Способ определения параметров режима максимальной энергоотдачи модуля фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) Российский патент 2025 года по МПК G05F1/67 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано как автономный источник электропитания и, в частности, для заряда тяговых батарей электромобиля.

Уровень техники

Известен способ поддержания фотоэлектрического источника питания в точке максимальной мощности (см. Патент США №US 9436201 В1, заявитель KARMSOLAR, опубликовано 06.09.2016), который представляет собой систему управления, ориентированную на точечное изменение рабочего параметра в выбираемом направлении.

Недостатками данного способа является относительно низкое быстродействие поиска экстремальной рабочей точки и схемотехническая сложность реализации.

Также известен способ управления потреблением энергии солнечного модуля в режиме максимальной мощности (см. патент RU 2792880 С1, патентообладатель: университет имени Иммануила Канта, опубликовано 28.03.2023) и достигается тем, что осуществляется измерение выходных тока и напряжения солнечного модуля, его температуры и уровня освещенности, однократное ручное задание типа солнечного модуля, считывания из заранее составленной базы данных энергетических, температурных и яркостных параметров используемого солнечного модуля и установления с помощью управляемого конвертера точки максимальной мощности солнечного модуля.

Недостатками данного способа является изменение базовых параметров солнечного модуля из-за загрязнения его рабочих поверхностей и старения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является «Фотоэлектрический мультимодальный метод быстрого слежения за МПП, основанный на сканировании напряжения-мощности» (патент CN 201711473669.2 В, патентообладатель Мааншанский технический колледж Опубл. 17.12.2019), и достигается тем, что осуществляется измерение выходных тока и напряжения модуля ФЭП, далее от модуля отключается нагрузка и конденсатор до полного его разряда через нагрузку, затем нагрузка остается отключенной, а конденсатор подключается к модулю, при этом методом Perturb and Observe (возмущения и наблюдения) осуществляется расчет и фиксация точки максимальной мощности, рассчитанной по текущим значениям напряжения на конденсаторе и тока через него.

Недостатками способа - прототипа являются низкое быстродействие поиска оптимальной рабочей точки и схемотехническая сложность реализации.

Раскрытие сущности изобретения

Целью предполагаемого изобретения является повышение быстродействия поиска оптимальной рабочей точки и упрощение функциональной схемы.

При этом достигаются следующие технические результаты:

- повышение функциональной эффективность;

- увеличение энергетической эффективности.

Указанная техническая задача решается тем, что осуществляется измерение текущие значения напряжения и тока на выходе модуля ФЭП, питающего регулируемую нагрузку, отличающийся тем, что отключается нагрузка и цепь разряда конденсатора, и фиксируется с учетом корректирующего коэффициента величина напряжения холостого хода, затем параллельно выходным контактам ФЭП подключается конденсатор и в первый момент времени фиксируется величина тока короткого замыкания модуля ФЭП, а далее контролируются текущие величины напряжения и тока, кроме того, текущее значение тока умножается на зафиксированное значение напряжения холостого хода, а текущее значение напряжения умножается на зафиксированное значение тока короткого замыкания, а, полученные сигналы названных произведений сравниваются и в момент их равенства фиксируются текущие значения напряжения на контактах ФЭП и тока, отдаваемого модулем, значения которых и определяют режим максимальной энергоотдачи модуля ФЭП.

Суть работы предлагаемого способа, позволяющая достичь указанных технических результатов, заключается в его функционировании в нижеследующем виде.

Функциональная эффективность повышается путем сокращения времени нахождения точки максимума энергии, формируемой ФЭП. Это реализуется за счет того, что разряд конденсатора реализуется не за счет времени самого измерительного цикла и, при этом, на время разряда конденсатора не влияет величина фильтра в звене нагрузки. Кроме того, сам расчет точки максимума энергии по предлагаемому способу требует меньше времени за счет меньшего числа вычислительных операций.

Энергетическая эффективность увеличивается за счет сокращения времени измерительного цикла.

Краткое описание чертежей (если они содержатся в заявке)

Предложение поясняется представленной на Фиг. 1 структурной схемой реализации способа определения параметров режима максимальной энергоотдачи модуля ФЭП, в которой введены следующие обозначения:

1 - модуль ФЭП;

2 - измеритель напряжения на выходе ФЭП;

3 - измеритель тока, формируемого ФЭП;

4 - нагрузка;

5 - коммутатор цепи нагрузки;

6 - коммутатор разряда конденсатора С;

7 - первая ячейка памяти;

8 - коммутатор цепи конденсатора С;

9 - вторая ячейка памяти;

10 - первый блок умножения;

11 - второй блок умножения;

12 - блок сравнения;

13 - третья ячейка памяти;

14 - четвертая ячейка памяти.

Осуществление изобретения

Суть последовательности действий предлагаемого способа определения параметров режима максимальной энергоотдачи модуля ФЭП заключается в следующем.

Электрическая мощность, снимаемая с модуля ФЭП равна Р=IU. Точку максимальной энергоотдачи можно найти, приравняв производную выражения электрической мощности нулю. Но в таком случае тогда можно записать где I_m и U_m значения тока и напряжения модуля ФЭП в точке экстремума.

Прослеживается интересная закономерность, что для всех типов ФЭП, для всего диапазона освещенности и рабочих температур U_m/I_m ≈ U_xx/I_кз, где U_xx - напряжение холостого хода, I_кз - ток короткого замыкания. В предлагаемом способе, измерив U_xx и I_кз, определять U_m и I_m исходя из следующего соотношения U_m I_кз ≈ U_xx I_m. Таким образом предлагается изначально измерив и запомнив значения U_xx и I_кз, измеряя текущие значения напряжения и тока на подключаемом в цикле измерения к модулю ФЭП конденсаторе, фиксировать значения U_m и I_кз в момент выполнения равенства U_m I_кз = U_xx I_m. При таком измерении максимальных параметров модуля ФЭП ошибка составит не более 2.5% для всех режимов работы модуля. Эту ошибку можно уменьшить, введя корректирующий коэффициент 0.85÷0.95 для различных типов элементов ФЭП и умножив на него измеренную величину U_xx. Ошибка измерения в этом случае не превысит 1%.

Способ определения параметров режима максимальной энергоотдачи модуля ФЭП (1), включающий измерение текущие значения напряжения (2) и тока (3) на выходе модуля ФЭП, питающего регулируемую нагрузку (4), отличающийся тем, что отключается нагрузка (5) и цепь разряда конденсатора (6), и фиксируется с учетом корректирующего коэффициента величина напряжения холостого хода (7), затем параллельно выходным контактам ФЭП (1) подключается (8) конденсатор (С) и в первый момент времени фиксируется величина тока короткого замыкания (9) модуля ФЭП (1), а далее контролируются текущие величины напряжения (2) и тока (3), кроме того, текущее значение тока умножается (10) на зафиксированное значение напряжения холостого хода, а текущее значение напряжения умножается (11) на зафиксированное значение тока короткого замыкания, а, полученные сигналы названных произведений сравниваются (12) и в момент их равенства фиксируются текущие значения напряжения (13) на контактах ФЭП и тока (14), отдаваемого модулем, значения которых и определяют режим максимальной энергоотдачи модуля ФЭП.

На основании изложенного можно утверждать нижеследующее.

Поставленная техническая задача решается техническими средствами и может быть использована в предложенном виде в народном хозяйстве, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».

Предложение имеет отличия от известной конструкции устройства и имеет отличия в последовательности действий при его работе как реализация способа его работы, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».

Предложенная система определения параметров режима максимальной энергоотдачи модуля ФЭП имеет отличия от известной конструкции устройства, при работе которого и выполнении всех известных и новых действий последовательности работы новой конструкции устройства позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для управления потреблением энергии модуля ФЭП в режиме максимальной мощности. Технический результат заключается в увеличении скорости определения параметров точки максимальной мощности. Данный результат достигается тем, что измеряются текущие значения напряжения (2) и тока (3) на выходе модуля ФЭП, питающего регулируемую нагрузку (4), отключается нагрузка (5) и цепь разряда конденсатора (6), и фиксируется с учетом корректирующего коэффициента величина напряжения холостого хода (7), затем параллельно выходным контактам ФЭП (1) подключается (8) конденсатор (С) и в первый момент времени фиксируется величина тока короткого замыкания (9) модуля ФЭП (1), а далее контролируются текущие величины напряжения (2) и тока (3), кроме того, текущее значение тока умножается (10) на зафиксированное значение напряжения холостого хода, а текущее значение напряжения умножается (11) на зафиксированное значение тока короткого замыкания, полученные сигналы названных произведений сравниваются (12) и в момент их равенства фиксируются текущие значения напряжения (13) на контактах ФЭП и тока (14), отдаваемого модулем, значения которых и определяют режим максимальной энергоотдачи модуля ФЭП. 1 ил.

Способ определения параметров режима максимальной энергоотдачи модуля фотоэлектрических преобразователей ФЭП, включающий измерение текущих значений напряжения и тока на выходе модуля ФЭП, питающего регулируемую нагрузку, отличающийся тем, что отключают нагрузку и цепь разряда конденсатора, и фиксируют с учетом корректирующего коэффициента величину напряжения холостого хода, затем параллельно выходным контактам ФЭП подключают конденсатор (С) и в первый момент времени фиксируют величину тока короткого замыкания модуля ФЭП, далее контролируют текущие величины напряжения и тока, кроме того, текущее значение тока умножают на зафиксированное значение напряжения холостого хода, а текущее значение напряжения умножают на зафиксированное значение тока короткого замыкания, полученные сигналы названных произведений сравнивают и в момент их равенства фиксируют текущие значения напряжения на контактах ФЭП и тока, отдаваемого модулем, значения которых определяют режим максимальной энергоотдачи модуля ФЭП.