Система электронного управления фотоэлектрическими элементами



Система электронного управления фотоэлектрическими элементами
Система электронного управления фотоэлектрическими элементами
Система электронного управления фотоэлектрическими элементами
Система электронного управления фотоэлектрическими элементами

 


Владельцы патента RU 2541094:

СЕНТР НАСЬОНАЛЬ ДЕ ЛА РЕШЕРШ СЬЕНТИФИК (FR)
ТОТАЛЬ МАРКЕТИН СЕРВИС (FR)

Группа изобретений относится к области фотоэлектрических генераторов. Технический результат заключается в оптимизации управления энергией, производимой каждой группой фотоэлектрических элементов генератора, с целью наилучшего согласования мощности генератора с потребностями нагрузки и/или эффективной компенсацией отказов и/или колебаний инсоляции, оказывающей воздействие на некоторые элементы. Для этого предложена система электронного управления фотоэлектрическим генератором, содержащая: множество статических микропреобразователей, каждый из которых электрически соединен с одним или несколькими фотоэлектрическими элементами, являющимися частью всей совокупности указанных элементов генератора, по меньшей мере один модуль реконфигурации, предназначенный для переноса потоков энергии от указанных микропреобразователей к нагрузке, центральный электронный процессор, предназначенный для управления изменением потоков энергии, переносимых указанным по меньшей мере одним модулем реконфигурации, и для управления замыканием накоротко или шунтированием по меньшей мере одного микропреобразователя через указанный по меньшей мере один модуль реконфигурации. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области фотоэлектрических генераторов, в частности к фотоэлектрическим модулям, объединенным со схемами электроники. В состав подобного модуля входят фотоэлектрический генератор и система электронного управления фотоэлектрическими элементами.

Как известно, фотоэлектрический генератор (ФЭГ) включает в себя один или несколько фотоэлектрических элементов (ФЭ), соединенных друг с другом последовательно и/или параллельно. В случае использования неорганических материалов фотоэлектрический элемент образован, в основном, диодом, с pn- или pin-переходом, выполняемым из полупроводникового материала. Этот материал обладает свойством поглощать световую энергию, значительная часть которой может быть передана носителям зарядов, электронам и дыркам. При такой структуре диода, с pn- или pin-переходом, путем легирования двух зон соответственно типа N и типа P, отделенных в ряде случаев от нелегированной области, называемой «беспримесной областью», «областью собственной проводимости» или «i-областью», в обозначении pin-перехода она представлена буквой i, от англ. intrinsic, носители зарядов удается разделить, с тем чтобы впоследствии их можно было собрать с помощью специальных электродов, входящих в состав фотоэлектрического элемента. Разность потенциалов, или напряжение при разомкнутой цепи, Voc, и максимальный ток, или ток короткого замыкания, Icc, которые может обеспечить фотоэлектрический элемент, зависят как от материалов, входящих в состав всего элемента, так и от условий, в которых он работает, в том числе от освещенности, выраженной через спектральную интенсивность, температуры и др. В случае использования органических материалов модели будут существенно отличаться, при этом большее значение приобретает представление о донорных и акцепторных материалах, в которых формируют пары «электрон-дырка», называемые экситонами. Конечная цель остается той же самой - разделить носители зарядов, чтобы впоследствии собрать их и генерировать ток.

На фиг.1 схематически представлен пример выполнения фотоэлектрического генератора. Большинство фотоэлектрических генераторов включают в себя хотя бы одну панель фотоэлектрических элементов, соединенных друг с другом последовательно и/или параллельно. Можно предусмотреть последовательное соединение нескольких групп элементов с целью повышения суммарного напряжения группы элементов; можно также соединить параллельно несколько групп элементов, чтобы увеличить суммарный ток генератора. Подобным же образом можно выполнить последовательное и/или параллельное соединение нескольких панелей, что позволит увеличить напряжение и/или ток генератора, в зависимости от конкретной ситуации применения.

На фиг.1 представлен фотоэлектрический генератор, состоящий их двух ветвей, по три группы элементов 2 в каждой. Для того чтобы можно было гарантировать электробезопасность фотоэлектрического генератора, рекомендуют использовать блокировочные диоды 3 и шунтирующие диоды 4. Блокировочные диоды 3 включены последовательно в каждую параллельную ветвь генератора для предотвращения протекания через элементы обратного тока, поступающего от потребителя или из других ветвей генератора. Шунтирующие диоды 4 включены встречно-параллельно группам элементов 2. Шунтирующие диоды 4 обеспечивают возможность короткого замыкания группы элементов 2 в случае их отказа или затенения и таким образом решают проблему локального перегрева.

Максимальное напряжение генератора равно сумме максимальных напряжений составляющих его элементов, а максимальный ток, который может вырабатывать такой генератор, равен сумме максимальных токов элементов. Напряжение Voc элемента максимально в режиме холостого хода элемента, то есть при нулевом вырабатываемом токе (разомкнутой цепи), а ток Icc элемента максимален при короткозамкнутых зажимах элемента, то есть при нулевом напряжении на зажимах элемента. Максимальные значения Voc и Icc зависят от технологии и материалов, применяемых для изготовления фотоэлектрического элемента. Максимальное значение тока Icc зависит также в значительной степени от уровня инсоляции элемента. Таким образом, фотоэлектрическому элементу свойственны нелинейная вольтамперная характеристика и характеристика мощности с точкой максимальной мощности (ТММ), соответствующей оптимальным значениям напряжения Vop и тока Iop. На фиг.2 приведены вольтамперная Ipv и мощностная Ppv характеристики фотоэлектрического элемента с точкой максимальной мощности. Фотоэлектрический генератор тоже будет иметь нелинейную вольтамперную характеристику и мощностную характеристику с точкой максимальной мощности. Если затенена часть элементов или отказал один или несколько элементов данной группы, то будет иметь место смещение точки максимальной мощности ТММ.

Известны решения, оптимизирующие работу фотоэлектрического генератора благодаря использованию устройства слежения за точкой максимальной мощности УСТММ. Это устройство УСТММ может быть связано со статическим преобразователем (СП), который может представлять собой, в зависимости от конкретного применения, либо преобразователь DC/AC, либо преобразователь DC/DC. На фиг.1 показан также статический преобразователь 8 DC/AC, подключенный к выходу генератора и обеспечивающий сбор электроэнергии, произведенной всеми элементами генератора, и ее выдачу в нагрузку. В зависимости от потребностей нагрузки, на преобразователь может быть выдана команда на повышение или понижение выходного напряжения и/или на его преобразование в пульсирующее выходное напряжение. Кроме того, на фиг.1 представлено устройство УСТММ 6, связанное с указанным преобразователем 8.

Устройство УСТММ 6 рассчитывают таким образом, чтобы управлять работой преобразователя 8 с получением входного напряжения, соответствующего оптимальной величине Vopt, то есть величине, соответствующей оптимальной точке мощностной характеристики. Точка максимальной мощности зависит от нескольких изменяющихся во времени параметров, в частности от действующей инсоляции, от температуры элементов или от количества элементов, находящихся в рабочем режиме.

В этом смысле выработка энергии фотоэлектрического генератора не сильно зависит от неисправностей или затенения конкретных элементов. Выработка электроэнергии генератора напрямую зависит от режима работы каждого фотоэлектрического элемента.

Так, например, в устройстве УСТММ для слежения за точкой максимальной мощности могут применить алгоритм, определяющий влияние изменения напряжения на вырабатываемую генератором мощность и вызывающий сдвиг напряжения в направлении, которое было определено как способствующее повышению мощности. Таким образом, подобный алгоритм предусматривает измерение вырабатываемой генератором мощности при некотором первом напряжении, после чего, с заданным временным интервалом, прилагают некоторое второе напряжение больше первого и, наконец, измеряют или оценивают соответствующую величину мощности. В случае когда мощность, соответствующая второму напряжению, превышает мощность, соответствующую первому напряжению, следующим этапом выполнения алгоритма будет задание некоторого третьего напряжения еще большей величины. В противном случае прилагаемое третье напряжение будет меньше первого. Таким образом, система может постоянно выполнять постепенное регулирование напряжения на зажимах фотоэлектрического генератора с целью приблизиться, насколько возможно, к точке максимальной мощности. Разумеется, возможны и иные алгоритмы управления работой устройства УСТММ.

Тем не менее, существует необходимость в оптимизации управления энергией, производимой каждой группой фотоэлектрических элементов генератора, в частности с целью наилучшего согласования мощности генератора с потребностями нагрузки и/или эффективной и быстрой компенсации отказов и/или колебаний инсоляции, оказывающей воздействие на некоторые элементы.

Для достижения этой цели предложена система электронного управления фотоэлектрическим генератором, содержащая ряд микропреобразователей, каждый из которых связан с одним или несколькими элементами, и по меньшей мере один модуль реконфигурации, обеспечивающий управление потоками энергии, поступающими от каждого микропреобразователя. Таким образом, указанный модуль реконфигурации может, в зависимости от потребностей нагрузки и/или от режима работы разных групп элементов, изменять перенос потоков энергии. Реконфигурацией переноса потоков энергии управляет центральный процессор. Имеется также возможность оптимизировать выработку электроэнергии путем регулирования вырабатываемой мощности в соответствии с имеющимися потребностями и/или с рабочим состоянием различных элементов.

В частности, изобретение относится к системе электронного управления фотоэлектрическим генератором, включающей в себя:

- ряд статических микропреобразователей, каждый из которых электрически соединен по меньшей мере с одним фотоэлектрическим элементом,

- по меньшей мере один модуль реконфигурации, обеспечивающий перенос потоков энергии по меньшей мере от одного микропреобразователя к нагрузке,

- центральный электронный процессор, обеспечивающий управление изменением потоков энергии, переносимых указанным по меньшей мере одним модулем реконфигурации.

В соответствии с одним из вариантов осуществления каждый микропреобразователь связан с управляющей электронной схемой, предназначенной для связи с центральным электронным процессором. Управляющая электронная схема может измерять электрические данные на входе и/или на выходе микропреобразователя. Управляющая электронная схема может содержать устройство слежения за точкой максимальной мощности (УСТММ). Управляющая электронная схема может содержать часы и/или датчик температуры.

В соответствии с одним из вариантов осуществления микропреобразователь соединяют с каждым элементом многопереходного фотоэлектрического устройства.

В соответствии с различными вариантами осуществления центральный электронный процессор предназначен для связи с нагрузкой и/или с внешней сетью.

В соответствии с одним из вариантов осуществления модуль реконфигурации содержит ряд выключателей. В соответствии с различными вариантами осуществления центральный электронный процессор предназначен для управления последовательным или параллельным включением по меньшей мере двух микропреобразователей через модуль реконфигурации. Центральный электронный процессор также предназначен для управления замыканием накоротко или шунтированием по меньшей мере одного микропреобразователя через модуль реконфигурации.

Предметом изобретения является также фотоэлектрический генератор, содержащий по меньшей мере один фотоэлектрический элемент и систему управления согласно изобретению.

Остальные признаки и преимущества изобретения пояснены в нижеследующем описании вариантов его осуществления, приведенных в качестве примеров со ссылками на прилагаемые иллюстрации:

- фиг.1: рассмотренный выше фотоэлектрический генератор, известный из предшествующего уровня техники;

- фиг.2: рассмотренные выше расчетные вольтамперная и мощностная характеристики фотоэлектрического элемента;

- фиг.3: типовая схема системы электронного управления согласно изобретению;

- фиг.4: схема модуля реконфигурации предлагаемой системы согласно изобретению.

В соответствии с изобретением предложена система электронного управления фотоэлектрическим генератором, содержащая ряд фотоэлектрических элементов, соединенных между собой последовательно и/или параллельно. Предлагаемая система включает в себя ряд статических микропреобразователей. Под термином «микропреобразователь» понимают преобразователь, связанный с одним фотоэлектрическим элементом или с небольшой группой фотоэлектрических элементов, в отличие от преобразователя с одним выходом связанного со всеми элементами генератора. Каждый микропреобразователь с помощью электрического соединения подключают по меньшей мере к одному фотоэлектрическиму элементу с целью сбора вырабатываемой элементом энергии и переноса ее в нагрузку. Под «нагрузкой» понимают потребителя электроэнергии, на которого работает фотоэлектрический генератор.

Предлагаемая система управления содержит также центральный электронный процессор, управляющий работой по меньшей мере одного модуля реконфигурации. Такой модуль предназначен для передачи выходной мощности нескольких микропреобразователей в нагрузку. Центральный электронный процессор управляет каждым модулем реконфигурации с целью контроля распределения потоков энергии, поступающих от каждого преобразователя, в зависимости от потребностей нагрузки и/или режима работы входящих в состав генератора элементов. Таким образом, управление энергией, выработанной каждым фотоэлектрическим элементом, может быть оптимизировано несмотря на отказы элементов, и/или их преждевременное старение, и/или возникновение локального перегрева.

На фиг.3 представлен пример исполнения системы электронного управления фотоэлектрическим генератором согласно изобретению. Система обеспечивает оптимизацию выработки электроэнергии фотоэлектрическими элементами.

Предлагаемая система управления содержит ряд статических микропреобразователей 14, DC/DC или DC/AC, каждый из которых соединен по меньшей мере с одним фотоэлектрическим элементом. В примере на фиг.3 используют шесть микропреобразователей 14, соединенных с шестью группами 12 фотоэлектрических элементов. Эта конфигурация схемы приведена лишь в качестве иллюстрации, поэтому следует понимать, что система вполне может управлять работой десятков и даже сотен микропреобразователей 14, каждый из которых может быть связан с элементами 12, количество которых может измеряться одной или несколькими сотнями.

Каждый микропреобразователь 14 может быть связан с электронной схемой 16 управления энергией элемента или элементов 12, связанного или связанных с этим микропреобразователем. В состав электронной схемы 16 может, в частности, входить устройство слежения за точкой максимальной мощности УСТММ соответствующего элемента 12 или соответствующих элементов 12. Устройство УСТММ рассчитано таким образом, чтобы можно было реализовать алгоритм поиска точки максимальной мощности фотоэлектрического элемента 12 или фотоэлектрических элементов 12, например алгоритм, описанный ранее в качестве примера. Управляющая электронная схема 16 может содержать датчики напряжения, тока и температуры. Благодаря этому она в состоянии измерять электрические данные, ток и/или напряжение, на входе и/или на выходе микропреобразователя 14, с которым она связана. Она может также измерять температуру панели. Управляющая электронная схема 16 связана с центральным электронным процессором 20 и рассчитана на управление изменением режима микропреобразователя 14, с которым она связана. Управляющая электронная схема 16 может посылать результаты выполненных ею измерений непосредственно в центральный процессор 20, или сама производить их обработку, сигнализируя центральному процессору лишь о неисправностях. Для этого управляющая электронная схема 16 может быть снабжена микроконтроллером или интегральной логической схемой (ППВМ, или программируемая пользователем вентильная матрица, от англ. FPGA, Field-Programmed Gate Array), использующей алгоритмы вычислений в реальном времени. Если управляющая электронная схема 16 объединена с устройством УСТММ, то она включает в себя работающее в реальном времени вычислительное устройство, способное обеспечить реализацию идеи изобретения.

Как видно на фиг.3, ряд микропреобразователей 14 соединен также с выходным статическим преобразователем 18 генератора для согласования с нагрузкой 100. На фиг.3 представлен статический преобразователь 18 с одним выходом, однако должно быть понятно, что несколько преобразователей 18 можно включить последовательно, параллельно или каскадом, в зависимости от размера и структуры фотоэлектрического генератора. В рассматриваемом примере на фиг.3 в качестве выходного преобразователя 18 используют преобразователь DC/AC, хотя может быть использован и преобразователь DC/DC; преобразователь 18 может быть как повышающим, так и понижающим, в зависимости от запланированного применения. Так, например, преобразователь 18 обеспечивает на выходе системы электрическую мощность, совмещенную либо не совмещенную с сигналом типа линейного несущего тока (ЛНТ), который могут использовать в электрической сети.

Каждый микропреобразователь 14 подключают к выходному преобразователю 18 посредством модулей реконфигурации 22, образующих переключатели питания. Как показано на фиг.3, один модуль реконфигурации 22 связан с тремя микропреобразователями 14, однако следует рассматривать пример как чисто иллюстративный и не накладывающий каких бы то ни было ограничений.

Модули реконфигурации 22 позволяют управлять потоками энергии, поступающими от каждого микропреобразователя 14 на выходной преобразователь 18, и реконфигурировать эти потоки в соответствии с возможными отказами некоторых групп элементов 12 и/или в соответствии с конкретными потребностями нагрузки 100 в энергии. Управление работой модуля реконфигурации 22 осуществляют с помощью центрального электронного процессора 20.

В качестве центрального процессора 20 может быть использован, например, микроконтроллер. На центральный процессор 20 поступает информация от каждой управляющей электронной схемы 16, при этом процессор может управлять каждым модулем реконфигурации 22, а также каждой управляющей электронной схемой 16. Кроме того, центральный процессор 20 может получать информацию от нагрузки 100, например запрос на электроэнергию в соответствии с конкретной потребностью, а также передавать информацию в нагрузку, например сообщать ей об аварийном отключении питания. Центральный процессор 20 может также поддерживать связь с внешней сетью, например с электрооператором, чтобы информировать его об отказе или необходимости проведения техобслуживания.

Связь между центральным процессором 20 и другими описанными выше устройствами могут обеспечивать любыми средствами соответствующего типа, такими как сетевые кабели, линейные несущие токи (ЛНТ), протоколы беспроводной связи (WiFi) и пр. Связь между центральным процессором 20 и управляющими электронными схемами 16 является двусторонней, так же как связь между центральным процессором 20 и нагрузкой 100 и между центральным процессором 20 и внешней сетью. Напротив, связь между центральным процессором 20 и модулями реконфигурации 22 является односторонней, при этом модули 22 получают от процессора команды без необходимости обмена информацией друг с другом. Для каждого из указанных видов связи могут быть использованы свои отдельные технологии и протоколы.

Исходя из информации, получаемой каждой управляющей электронной схемой 16 и/или нагрузкой 100, центральный процессор 20 может давать команду в каждый модуль реконфигурации 22 на изменение потоков энергии, передаваемых каждым микропреобразователем 14, с учетом потребностей и/или рабочего состояния всех элементов и микропреобразователей, входящих в состав генератора. Центральный процессор 20 может также давать команду в каждую электронную схему 16 на оптимальное изменение управления каждым микропреобразователем 14. В частности, при неисправностях или отказе некоторых групп элементов, центральный процессор 20 получает информацию об этом от связанных с каждой из этих групп управляющих электронных схем 16 и может выдать команду на реконфигурацию потоков энергии, вырабатываемых любой другой группой элементов.

На фиг.4 детально представлена структура одного модуля реконфигурации 22. Как видно из фиг.4, модуль реконфигурации 22 связан с тремя микропреобразователями 14, хотя совершенно очевидно, что возможности его построения не ограничены этим вариантом. Рассматриваемый модуль 22 имеет 2n входов мощности, где n - количество микропреобразователей 14, связанных с модулем, и 2 выхода мощности. Таким образом, модуль реконфигурации 22 получает на входе электрическую мощность, вырабатываемую каждым микропреобразователем 14, и выдает на выходе увеличенную мощность. Модуль реконфигурации 22 снабжен рядом выключателей 26, работу которых контролирует центральный электронный процессор 20. Выключатели 26 могут быть любого соответствующего типа, в зависимости от используемой в модуле 22 электроники и от выбранного протокола связи с центральным процессором 20; можно использовать, например, транзисторы или программируемые логические схемы типа ППВМ.

В зависимости от потребностей нагрузки модуль реконфигурации 22 может вырабатывать значительное напряжение при последовательном включении микропреобразователей 14 или значительный ток при их параллельном включении. Последовательным или параллельным включением модулей управляет центральный электронный процессор 20, подающий команду на замыкание или размыкание соответствующих выключателей 26. Потребности нагрузки 100 сообщают центральному электронному процессору 20 либо в результате запроса, посылаемого непосредственно самой нагрузкой, либо по команде, поступающей из сети.

Возможно последовательное включение нескольких модулей реконфигурации 22, как представлено на фиг.3, для обеспечения конфигурирования фотоэлектрического генератора в широком диапазоне напряжений. Подобным же образом, можно включить несколько таких модулей параллельно, что позволит конфигурировать фотоэлектрический генератор в широком диапазоне токов.

Таким образом, благодаря предложенной системе электронного управления удается управлять различными потребностями нагрузки, с которой связан фотоэлектрический генератор, даже в тех случаях, когда эти потребности меняются со временем. Кроме того, система согласно изобретению позволяет решать проблемы в ситуациях с временным или необратимым нарушением работы элементов, входящих в состав генератора.

При неисправности группы элементов 12 и/или микропреобразователя 14 модуль реконфигурации 22 может замкнуть накоротко, либо шунтировать, временно или насовсем, соответствующие входы мощности. Замыканием накоротко или шунтированием микропреобразователя 14 управляет центральный электронный процессор 20, подающий команды на замыкание или размыкание соответствующих выключателей 26.

Причины неисправности группы элементов 12 могут быть разными. В частности, это может быть старение элементов 12, недостаточная инсоляция или необратимый отказ. Учитывая разнообразие причин неисправностей, необходимо предусмотреть легко реализуемый способ определения рабочего состояния группы элементов 12. Неисправность можно выявить, например, по изменению вольт-амперной характеристики на входе микропреобразователя 14. Измерение электрических параметров на входе микропреобразователя осуществляет управляющая электронная схема 16. Измерение может производиться непрерывно, либо через регулярные интервалы.

Неисправность микропреобразователя 14 также можно обнаружить в процессе изменения его вольт-амперной характеристики. Измерение электрических параметров на выходе микропреобразователя осуществляет управляющая электронная схема 16. Измерение может производиться непрерывно, либо через регулярные интервалы.

Справиться с подобными ситуациями, связанными с неисправностями, удается благодаря предлагаемой согласно изобретению системе управления. Как указывалось выше, управляющая электронная схема 16 измеряет токи и напряжения на входе и выходе микропреобразователя 14.

Если произведение Ipv·Vpv, то есть мощность на входе микропреобразователя 14, равно нулю, то это означает, что соответствующий элемент или соответствующие элементы затенены или неисправны. Для того чтобы можно было провести различие между временным затенением, длительным затенением и необратимым отказом, в состав управляющей электронной схемы 16 могут входить часы. Если произведение Ipv·Vpv остается равным нулю в течение периода, меньшего, чем первое пороговое значение, управляющая электронная схема 16 делает вывод о простом временном затенении и может разрешить эту ситуацию сама, выдав своему микропреобразователю 14 команду на временный переход в режим короткого замыкания. Если произведение Ipv·Vpv остается равным нулю в течение периода, большего, чем указанное первое пороговое значение, но меньшего, чем второе пороговое значение, управляющая электронная схема 16 делает вывод о длительном затенении и предупреждает об этом центральный процессор. Если же произведение Ipv·Vpv остается равным нулю в течение периода, большего, чем второе пороговое значение, то управляющая электронная схема 16 делает вывод о необратимом отказе группы элементов и предупреждает об этом центральный процессор. Само собой разумеется, что пороговые значения времени зависят от конкретного применения. Можно также выбрать режим работы с одним пороговым значением времени или вообще без него.

В случае затенения центральный процессор 20 может выдать модулям команду на реконфигурацию потоков энергии путем замыкания затененной группы накоротко и реорганизации потоков, создаваемых микропреобразователями 14 незатененных групп элементов 12. Так, например, центральный процессор 20 может выдать некоторым управляющим электронным схемам 16 команды на изменение функционирования их микропреобразователя 14, связанного с незатененными элементами. По команде от центрального процессора 20 управляющая электронная схема 16 может даже выполнить внужденный перевод микропреобразователя 14 в режим с ухудшенными условиями работы. Дело в том, что каждый микропреобразователь может повышать или понижать напряжение, вырабатываемое связанными с ним элементами, в пределах максимального значения Voc.

В случае необратимого отказа какой-нибудь группы элементов 12 управляющая электронная схема 16 информирует об этом центральный процессор 20 и может выдать микропреобразователю 14 команду на переход в режим шунтирования, поскольку каждый микропреобразователь 14 в состоянии заменять собой шунтирующие и блокировочные диоды. Совершенно очевидно, однако, что использование микропреобразователей 14 отнюдь не исключает наличия традиционных защитных диодов, описанных при рассмотрении фиг.2. После того как центральный процессор 20 получил информацию об указанном необратимом отказе, он может известить о нем оператора.

Если произведение Is·Vs, то есть мощность на выходе микропреобразователя 14, равно нулю или является бесконечной величиной, то это означает, что микропреобразователь неисправен. В этом случае управляющая электронная схема 16 информирует центральный процессор 20, который дает модулю реконфигурации 22 команду на замыкание накоротко входов мощности, соответствующих неисправному микропреобразователю. Центральный процессор 20 может также дать команду на реорганизацию потоков энергии, создаваемых другими, исправными, микропреобразователями. Кроме этого, центральный процессор 20 может проинформировать оператора об отказе.

Система электронного управления согласно изобретению может также выполнять функции обеспечения безопасности. Так, например, центральный процессор 20 может дать команду на выключение всех микропреобразователей 14 и преобразователя 18. Он может дать команду на такое аварийное отключение по запросу нагрузки 100 или внешней сети, либо самостоятельно на основе информации, полученной им от управляющих электронных схем 16, например, о чрезмерно высокой температуре нескольких групп элементов 12. Кроме того, локальными функциями безопасности может быть наделена каждая управляющая электронная схема 16, в частности, в случае перегрева какой-либо группы элементов 12, при этом она может перевести свой микропреобразователь 14 в режим короткого замыкания, проинформировав об этом центральный процессор 20.

Предлагаемая система электронного управления может также выполнять функции защиты от хищения. Так, например, центральный процессор 20 может дать команду на размыкание всех выключателей 26 модулей реконфигурации 22, если он получил информацию о перемещении генератора, например, от механического выключателя. В этом случае могут быть предусмотрены код или команда от оператора для повторной активации выключателей 26 модулей реконфигурации 22 и возобновления переноса энергии от фотоэлектрических элементов в нагрузку 100.

Кроме того, центральный процессор 20 системы управления может передавать информацию о рабочем состоянии групп элементов 12 и/или микропреобразователей 14 каждой панели 24 в центральную систему электросетей, что позволит облегчить техобслуживание панелей 24. В частности, ответственный за техобслуживание оператор будет в результате быстрее оповещен о неисправностях конкретных групп фотоэлектрических элементов 12 или конкретных микропреобразователей 14 и сможет принять соответствующие меры.

Система управления согласно изобретению может быть полностью или частично встроена в фотоэлектрический генератор. Генератор может включать в себя несколько панелей 24, при этом каждая панель может состоять из нескольких групп фотоэлектрических элементов, соединенных друг с другом последовательно и/или параллельно. Хотя на фиг.3 представлены две панели 24, по три группы элементов 12 каждая, совершенно понятно, что их количество не ограничено указанным числом.

В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления могут быть использованы многопереходные фотоэлектрические устройства. В этом случае становится необходимым решить проблему электрической связи между разными переходами. Многопереходным фотоэлектрическим устройством, например с тандемным переходом, называют фотоэлектрической устройство, состоящее из нескольких одиночных переходов, сложенных таким образом, чтобы расширить область поглощения солнечного спектра этим устройством. Благодаря таким фотоэлектрическим устройствам с тандемным переходом получают более высокий кпд преобразования электрической энергии. Основным недостатком электрической связи в фотоэлектрическом устройстве с тандемным переходом является необходимость согласования характеристик составляющих этот тандем фотоэлектрических элементов вне зависимости от условий инсоляции. На практике такая идеальная ситуация недостижима, так как выработка тока каждого элемента тандема различается произвольно, в зависимости от области спектра, в которой они активны, и ее изменение зависит от условий инсоляции. В результате слабейший из элементов задает внутреннее ограничение фотоэлектрического устройства с тандемным переходом. Такое ограничение по току приводит к существенному снижению расчетного кпд фотоэлектрического устройства с тандемным переходом. Решение этой проблемы состоит в электрической развязке переходов фотоэлектрического устройства с тандемным переходом. Составляющие тандем фотоэлектрические элементы постоянно связаны оптически, но электрически они развязаны. При этом каждый переход связан с двумя электрическими электродами, в результате чего, в случае с одним тандемом, получают четырехэлектродное фотоэлектрическое устройство. Благодаря соединению микропреобразователя 14 с каждым из фотоэлектрических элементов тандема система позволяет получить многопереходное фотоэлектрическое устройство, работающее на электрически развязанных фотоэлектрических элементах, оптимальное управление каждым из которых обеспечено посредством модулей реконфигурации 22.

Хотя изобретение было описано выше применительно к примерам, представленным на приложенных иллюстрациях, должно быть очевидно, что оно не имеет никакого ограничительного характера. Так, в частности, количество и размещение групп элементов 12 микропреобразователей 14 и модулей реконфигурации 22 зависят от запланированного применения и структуры фотоэлектрического генератора. В качестве алгоритмов команд УСТММ, которые могут быть введены в управляющие электронные схемы 16, можно использовать любые уже существующие алгоритмы или же те, которые будут разработаны впоследствии, причем каждая электронная схема 16 может использовать свой алгоритм. Точно так же протоколы связи, используемые между центральным процессором 20 и компонентами системы или внешней сетью, могут быть изменены в соответствии с имеющимися технологиями.

1. Система электронного управления фотоэлектрическим генератором, содержащая:
множество статических микропреобразователей, каждый из которых электрически соединен с одним или несколькими фотоэлектрическими элементами, являющимися частью всей совокупности указанных элементов генератора,
по меньшей мере один модуль реконфигурации, предназначенный для переноса потоков энергии от указанных микропреобразователей к нагрузке,
центральный электронный процессор, предназначенный для управления изменением потоков энергии, переносимых указанным по меньшей мере одним модулем реконфигурации, и для управления замыканием накоротко или шунтированием по меньшей мере одного микропреобразователя через указанный по меньшей мере один модуль реконфигурации.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый микропреобразователь связан с управляющей электронной схемой, предназначенной для связи с центральным электронным процессором.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что управляющая электронная схема измеряет электрические параметры на входе и/или на выходе микропреобразователя.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что управляющая электронная схема содержит устройство слежения за точкой максимальной мощности (УСТММ).

5. Система по п.2, отличающаяся тем, что управляющая электронная схема содержит часы.

6. Система по п.2, отличающаяся тем, что управляющая электронная схема содержит датчик температуры.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что микропреобразователь соединен с каждым элементом многопереходного фотоэлектрического устройства.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что центральный электронный процессор предназначен для связи с нагрузкой.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что центральный электронный процессор предназначен для связи с внешней сетью.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что центральный электронный процессор предназначен для управления последовательным включением, по меньшей мере, двух микропреобразователей через модуль реконфигурации.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что центральный электронный процессор предназначен для управления параллельным включением, по меньшей мере, двух микропреобразователей через модуль реконфигурации.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль реконфигурации содержит ряд выключателей.

13. Фотоэлектрический генератор, содержащий:
по меньшей мере, один фотоэлектрический элемент;
систему электронного управления, содержащую:
множество статических микропреобразователей, каждый из которых электрически соединен с одним или несколькими фотоэлектрическими элементами, являющимися частью всей совокупности указанных элементов генератора,
по меньшей мере один модуль реконфигурации, предназначенный для переноса потоков энергии от указанных микропреобразователей к нагрузке,
центральный электронный процессор, предназначенный для управления изменением потоков энергии, переносимых указанным по меньшей мере одним модулем реконфигурации, и для управления замыканием накоротко или шунтированием по меньшей мере одного микропреобразователя через указанный по меньшей мере один модуль реконфигурации.

14. Система электронного управления фотоэлектрическим генератором, содержащая по меньшей мере одно многопереходное фотоэлектрическое устройство, также содержащая:
множество статических микропреобразователей, причем один микропреобразователь электрически соединен с каждым элементом указанного по меньшей мере одного многопереходного фотоэлектрического устройства,
по меньшей мере один модуль реконфигурации, предназначенный для переноса потоков энергии от указанных микропреобразователей к нагрузке,
центральный электронный процессор, предназначенный для управления изменением потоков энергии, переносимых указанным по меньшей мере одним модулем реконфигурации, и для управления замыканием накоротко или шунтированием по меньшей мере одного микропреобразователя через указанный по меньшей мере один модуль реконфигурации.

15. Фотоэлектрический генератор, содержащий:
по меньшей мере одно многопереходное фотоэлектрическое устройство,
систему электронного управления, содержащую:
множество статических микропреобразователей, причем один микропреобразователь электрически соединен с каждым элементом указанного по меньшей мере одного многопереходного фотоэлектрического устройства,
по меньшей мере один модуль реконфигурации, предназначенный для переноса потоков энергии от указанных микропреобразователей к нагрузке,
центральный электронный процессор, предназначенный для управления изменением потоков энергии, переносимых указанным по меньшей мере одним модулем реконфигурации, и для управления замыканием накоротко или шунтированием по меньшей мере одного микропреобразователя через указанный по меньшей мере один модуль реконфигурации.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области фотогальванических генераторов. Технический результат заключается в повышении КПД преобразования генератора.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Изобретение относится к вторичным источникам электропитания радиоэлектронной аппаратуры в качестве первичного источника солнечной батареи (СБ). .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях постоянного тока с нелинейными параметрами в альтернативных источниках энергии. Технический результат - повышение количества энергии, отбираемой от солнечной батареи, В способе питания нагрузки от солнечной батареи использован преобразователь повышающего типа, в котором коммутацию ключевых элементов осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, измеряют выходную характеристику преобразователя и формируют управляющий сигнал, эквивалентный коэффициенту заполнения силового ключа. 2 ил.
Наверх