RU2414037C1 - Independent photovoltaic electric power supply system - Google Patents
Independent photovoltaic electric power supply system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414037C1 RU2414037C1 RU2009142105/07A RU2009142105A RU2414037C1 RU 2414037 C1 RU2414037 C1 RU 2414037C1 RU 2009142105/07 A RU2009142105/07 A RU 2009142105/07A RU 2009142105 A RU2009142105 A RU 2009142105A RU 2414037 C1 RU2414037 C1 RU 2414037C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- power
- input
- solar battery
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве автономной энергетической установки постоянного напряжения.The invention relates to electrical engineering and can be used as an autonomous power plant of constant voltage.
Известна автономная система электропитания, выполненная по параллельно-последовательной схеме, которая содержит солнечную батарею (СБ), аккумуляторную батарею (АБ), последовательный регулятор напряжения (РН) СБ, зарядное устройство (ЗУ) и разрядное устройство (РУ) [1]. В такой системе при избытке солнечной энергии напряжение на нагрузке стабилизирует последовательный РН, а избыток энергии направляется зарядным устройством на хранение в аккумуляторную батарею. В случае, если мощности СБ недостаточно для питания нагрузки, то в работу включается разрядное устройство, которое восполняет недостаток мощности и стабилизирует напряжение на нагрузке при несколько меньшем значении выходного напряжения. При этом ЗУ закрывается, а РН полностью открывается.Known autonomous power system made in parallel-serial circuit, which contains a solar battery (SB), a battery (AB), a serial voltage regulator (LV) SB, a charger (charger) and a discharge device (RU) [1]. In such a system, with an excess of solar energy, the voltage on the load stabilizes the serial LV, and the excess energy is sent by the charger to the storage battery. If the power of the SB is insufficient to power the load, then a discharge device is included in the work, which makes up for the lack of power and stabilizes the voltage at the load with a slightly lower value of the output voltage. In this case, the charger closes, and the launch vehicle is fully open.
Недостатками такой системы, во-первых, является то, что она не обеспечивает регулирование напряжения СБ в оптимальной рабочей точке ее вольт-амперной характеристики (ВАХ), положение которой существенно зависит от условий и времени эксплуатации (ресурса, температуры, освещенности), то есть не обеспечивается отбор максимума мощности от СБ при изменении параметров ее ВАХ и, во-вторых, то, что она не содержит контур автоматического регулирования положения панелей солнечной батареи относительно Солнца.The disadvantages of such a system, firstly, is that it does not provide voltage regulation of the SB at the optimum operating point of its current-voltage characteristic (CVC), the position of which substantially depends on the operating conditions and time (resource, temperature, illumination), i.e. it does not provide the selection of the maximum power from the SB when changing the parameters of its I-V characteristic and, secondly, the fact that it does not contain a circuit for automatically regulating the position of the panels of the solar battery relative to the Sun.
Известна также солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая СБ с линзами Френеля и фотоэлектрическими преобразователями, размещенными на механической системе, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по направлению на Солнце (оснащенную системой ориентации солнечной батареи на Солнце) [2]. Система ориентации батареи содержит основной и дополнительный датчики положения Солнца. Основной датчик состоит из затеняющего экрана с отверстием и восьми фотоэлементов каскадного типа, четыре из которых, размещенные справа, слева, сверху и снизу по наружным сторонам экрана, образуют каналы грубого азимутального и зенитного наведения, вырабатывающие электрические сигналы при изменении положения Солнца. Четыре других фотоэлемента расположены таким же образом по внутренним сторонам экрана и образуют каналы точного наведения. Дополнительный датчик состоит из трех фотоэлементов каскадного типа, подключенных к азимутальному каналу. Два фотоэлемента дополнительного датчика направлены влево и вправо по отношению к основному датчику, а третий - в противоположную сторону относительно основного датчика. Полярность подключения третьего фотоэлемента меняется при прохождении направления Юг-Север, при этом сигнал на включение электропривода ведущего колеса базовой рамы подается от фотоэлементов азимутального канала, а сигнал на включение электропривода подвешенной рамы - от фотоэлементов зенитного канала.A solar photovoltaic installation is also known, containing a solar cell with Fresnel lenses and photoelectric converters placed on a mechanical system that maintains the perpendicular position of the solar battery in the direction to the Sun (equipped with a solar battery orientation system on the Sun) [2]. The battery orientation system contains the primary and secondary sensors for the position of the sun. The main sensor consists of a shading screen with a hole and eight cascade-type photocells, four of which, located on the right, left, top and bottom on the outer sides of the screen, form coarse azimuth and anti-aircraft guidance channels that generate electrical signals when the position of the Sun changes. Four other photocells are located in the same way on the inner sides of the screen and form accurate guidance channels. An additional sensor consists of three cascade type photocells connected to the azimuth channel. Two photocells of the additional sensor are directed left and right with respect to the main sensor, and the third is in the opposite direction relative to the main sensor. The polarity of the third photocell connection changes when passing the South-North direction, while the signal for turning on the electric drive of the drive wheel of the base frame is supplied from the photocells of the azimuth channel, and the signal for switching on the electric drive of the suspended frame is from the photocells of the anti-aircraft channel.
Недостатками такой установки являются относительно низкий срок службы солнечной фотоэлектрической установки, обусловленный использованием линз Френеля (что ведет к существенно более высоким температурным нагрузкам фотоэлектрических преобразователей и, как следствие этого, ведет к снижению надежности солнечной энергетической установки) и невозможность работы системы слежения за Солнцем при рассеянном солнечном излучении (система слежения за Солнцем работает только при наличии прямого солнечного излучения, хотя фотоэлектрические преобразователи могут вырабатывать электрическую энергию и при рассеянном солнечном излучении). Недостатками такой установки также являются громоздкость конструкции датчиков положения Солнца и сложность осуществления режима отбора мощности в оптимальной рабочей точке ВАХ СБ при изменении условий эксплуатации.The disadvantages of this installation are the relatively low service life of the solar photovoltaic installation, due to the use of Fresnel lenses (which leads to significantly higher temperature loads of photovoltaic converters and, as a result, reduces the reliability of the solar power installation) and the inability to operate the tracking system for the Sun when diffused solar radiation (the tracking system for the Sun only works in the presence of direct solar radiation, although photoelectric reobrazovateli can generate electrical energy and diffuse solar radiation). The disadvantages of this installation are also the cumbersome design of the solar position sensors and the complexity of the power take-off mode at the optimum operating point of the I-V characteristic of the SB when changing operating conditions.
Наиболее близкой к заявляемой автономной фотоэлектрической системе электропитания по технической сущности является система электропитания, содержащая замкнутую цепь из последовательно соединенных солнечной батареи, регулятора напряжения, имеющего два входа, первый, силовой, из которых соединен с положительным выводом солнечной батареи, нагрузки, положительный вывод которой соединен с выходом регулятора напряжения и резистора, выполняющего роль датчика тока, зарядное устройство, имеющее два входа, первый из которых соединен с положительным выводом солнечной батареи, и два выхода, первый из которых соединен с управляющим входом регулятора напряжения, разрядное устройство, вход которого соединен со вторым выходом зарядного устройства, а выход - с выходом регулятора напряжения, аккумуляторную батарею, выходная положительная клемма которой соединена со вторым выходом зарядного устройства и входом разрядного устройства, а выходная отрицательная клемма - с отрицательным выводом нагрузки, экстремальный регулятор мощности, состоящий из датчика мощности, имеющего три входа, первый и второй из которых подключены параллельно резистору, а третий соединен с положительным выводом солнечной батареи, и один выход синхронизирующего генератора, имеющего три выхода, устройства выборки и хранения информации, имеющего два входа, первый из которых соединен с выходом датчика мощности, а второй - с первым выходом синхронизирующего генератора, и один выход устройства сравнения, имеющего три входа, первый из которых соединен с выходом датчика мощности, второй - с выходом устройства выборки и хранения информации, а третий - со вторым выходом синхронизирующего генератора, и один выход корректирующего устройства, содержащего два входа, первый из которых соединен с выходом устройства сравнения, а второй - с третьим выходом синхронизирующего генератора, и один выход, соединенный со вторым управляющим входом зарядного устройства [3].Closest to the claimed autonomous photovoltaic power supply system in technical essence is a power supply system containing a closed circuit of series-connected solar panels, a voltage regulator having two inputs, the first, power, of which is connected to the positive terminal of the solar battery, the load, the positive terminal of which is connected with the output of a voltage regulator and a resistor acting as a current sensor, a charger having two inputs, the first of which is connected to the output terminal of the solar battery, and two outputs, the first of which is connected to the control input of the voltage regulator, a discharge device, the input of which is connected to the second output of the charger, and the output to the output of the voltage regulator, a battery, the positive output terminal of which is connected to the second output the charger and the input of the discharge device, and the output negative terminal - with a negative output of the load, an extreme power regulator, consisting of a power sensor having three inputs yes, the first and second of which are connected in parallel with the resistor, and the third is connected to the positive terminal of the solar battery, and one output of a synchronizing generator having three outputs, a device for selecting and storing information having two inputs, the first of which is connected to the output of the power sensor, and the second one with the first output of the synchronizing generator, and one output of the comparison device having three inputs, the first of which is connected to the output of the power sensor, the second to the output of the device for selecting and storing information, and the third with the second output of the synchronizing generator, and one output of the correction device containing two inputs, the first of which is connected to the output of the comparison device, and the second with the third output of the synchronizing generator, and one output connected to the second control input of the charger [3].
Функциональная схема системы-прототипа приведена на фиг.1.Functional diagram of the prototype system is shown in figure 1.
На фиг.1 обозначено: 1 - солнечная батарея (СБ); 2 - регулятор напряжения (РН); 3 - зарядное устройство (ЗУ); 4 - разрядное устройство (РУ); 5 - аккумуляторная батарея (АБ); 6 - нагрузка; 7 - резистор, выполняющий роль датчика тока СБ; 8 - датчик мощности (ДМ), 9 - синхронизирующий генератор (СГ); 10 - устройство выборки и хранения информации (УВХИ); 11 - устройство сравнения (УС); 12 - корректирующее устройство (КУ). Устройства 8-12 образуют экстремальный регулятор мощности (ЭРМ) СБ шагового типа.In figure 1 is indicated: 1 - solar battery (SB); 2 - voltage regulator (PH); 3 - charger (charger); 4 - bit device (RU); 5 - rechargeable battery (AB); 6 - load; 7 - a resistor acting as a current sensor SB; 8 - power sensor (DM), 9 - synchronizing generator (SG); 10 - device sampling and storage of information (UVHI); 11 - a comparison device (CSS); 12 - corrective device (KU). Devices 8-12 form an extreme power regulator (ERM) SB stepping type.
Достоинством системы-прототипа является то, что она реализует режим отбора мощности в оптимальной рабочей точке ВАХ СБ при изменении условий ее эксплуатации. Недостатками системы-прототипа являются невозможность получения максимально возможной мощности от используемой СБ (в системе-прототипе не регулируется положение СБ в пространстве) и ограниченная область применения, обусловленная возможностью использования ее только в энергетических установках со стационарным расположением СБ (например, на крышах домов).The advantage of the prototype system is that it implements a power take-off mode at the optimum operating point of the I-V characteristic of the SB when changing its operating conditions. The disadvantages of the prototype system are the impossibility of obtaining the maximum possible power from the used SB (the position of the SB in space is not regulated in the prototype system) and its limited scope, due to the possibility of using it only in power plants with a stationary SB location (for example, on roofs of houses).
Задачи, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, получение максимально возможной мощности (максимально возможной энергетической эффективности) от используемой солнечной батареи и расширение области применения автономной фотоэлектрической системы электропитания.The tasks to which the invention is directed, obtaining the maximum possible power (maximum possible energy efficiency) from the solar battery used and expanding the scope of the autonomous photoelectric power supply system.
Решение поставленных задач достигается тем, что в автономную фотоэлектрическую систему электропитания, содержащую замкнутую цепь из последовательно соединенных солнечной батареи, регулятора напряжения, имеющего два входа, первый, силовой, из которых соединен с положительным выводом солнечной батареи, нагрузки, положительный вывод которой соединен с выходом регулятора напряжения и резистора, выполняющего роль датчика тока, зарядное устройство, имеющее два входа, первый из которых соединен с положительным выводом солнечной батареи, и два выхода, первый из которых соединен с управляющим входом регулятора напряжения, разрядное устройство, вход которого соединен со вторым выходом зарядного устройства, а выход - с выходом регулятора напряжения, аккумуляторную батарею, выходная положительная клемма которой соединена со вторым выходом зарядного устройства и входом разрядного устройства, а выходная отрицательная клемма - с отрицательным выводом нагрузки, экстремальный регулятор мощности, состоящий из датчика мощности, имеющего три входа, первый и второй из которых подключены параллельно резистору, а третий соединен с положительным выводом солнечной батареи, и один выход синхронизирующего генератора, имеющего три выхода, устройства выборки и хранения информации, имеющего два входа, первый из которых соединен с выходом датчика мощности, а второй - с первым выходом синхронизирующего генератора, и один выход устройства сравнения, имеющего три входа, первый из которых соединен с выходом датчика мощности, второй - с выходом устройства выборки и хранения информации, а третий - со вторым выходом синхронизирующего генератора, и один выход корректирующего устройства, содержащего два входа, первый из которых соединен с выходом устройства сравнения, и один выход, соединенный со вторым управляющим входом зарядного устройства, дополнительно введены устройство контроля степени заряженности аккумуляторной батареи, имеющее N входов, соединенных с N измерительными выходами аккумуляторной батареи, и два выхода, первый из которых соединен с третьим дополнительно введенным входом зарядного устройства, а второй - со вторым дополнительно введенным входом разрядного устройства, в состав экстремального регулятора мощности дополнительно введены три электронных ключа, каждый из которых имеет два входа и один выход, при этом управляющие входы электронных ключей соединены с третьим выходом синхронизирующего генератора, а выход первого из электронных ключей соединен с вторым входом корректирующего устройства, в состав системы электропитания также введены блок управления системой электропитания, имеющий три входа, первый из которых соединен с третьим выходом синхронизирующего генератора, второй - с выходом датчика мощности, а третий - с выходом устройства сравнения, и шесть выходов, первый, второй и третий из которых соединены соответственно с вторыми, управляющими, входами первого, второго и третьего электронных ключей, а четвертый - с дополнительно введенным третьим входом корректирующего устройства, шаговые двигатели поворота солнечной батареи в горизонтальной и вертикальной плоскостях, оси которых расположены в двух ортогональных плоскостях и механически соединены с солнечной батареей, блок питания и управления шагового двигателя поворота солнечной батареи в горизонтальной плоскости, имеющий три входа, первый из которых соединен с выходом устройства сравнения, второй - с выходом второго электронного ключа, а третий - с пятым выходом блока управления системой электропитания, и один выход, соединенный с электрическим входом шагового двигателя поворота солнечной батареи в горизонтальной плоскости, и блок питания и управления шагового двигателя поворота солнечной батареи в вертикальной плоскости, имеющий три входа, первый из которых соединен с выходом устройства сравнения, второй - с выходом третьего электронного ключа, а третий - с шестым выходом блока управления системой электропитания, и один выход, соединенный с электрическим входом шагового двигателя поворота солнечной батареи в вертикальной плоскости.The solution of these problems is achieved by the fact that in an autonomous photoelectric power supply system containing a closed circuit from a series-connected solar battery, a voltage regulator having two inputs, the first, power, of which is connected to the positive terminal of the solar battery, the load, the positive terminal of which is connected to the output a voltage regulator and a resistor acting as a current sensor, a charger having two inputs, the first of which is connected to the positive terminal of the solar battery, and output, the first of which is connected to the control input of the voltage regulator, a discharge device, the input of which is connected to the second output of the charger, and the output to the output of the voltage regulator, a battery, the positive output terminal of which is connected to the second output of the charger and the input of the discharge device and the negative output terminal - with a negative output terminal of the load, an extreme power regulator, consisting of a power sensor having three inputs, the first and second of which are connected They are parallel to the resistor, and the third is connected to the positive terminal of the solar battery, and one output of the synchronizing generator, which has three outputs, is a device for selecting and storing information, which has two inputs, the first of which is connected to the output of the power sensor, and the second to the first output of the synchronizing generator , and one output of the comparison device having three inputs, the first of which is connected to the output of the power sensor, the second to the output of the device for selecting and storing information, and the third to the second output of the synchronizing generator, and one output of the correction device containing two inputs, the first of which is connected to the output of the comparison device, and one output connected to the second control input of the charger, an additional device for monitoring the state of charge of the battery, which has N inputs connected to N measuring battery outputs, and two outputs, the first of which is connected to the third additional input of the charger, and the second to the second additional input of the discharge core device, three electronic keys are additionally introduced into the extreme power controller, each of which has two inputs and one output, while the control inputs of the electronic keys are connected to the third output of the synchronizing generator, and the output of the first of electronic keys is connected to the second input of the correction device, the power supply system also includes a power supply control unit having three inputs, the first of which is connected to the third output of the synchronizing generator, the second - with the output of the power sensor, and the third with the output of the comparison device, and six outputs, the first, second and third of which are connected respectively to the second, control, inputs of the first, second and third electronic keys, and the fourth - with the additional input of the third correction input devices, stepper motors of rotation of the solar battery in horizontal and vertical planes, the axes of which are located in two orthogonal planes and are mechanically connected to the solar battery, a power supply and control unit for stepping a rotator of the solar battery in the horizontal plane having three inputs, the first of which is connected to the output of the comparison device, the second to the output of the second electronic key, and the third to the fifth output of the power system control unit, and one output connected to the electrical input of the stepper motor turning the solar battery in a horizontal plane, and a power supply and control unit for a stepper motor turning the solar battery in a vertical plane, having three inputs, the first of which is connected to the output of the device For comparison, the second with the output of the third electronic key, and the third with the sixth output of the control unit of the power supply system, and one output connected to the electrical input of the stepper motor turning the solar battery in a vertical plane.
Функциональная схема предлагаемой системы электропитания приведена на фиг.2, на которой обозначено: 1 - солнечная батарея (СБ); 2 - регулятор напряжения (РН); 3 - зарядное устройство (ЗУ); 4 - разрядное устройство (РУ); 5 - аккумуляторная батарея (АБ); 6 - нагрузка; 7 - резистор, выполняющий роль датчика тока СБ; 8 - датчик мощности (ДМ); 9 - синхронизирующий генератор (СГ); 10 - устройство выборки и хранения информации (УВХР1); 11 - устройство сравнения (УС); 12 - корректирующее устройство (КУ); 13 - устройство контроля степени заряженности АБ (УКЗБ); 14, 15 и 16 - электронные ключи (ЭК); 17 - блок управления системой электропитания (БУ); 18 и 19 - шаговые электродвигатели (ШЭД) соответственно приводов горизонтального и вертикального поворота СБ; 20 и 21 - блоки питания и управления (БПУ) соответственно приводов горизонтального и вертикального поворотов (ПГП и ПВП) СБ. Устройства 8-16 образуют экстремальный регулятор мощности (ЭРМ) СБ шагового типа. Устройства, блоки и элементы, обозначенные на фиг.2 цифрами с 1 по 12, идентичны устройствам, блокам и элементам функциональной схемы, приведенной на фиг.1.Functional diagram of the proposed power supply system is shown in figure 2, which indicates: 1 - solar battery (SB); 2 - voltage regulator (PH); 3 - charger (charger); 4 - bit device (RU); 5 - rechargeable battery (AB); 6 - load; 7 - a resistor acting as a current sensor SB; 8 - power sensor (DM); 9 - a synchronizing generator (SG); 10 - device sampling and storage of information (UVHR1); 11 - a comparison device (CSS); 12 - corrective device (KU); 13 - device for monitoring the degree of charge of the battery (UKZB); 14, 15 and 16 - electronic keys (EC); 17 - control unit power supply system (BU); 18 and 19 - stepper motors (SHED), respectively, drives horizontal and vertical rotation of the SB; 20 and 21 - power supply and control units (BPU), respectively, drives horizontal and vertical turns (GWP and PVP) SB. Devices 8-16 form an extreme power regulator (ERM) SB stepping type. The devices, blocks and elements indicated in figures 2 by
СБ располагается на механической системе, обеспечивающей возможность поддерживать ее устойчивое положение в пространстве, в том числе и перпендикулярное положение СБ по направлению на Солнце.The SB is located on a mechanical system that provides the ability to maintain its stable position in space, including the perpendicular position of the SB in the direction of the Sun.
Предлагаемая система электропитания работает следующим образом.The proposed power supply system operates as follows.
Последовательность работы ПГП и ПВП, а также канала регулирования максимума мощности по ВАХ СБ 1 определяет и задает БУ системой электропитания 17, который в любой момент времени разрешает открытое состояние только одному из ЭК 14, 15 или 16 (через управляющие выходы БУ 1, 2 и 3). Управляющий сигнал на изменение положения или режима работы системы электропитания от СГ 9 проходит только на одно исполнительное устройство (КУ 12, БПУ 20 приводом горизонтального поворота СБ 1 или БПУ 21 приводом вертикального поворота СБ 1).The sequence of operation of the GWP and PVP, as well as the channel for regulating the maximum power according to the CVC
В случае если открыт ЭК 14 и закрыты ЭК 15 и 16, то ПГП и ПВП не работают и СБ 1 остается неподвижной. Система электропитания в этом случае находится в режиме регулирования максимума мощности по ВАХ СБ 1. Она реализует экстремальное регулирование мощности СБ 1 в одном из двух режимов - ЗУ 3 или РУ 4 (в зависимости от соотношения мощности, которую может отдать СБ 1, и требуемой мощности для питания нагрузки 6) [3].If EC 14 is open and EC 15 and 16 are closed, then the GWP and PVP do not work and
В первом режиме входящий в состав ЭРМ ДМ 8, обрабатывая информацию о напряжении и токе СБ 1 в рабочей точке ВАХ, формирует на своем выходе напряжение, пропорциональное текущему значению мощности, вырабатываемой СБ 1. По сигналу от СГ 9 (с выхода 1) это значение мощности запоминается в УВХИ 10, после чего по следующему сигналу СГ 9, поступающему с выхода 3 на управляющий вход 1 ЭК 14 и далее на вход 2 КУ, рабочая точка на ВАХ СБ 1 смещается вследствие воздействия на усилитель ошибки широтно-импульсного модулятора (ШИМ) ЗУ 3, осуществляемого КУ 12 (сигнал поступает с выхода КУ 12 на вход 2 ЗУ 3). Затем по сигналу с выхода 2 СГ 9 УС 11 сравнивает вновь измеренное текущее значение мощности СБ 1 с предыдущим значением. Выходной сигнал УС 11 воздействует на КУ 12, определяя направление последующего смещения рабочей точки на ВАХ СБ 1. При уменьшении мощности, генерируемой СБ 1, КУ 12 изменяет направление поиска экстремума на противоположное. Одновременно в УВХИ 10 по сигналу с выхода 1 СГ 9 запоминается новое текущее значение мощности СБ 1. В дальнейшем процесс повторяется. Таким образом осуществляется работа системы электропитания в режиме максимальной мощности СБ 1 (при этом осуществляются непрерывные поисковые колебания напряжения СБ вокруг оптимальной рабочей точки ВАХ. В режиме заряда АБ 5 смещение рабочей точки на ВАХ СБ происходит из-за изменения длительности открытого состояния силовых ключей ЗУ 3.In the first mode,
Во втором режиме, когда СБ не может обеспечить требуемую мощность в нагрузке 6, ЗУ 3 закрывается и в работу включается РУ 4, которое стабилизирует напряжение на нагрузке 6. Напряжение на СБ 1 несколько понижается. Регулирование напряжения СБ 1 начинает обеспечивать РН 2 (в заданном ЭРМ поддиапазоне). В этом режиме рабочая точка на ВАХ СБ 1 смещается вследствие воздействия на усилитель ошибки ШИМ РН 2, осуществляемого КУ 12 через ШИМ ЗУ 3 [3]. Во втором режиме система электропитания работает аналогично описанной выше работе в первом режиме регулирования максимума мощности СБ 1 ЗУ 3. Также осуществляются непрерывные поисковые колебания напряжения СБ 1 вокруг оптимальной точки ВАХ. Весь ток, генерируемый СБ 1, РН 2 направляется в нагрузку 6.In the second mode, when the SB cannot provide the required power in the load 6, the
Таким образом, система электропитания проявляет себя как адаптивная система с изменяющейся внутренней структурой в зависимости от текущего состояния источников электроэнергии и нагрузки 6. РН 2 попеременно переходит из режима регулирования выходного напряжения (напряжения нагрузки 6 при РСБ>Рн) в режим регулирования входного напряжения (напряжения СБ при РН>РСБ) и обратно.Thus, the power supply system manifests itself as an adaptive system with a varying internal structure depending on the current state of the electric power sources and load 6.
С заданной периодичностью блок БУ 17 закрывает ЭК 14 (сигнал с выхода 1 БУ 17 на второй вход ЭК 14) и открывает ЭК 15 (сигнал с выхода 2 БУ 17 поступает на второй вход ЭК 15). КУ 12 прекращает изменять положение рабочей точки на ВАХ СБ, так как на его второй управляющий вход перестает поступать сигнал с выхода 3 СГ 9 (ЭК 14 закрыт). Напряжение СБ 1 стабилизируется на заданном уровне. Управляющий сигнал начинает поступать с выхода 3 СГ 9 через ЭК 15 на вход 12 БПУ 20, который, управляя ШЭД 18, изменяет ориентацию панелей СБ относительно Солнца по горизонту. Входящий в состав ЭРМ датчик ДМ 8, обрабатывая информацию о напряжении и токе СБ 1, формирует на своем выходе напряжение, пропорциональное текущему значению мощности, вырабатываемой СБ. По сигналу от СГ 9 (поступающего с его выхода 1) это значение мощности запоминается в УВХИ 10, после чего по следующему сигналу СГ 9 (с выхода 3 через ключ 15 на БПУ 20) ШЭД 18 вновь изменяет ориентацию панелей СБ относительно Солнца. Затем вновь измеренное значение мощности СБ 1 сравнивается с предыдущим значением с помощью УС 11. Выходной сигнал УС 11 воздействует на БПУ 20, задавая направление последующего поворота ШЭД 18.With a given frequency, the control unit 17 closes the EC 14 (signal from the
При уменьшении мощности, генерируемой СБ 1, БПУ 20 по сигналу с выхода УС 11 изменяет направление вращения ШЭД 18 на противоположное. Одновременно в УВХИ 10 запоминается новое текущее значение мощности СБ 1. В дальнейшем процесс повторяется. Таким образом обеспечивается поиск Солнца по горизонту, при этом осуществляются непрерывные поисковые повороты панелей СБ вокруг "горизонтальной оптимальной точки". БУ 17, получив через вход 3 неоднократные сигналы о реверсе системы от УС 11, останавливает ПГП, закрывает ЭК 15 и открывает ЭК 16, разрешая поиск Солнца по вертикали. Далее работа системы осуществляется аналогично работе поиска Солнца по горизонтали. Совершив несколько поисковых колебаний панелей СБ вокруг "вертикальной оптимальной точки" БУ 17 закрывает ЭК 16 и открывает ЭК 14, разрешая поиск экстремума мощности по ВАХ СБ.When reducing the power generated by
В дальнейшем, по истечении заданного времени, БУ 17 снова останавливает работу канала регулирования экстремума мощности по ВАХ СБ и разрешает работу канала поиска Солнца по горизонтали. Цикл работы системы автоматического регулирования повторяется.Subsequently, after a predetermined time, BU 17 again stops the operation of the power extremum control channel according to the I – V characteristics of the SB and allows the horizontal operation of the Sun search channel. The cycle of the automatic control system is repeated.
УКЗБ 13 введено с целью защиты от аварийных ситуаций АБ 5 и достижения длительных сроков функционирования системы электропитания. Оно осуществляет контроль степени заряженности АБ 5 по заданным параметрам для конкретного типа используемой АБ (например, по емкости, напряжению, давлению и температуре внутри АБ 5). При достижении предельного заряда или возникновении аварийной ситуации (когда наступает предельно допустимый разбаланс отдельных аккумуляторов по напряжению, емкости, температуре или давлению внутри АБ 5) УКЗБ 13 формирует на своем первом выходе сигнал, который поступает на третий вход ЗУ 3 и отключает его. При достижении предельного разряда или возникновении аварийной ситуации УКЗБ 13 формирует на своем втором выходе сигнал, который поступает на второй вход РУ 4 и отключает его. Одновременно с формированием выходных сигналов на первом или втором выходах УКЗБ 13 формирует звуковой или световой сигнал аварийной ситуации.UKZB 13 was introduced to protect
В случае отсутствия сигнала на выходе ДМ 8, например в ночное время, БУ 17 устанавливает систему электропитания в заданный режим работы и запрограммированное положение панелей СБ 1 путем воздействия на КУ 12 и БПУ ПГП и ПВП 20 и 21 (с выходов 4, 5 и 6 БУ 17).In the absence of a signal at the output of
Предложенная автономная фотоэлектрическая система электропитания обеспечивает максимально возможную энергетическую эффективностью - получение максимально возможного количества электроэнергии с конкретной площади СБ. Расширение области применения достигается единой системой автоматического регулирования, обеспечивающей как регулирование напряжения СБ в оптимальной рабочей точке ВАХ, так и непрерывной ориентацией СБ на Солнце. Автоматическое регулирование осуществляется по одному измеряемому параметру - мощности, генерируемой СБ. При этом разработка и изготовление датчиков положения панелей и дополнительной системы ориентации панелей СБ на Солнце не требуется.The proposed autonomous photoelectric power supply system provides the highest possible energy efficiency - obtaining the maximum possible amount of electricity from a specific area of the SB. The expansion of the scope is achieved by a unified system of automatic control, which provides both the regulation of the voltage of the SB at the optimum operating point of the I – V characteristic, and the continuous orientation of the SB on the Sun. Automatic regulation is carried out according to one measured parameter - the power generated by the SB. In this case, the development and manufacture of panel position sensors and an additional orientation system for SB panels on the Sun are not required.
Источники информацииInformation sources
1. Системы электропитания космических аппаратов. / Б.П.Соустин, В.И.Иванчура, А.И.Чернышев, Ш.Н.Исляев. - Новосибирск: Наука, 1994. - 318 с. [С.11, рис.1.3].1. Spacecraft power systems. / B.P. Sustin, V.I. Ivanchura, A.I. Chernyshev, Sh.N. Islyaev. - Novosibirsk: Nauka, 1994 .-- 318 p. [C.11, fig. 1.3].
2. Пат. РФ №2286517, F24J 2/24. Солнечная фотоэлектрическая установка. /Ж.И.Алферов, В.М.Андреев, В.Н.Зазимко, В.Р.Ларионов, В.Д.Румянцев, А.Е.Чалов. Опубл. 27.10.2006. Бюл. №30.2. Pat. RF №2286517,
3. Шиняков Ю.А. Экстремальное регулирование мощности солнечных батарей автоматических космических аппаратов. / Ю.А.Шиняков // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П.Королева. - 2007. - Вып.1 (12). - С.123-128 [с.124, рис.1] - прототип.3. Shinyakov Yu.A. Extreme power control of solar panels in automatic spacecraft. / Yu.A. Shinyakov // Bulletin of the Samara State Aerospace University. Academician S.P. Korolev. - 2007. - Issue 1 (12). - S.123-128 [p.124, Fig. 1] - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142105/07A RU2414037C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Independent photovoltaic electric power supply system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142105/07A RU2414037C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Independent photovoltaic electric power supply system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2414037C1 true RU2414037C1 (en) | 2011-03-10 |
Family
ID=46311247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009142105/07A RU2414037C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Independent photovoltaic electric power supply system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2414037C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2479910C1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Autonomous power supply system based on solar photoelectric plant |
RU2516511C2 (en) * | 2011-12-05 | 2014-05-20 | Геннадий Леонидович Багич | Automatic orientation of solar batteries and device to this end |
RU2632588C1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-10-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Beta-voltaic battery |
RU2638564C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-12-14 | Акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (АО "АВЭКС") | Method of extreme regulation of photoelectric battery output power |
RU2741830C1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-01-29 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Dc power converter for power supply systems for aerospace vehicles |
-
2009
- 2009-11-16 RU RU2009142105/07A patent/RU2414037C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ШИНЯКОВ Ю.А. Экстремальное регулирование мощности солнечных батарей автоматических космических аппаратов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - Самара: 2007, с.124. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2479910C1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Autonomous power supply system based on solar photoelectric plant |
RU2516511C2 (en) * | 2011-12-05 | 2014-05-20 | Геннадий Леонидович Багич | Automatic orientation of solar batteries and device to this end |
RU2632588C1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-10-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Beta-voltaic battery |
RU2638564C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-12-14 | Акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (АО "АВЭКС") | Method of extreme regulation of photoelectric battery output power |
RU2741830C1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-01-29 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Dc power converter for power supply systems for aerospace vehicles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9722435B2 (en) | Battery charge balancing device and battery charge balancing system | |
RU2414037C1 (en) | Independent photovoltaic electric power supply system | |
Gao et al. | Parallel-connected solar PV system to address partial and rapidly fluctuating shadow conditions | |
US8405013B2 (en) | Solar tracking device and tracking method thereof | |
Fathabadi | Novel online sensorless dual-axis sun tracker | |
US9459139B2 (en) | Photovoltaic generating system with control unit for controlling output power conversion and actuation of photovoltaic tracker units | |
Rambhowan et al. | Improving the dual-axis solar tracking system efficiency via drive power consumption optimization | |
CN105824326A (en) | Solar power bus stop automatic sun-shading system and control method | |
Whavale et al. | A review of Adaptive solar tracking for performance enhancement of solar power plant | |
Salas et al. | The control strategies for photovoltaic regulators applied to stand-alone systems | |
Lueangamornsiri et al. | Design and development of a stand-alone solar energy harvesting system by MPPT and quick battery charging | |
Ahmad et al. | A high power generation, low power consumption solar tracker | |
CN105135569A (en) | Photovoltaic air conditioner system and control method thereof | |
Mousavi | The design and construction of a high efficiency satellite electrical power supply system | |
Jiang et al. | Multiobjective MPPT/charging controller for standalone PV power systems under different insolation and load conditions | |
Parveen et al. | IoT based solar tracking system for efficient power generation | |
Ramaswamy et al. | Optimal design of stand alone PV system for a remote location in UAE using Mono-Si cells | |
Stjepanović et al. | Microcontroller based solar tracking system | |
Budiyanto et al. | Prototyping of 2 axes solar tracker system for solar panel power optimization | |
KR20170013745A (en) | Solar cell generating system | |
Echendu et al. | Performance Evaluation of a Standalone Solar PV System for Electricity Generation in an Estate | |
Verma et al. | A Survey on Grid Connected Solar Photovoltaic System | |
Kouridakis et al. | Electronic device design for energy harvesting of indoor and outdoor light sources for multiple low power usage | |
KR101929974B1 (en) | Solar Photovoitaic Generation System | |
KR20190120945A (en) | A solar power multi-level conversion control unit and operating method for the unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141117 |