СОЛНЕЧНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02J1/00 H02N6/00 H02M7/42 

Изобретение относится к технике прямого фотоэлектрического преобразования солнечного излучения в электроэнергию с инверсией постоянного напряжения солнечных батарей в переменное напряжение для питания нагрузки и может быть использовано при сооружении мощных солнечных энергетических установок.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности солнечной фотоэлектрической станции путем снижения уровня электрического потенциала относительно земли и устранения возможности возникновения токов короткого замыкания на стороне постоянного тока.

На фиг. 1 изображена схема предложенной солнечной фотоэлектрической станции, содержащей четыре поля фотоэлектрических модулей; на фиг. 2 диаграмма распределения электрических потенциалов относительно земли в контуре постоянного тока станции.

Станция содержит четыре поля солнечных фотоэлектрических модулей 1 с полюсами П1, П2, П8, инверторы 2, связанные через преобразовательные трансформаторы 3 с электрической системой 4 переменного тока. Оба полюса каждого поля модулей 1 соединены через резистивные элементы 5, имеющие одинаковое сопротивление, с заземляющим элементом 6.

При работе станции в контуре постоянного тока, образованном полями фотоэлектрических модулей 1 и инверторами 2, поля включены по полярности поочередно попарно-встречно с инверторами. При одинаковых номинальных напряжениях полей модулей одинаковое возрастание электрического потенциала относительно земли после каждого поля модулей компенсируется одинаковым напряжением встречно включенного этому полю инвертора. Таким образом, в предлагаемой схеме соединения солнечной фотоэлектрической станции электрический потенциал во всем контуре постоянного тока изменяется только на величину номинального напряжения одного поля фотоэлектрических модулей или одного инвертора, и не происходит сложения напряжений при последовательном включении любого количества таких полей и соответственно инверторов.

При работе станции соединение полюсов модулей 1, обозначенных на фиг. 1 как П1 и П2, П3 и П4, П5 и П6, П7 и П8, через резистивные элементы 5 с одинаковым сопротивлением с заземляющими элементами 6 позволяет не только фиксировать потенциалы в контуре постоянного тока относительно земли, но кроме того, возможные при эксплуатации станции замыкания на землю в контуре постоянного тока не вызовут в этом контуре токов короткого замыкания. Распределение потенциалов при работе станции, иллюстрируемое потенциальной диаграммой для стороны постоянного тока этой станции на фиг. 2, показывает, что благодаря симметрированию полюсов П1, П2, П8 полей модулей 1 относительно земли с помощью резистивных элементов 5 потенциал относительно земли в любой точке контура постоянного тока не превышает половины величины напряжения Uм одного поля модулей.

В качестве примера реализации предложенной схемы может быть представлена солнечная станция мощностью 1 МВт, содержащая четыре поля фотоэлектрических модулей каждое с номинальным напряжением 625 В.

Поскольку допустимое сопротивление изоляции Rн относительно земли в установках такого класса напряжения должно быть не менее 500 кОм, то дополнительные резисторы R, обозначенные на фиг. 1 позицией 5, должны иметь величину сопротивления не более 5 кОм для того, чтобы выполнялось соотношение R << R_н. При этом полюса П1, П2, П8 четырех полей модулей 1 и инвертора 2 и подключенное к ним оборудование находятся относительно земли под потенциалом, равным половине величины номинального напряжения одного поля модулей, т.е. под напряжением 312,5 В, что иллюстрируется потенциальной диаграммой на фиг. 2. Мощность резисторов составляет согласно расчетной формуле
W_R U_M²/R 312,5²/5 ˙ 10³ 19,5 Вт.

Соединение обоих полюсов каждого поля фотоэлектрических модулей 1 с заземляющим элементом 6 через введенные резистивные элементы 5 дает дополнительный эффект позволяет создать в середине (электрической) каждого поля модулей нулевой потенциал относительно земли (фиг. 2), что существенно облегчает требования к изоляции полей модулей относительно земли, например к изоляции опорной конструкции полей модулей, которую непосредственно заземлить нельзя из-за возможности появления токов короткого замыкания при возникновении на землю в контуре постоянного тока электростанции. Схема электростанции позволяет каждое поле фотоэлектрических модулей для удобства производства, транспортировки и эксплуатации разделить на две симметричные последовательно соединенные половины, при этом один из пары электрических выводов каждой половины поля модулей находится под нулевым потенциалом относительно земли.

При наличии в схеме солнечной электростанции четырех инверторов на вентильных обмотках преобразовательных трансформаторов 3 можно образовать 24-фазную систему ЭДС, что позволит компенсировать возникающие при работе инверторов гармоники сетевого тока кратностью 6К ± 1 и 12К ± 1.

Использование: в технике прямого фотоэлектрического преобразования солнечного излучения в электроэнергию с инверсией постоянного напряжения солнечных батарей в переменное напряжение, при сооружении мощных солнечных энергетических установок. Сущность изобретения: в фотоэлектрической станции, содержащей последовательно включенные в контур постоянного тока поля солнечных фотоэлектрических модулей и инверторные преобразователи, имеющие трансформаторную связь с сетью переменного тока, включены поочередно поля солнечных фотоэлектрических модулей и инверторные преобразователи , причем номинальные напряжения полей выбираются одинаковыми, а оба полюса каждого поля модулей соединены с землей через резистивные элементы, имеющие одинаковое сопротивление. 2 ил.

СОЛНЕЧНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, содержащая последовательно включенные в контур постоянного тока поля солнечных фотоэлектрических модулей и инверторы, имеющие связь с сетью переменного тока, а также заземляющий элемент, связанный с контуром постоянного тока, отличающаяся тем, что поля солнечных фотоэлектрических модулей и инверторы включены поочередно, причем номинальные напряжения полей выбраны одинаковыми, а оба полюса каждого поля модулей соединены с заземляющим элементом через дополнительно введенные резистивные элементы, имеющие одинаковое сопротивление.