διαχείρισης ενέργειας (7): (d) Energy Management Subsystem (7):
Πραγματοποιεί τον έλεγχο και προσαρμογή της παραγωγής ισχύος του ολοκληρωμένου κυκλώματος στις απαιτήσεις του ηλεκτρικού φορτίου που τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια (πχ. μπαταρίες, ηλεκτρικό δίκτυο κλπ.) ή σε προκαθορισμένη επιθυμητή τιμή (πχ. σε εφαρμογές Smart Grids), σύμφωνα με τα ηλεκτρικά σήματα αναφοράς που λαμβάνει από τη μονάδα ανίχνευσης του σημείου μέγιστης ισχύος (Maximum Power Point Tracking) (5). To υποσύστημα διαχείρισης ενέργειας διασφαλίζει την ποιότητα της ισχύος που παρέχεται στο τροφοδοτούμενο ηλεκτρικό φορτίο. Επίσης, παρέχει τη δυνατότητα ηλεκτρικής διασύνδεσης πολλαπλών Έξυπνων Φ/Β Στοιχείων σε σειρά ή/και παράλληλα για τη σύνθεση Έξυπνων Φ/Β συστοιχιών (8), όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, με σκοπό την εξισορρόπηση παραγωγής-κατανάλωσης ηλεκτρικής ισχύος μέσω της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε ηλεκτρικό φορτίο συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος ή στο ηλεκτρικό δίκτυο (14). It controls and adjusts the power output of the integrated circuit to the requirements of the electrical load supplied with electricity (e.g. batteries, electrical network, etc.) or to a predetermined desired value (e.g. in Smart Grids applications), according to the electrical signals reference received from the Maximum Power Point Tracking unit (5). The power management subsystem ensures the quality of the power delivered to the powered electrical load. Also, it provides the possibility of electrical interconnection of multiple Smart PV Elements in series and/or parallel for the composition of Smart PV arrays (8), as shown in Figure 2, in order to balance the production-consumption of electric power through the supply of electric energy in a direct or alternating current electrical load or in the electrical network (14).
(ε) Υποσύστημα επιτήρησης λειτουργίας (9): (e) Operation monitoring subsystem (9):
Επιτρέπει την αυτόματη ανίχνευση και εντοπισμό βλαβών του Φ/Β στοιχείου (2) (πχ. λόγω PID effect, cracks κλπ.) μέσω μετρήσεων της τάσης και του ρεύματος που παράγει το Φ/Β στοιχείο με το οποίο έχει συνδεθεί το ολοκληρωμένο κύκλωμα (1) της παρούσας εφεύρεσης. It allows the automatic detection and detection of faults of the PV element (2) (e.g. due to PID effect, cracks, etc.) through measurements of the voltage and current produced by the PV element to which the integrated circuit is connected (1 ) of the present invention.
(στ) Υποσύστημα προστασίας (10): (f) Protection Subsystem (10):
Πραγματοποιεί την απενεργοποίηση του έξυπνου ολοκληρωμένου κυκλώματος (1) κατά τη διάρκεια της εγκατάστασης ή συντήρησής του (για προστασία του προσωπικού) και για αντικλεπτική προστασία ή/και σε περίπτωση βλάβης. It disables the intelligent integrated circuit (1) during its installation or maintenance (for personnel protection) and for anti-theft protection and/or in case of failure.
(ζ) Μονάδα διεπικοινωνίας (11): (g) Intercom unit (11):
Πραγματοποιεί τη μετάδοση και λήψη δεδομένων μέσω των δύο ακροδεκτών παροχής ισχύος (12) του έξυπνου ολοκληρωμένου κυκλώματος (1), σύμφωνα με την τεχνική power line carrier communication με σκοπό: It transmits and receives data through the two power supply terminals (12) of the intelligent integrated circuit (1), according to the power line carrier communication technique in order to:
1. τον συγχρονισμό λειτουργίας και έλεγχο των επιμέρους Έξυπνων Φ/Β Στοιχείων (3) του Φ/Β συστήματος και 1. the operation synchronization and control of the individual Smart PV Elements (3) of the PV system and
2. την κεντρική συλλογή δεδομένων (data-acquisition) λειτουργίας του Φ/Β στοιχείου (2) που συνδέεται στο έξυπνο ολοκληρωμένο κύκλωμα (1) της παρούσας εφεύρεσης. 2. the central data collection (data-acquisition) of operation of the PV element (2) which is connected to the intelligent integrated circuit (1) of the present invention.
(η) Υποσύστημα παροχής ισχύος (13): (h) Power supply subsystem (13):
Πραγματοποιεί την τροφοδοσία του ολοκληρωμένου κυκλώματος (1) με ηλεκτρική ενέργεια από την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια του Φ/Β στοιχείου (2) που συνδέεται σε αυτό. It supplies the integrated circuit (1) with electricity from the generated electricity of the PV element (2) connected to it.
Συμπεράσματα Conclusions
Το ολοκληρωμένο κύκλωμα ελέγχου και διαχείρισης ενέργειας Φ/Β στοιχείων αναλύθηκε θεωρητικά και η λειτουργία του επιβεβαιώθηκε μέσω προσομοιώσεων. Απεδείχθη ότι το σύστημα αυτό μπορεί να μετατρέψει τα συμβατικά Φ/Β στοιχεία σε έξυπνες ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες (Έξυπνα Φ/Β Στοιχεία), επιτυγχάνοντας τη μεγιστοποίηση και τη διαχείριση της ενέργειας που παράγεται από το Φ/Β στοιχείο, την ανίχνευση βλαβών, καθώς και τον απομακρυσμένο (μέσω του διαδικτύου / Internet) έλεγχο και επιτήρηση της λειτουργίας του Έξυπνου Φ/Β Στοιχείου. Τονίζεται ότι η αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας του Φ/Β συστήματος η οποία επιτυγχάνεται με το ολοκληρωμένο κύκλωμα της παρούσας εφεύρεσης, είναι ενεργειακά ισοδύναμη με την αύξηση του βαθμού απόδοσης των Φ/Β στοιχείων που όμως απαιτεί πολυετείς και δαπανηρές ερευνητικές προσπάθειες για να επιτευχθεί. The integrated control and power management circuit of PV elements was analyzed theoretically and its operation was confirmed through simulations. It has been demonstrated that this system can turn conventional PV cells into smart power generation units (Smart PV Cells), achieving maximization and management of the energy produced by the PV cell, fault detection, as well as remote (via the Internet) control and monitoring of the operation of the Smart PV Element. It is emphasized that the increase in the energy efficiency of the PV system, which is achieved with the integrated circuit of the present invention, is energetically equivalent to the increase in the degree of efficiency of the PV elements, which, however, requires multi-year and expensive research efforts to achieve.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20210100495A GR1010185B (en) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | Smart integrated circuit for the control and management of energy generated by photovoltaic cells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20210100495A GR1010185B (en) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | Smart integrated circuit for the control and management of energy generated by photovoltaic cells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR1010185B true GR1010185B (en) | 2022-03-02 |
Family
ID=81388075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20210100495A GR1010185B (en) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | Smart integrated circuit for the control and management of energy generated by photovoltaic cells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| GR (1) | GR1010185B (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008144540A1 (en) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Larankelo, Inc. | Distributed inverter and intelligent gateway |
| CN106300329A (en) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | Photovoltaic autonomous intelligence electric power system and method for supplying power to |
-
2021
- 2021-07-21 GR GR20210100495A patent/GR1010185B/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008144540A1 (en) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Larankelo, Inc. | Distributed inverter and intelligent gateway |
| CN106300329A (en) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | Photovoltaic autonomous intelligence electric power system and method for supplying power to |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101953060B (en) | Utilize the distribution type electric energy gathering system of DC power supply | |
| JP6236582B2 (en) | Electronic management system for solar cells with matching thresholds. | |
| JP6032651B2 (en) | Solar power system | |
| US9660454B2 (en) | Apparatus and method for managing and conditioning photovoltaic power harvesting systems | |
| KR102283826B1 (en) | PV module serial/parallel conversion system for MPPT operating voltage optimization based on machine learning | |
| CN102422506A (en) | Photovoltaic units, methods of operating photovoltaic units and controllers therefor | |
| CN105140952A (en) | Distributed Power Harvesting Systems Using DC Power Sources | |
| WO2007142693A3 (en) | Optimizing photovoltaic-electrolyzer efficiency | |
| KR102172004B1 (en) | Micro Inverter for Photovoltaic Power Generation and Photovoltaic Power Generation System Using the Same | |
| CN205430161U (en) | Efficient photovoltaic power generation system | |
| CN102427315A (en) | Photovoltaic power generating device based on direct current bus | |
| CN103477525A (en) | Controlled converter architecture with prioritized electricity supply | |
| CN101938136A (en) | Photovoltaic component DC grid-connection controller | |
| TW201306435A (en) | Photovoltaic power apparatus and photovoltaic power system | |
| CN103501020A (en) | Hybrid power supply system consisting of mains supply network and photovoltaic assembly and control method thereof | |
| KR100860337B1 (en) | Solar photovoltaic system | |
| CN205490299U (en) | Distributing type solar photovoltaic power generation system | |
| KR20200079360A (en) | Building Energy Management System and Energy Independent Building | |
| GR1010185B (en) | Smart integrated circuit for the control and management of energy generated by photovoltaic cells | |
| JP2015522235A (en) | AC solar panel system | |
| CN102655381A (en) | Novel photovoltaic system | |
| JPH06311651A (en) | Photovoltaic power generation system | |
| JP5297836B2 (en) | Power generation system | |
| CN104467007B (en) | Single-phase cascade multilevel photovoltaic grid-connected inverter control system | |
| CN104377827B (en) | A kind of photovoltaic DC power supply |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PG | Patent granted |
Effective date: 20220418 |