Устройство обеспечения максимальной энергоотдачи модуля фотоэлектрического преобразователя (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 ФЭП как автономный источник электропитания и, в частности, для заряда тяговых батарей электромобиля.

Уровень техники

Известны способ и устройство эксплуатации аккумуляторных батарей (см. Патент США №US 9436201 В1, заявитель KARMSOLAR, опубл. 06.09.2016), поддержания фотоэлектрического источника питания в точке максимальной мощности.

Недостатками известного устройства является относительно низкое быстродействие поиска оптимальной рабочей точки, высокие требования к необходимой избыточности по напряжению солнечной батареи и схемотехническая сложность реализации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является «Фотоэлектрическое устройство преобразования солнечной энергии» (патент RU 2693020 С1 патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт, опубл. 07.0. 12019), и достигается тем, что фотоэлектрическое устройство содержит модуль ФЭП с клеммами для подключения, коммутатор, датчик тока, блок памяти и регулируемую нагрузку, при этом к положительной клемме модуля ФЭП подключен силовой вход коммутатора, а к отрицательной клемме подключен датчик тока, выход которого подключен ко первому входу управления регулируемой нагрузки и через блок памяти ко второму ее входу управления.

Недостатками устройства - прототипа являются низкая точность определения параметров оптимальной рабочей точки модуля ФЭП при изменениях освещенности и температуры.

Раскрытие сущности изобретения

Целью предполагаемого изобретения является повышение точности нахождения оптимальной рабочей точки.

При этом достигается следующий технический результат - повышение энергетической эффективности.

Указанная техническая задача решается тем, что устройство обеспечения максимальной энергоотдачи модуля ФЭП, содержащее модуль ФЭП с клеммами для подключения, первый коммутатор, датчик тока, первый блок памяти и регулируемую нагрузку, при этом к положительной клемме модуля ФЭП подключен силовой вход первого коммутатора, а к отрицательной клемме подключен первый вывод датчика тока, выход которого подключен к первому входу управления регулируемой нагрузки и через первый блок памяти ко второму ее входу управления, при этом параллельно модулю ФЭП подключен датчик напряжения, выход которого соединен через второй блок памяти с первым входом первого блока деления, второй вход которого через третий блок памяти соединен с выходом датчика тока, также соединенным через делитель со вторым входом второго блока деления, первый вход которого подключается к выходу датчика напряжения, кроме того, к положительной клемме модуля ФЭП через второй коммутатор подключен первый силовой вывод регулируемой нагрузки, второй силовой вывод которой подключен ко второму выводу датчика тока, к которому также через конденсатор с управляемым разрядным устройством подключен выход первого коммутатора, при этом выходы первого и второго блоков деления соединены с соответствующими входами блока сравнения, выход которого подключен ко входу блока управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих элементов устройства.

Суть работы предлагаемого устройства, позволяющая достичь указанного технического результата, заключается в его функционировании в нижеследующем виде.

Так как техническим результатом изобретения являются повышение точности нахождения оптимальной рабочей точки, и как следствие - повышение энергетической эффективности, то следующая последовательность работы, указанной необходимой и достаточной совокупности составляющих его элементов, позволяет этого достичь.

Краткое описание чертежей

Предложение поясняется представленной на Фиг. 1 структурной схемой реализации устройство обеспечения максимальной энергоотдачи модуля ФЭП, в которой введены следующие обозначения:

1 - модуль ФЭП;

2 - первый коммутатор;

3 - датчик тока, например, цифровой амперметр;

4 - первый блок памяти;

5 - регулируемая нагрузка;

6 - датчик напряжения, например, цифровой вольтметр;

7 - второй блок памяти;

8 - первый блок деления;

9 - третий блок памяти;

10-делитель;

11 - второй блок деления;

12 - второй коммутатор;

13 - разрядное устройство;

14 - блока сравнения;

15 - блока управления;

С - конденсатор.

На Фиг. 2 представлена временная диаграмма формирования управляющих сигналов, соответствующих следующим адресам:

а - второй коммутатор (12) и разрядное устройство (13);

6 - первый коммутатор (2);

в - второй блок памяти (7);

г - третий блок памяти (9);

д - первый блок памяти (4);

е - блок управления (15).

Осуществление изобретения

Суть рабочих процессов в предлагаемом устройстве обеспечения максимальной энергоотдачи модуля ФЭП заключается в следующем.

Как показало рассмотрение вольтамперной характеристики (ВАХ), для всех типов ФЭП и для всего диапазона освещенности и рабочих температур сохраняется соотношение U_m/I_m≈U_xx/I_кз, где U_xx - напряжение холостого хода, I_кз - ток короткого замыкания, U_m - напряжение в точке максимума энергоотдачи, I_m - ток в точке максимума энергоотдачи. В предлагаемом устройстве, измерив U_xx и I_кз, определяются U_m и I_m исходя из следующего соотношения U_mI_кз≈U_xxI_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_m в момент выполнения равенства U_m / I_m = U_xx/I_кз. 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 К, равный 1,1÷1,25, в измерении I_кз для различных типов элементов ФЭП и умножив на него измеренную величину U_xx. Ошибка измерения в этом случае не превысит 1% для всех рабочих условий модуля ФЭП.

Устройство обеспечения максимальной энергоотдачи модуля ФЭП, содержащее модуль ФЭП (1) с клеммами для подключения, первый коммутатор (2), датчик тока (3), например, цифровой амперметр, первый блок памяти (4) и регулируемую нагрузку (5), при этом к положительной клемме модуля ФЭП (1) подключен силовой вход первого коммутатора (2), а к отрицательной клемме подключен первый вывод датчика тока (3), выход которого подключен к первому входу управления регулируемой нагрузки (5) и через первый блок памяти (4) ко второму ее входу управления, при этом параллельно модулю ФЭП (1) подключен датчик напряжения (6), например, цифровой вольтметр, выход которого соединен через второй блок памяти (7) с первым входом первого блока деления (8), второй вход которого через третий блок памяти (9) соединен с выходом датчика тока (3), также соединенным через делитель (10) со вторым входом второго блока деления (11), первый вход которого подключен к выходу датчика напряжения (6), например, цифрового вольтметра, кроме того, к положительной клемме модуля ФЭП (1) через второй коммутатор (12) подключен первый силовой вывод регулируемой нагрузки (5), второй силовой вывод которой подключен ко второму выводу датчика тока (3), к которому также через конденсатор (С) с управляемым разрядным устройством (13) подключен выход первого коммутатора (2), при этом выходы первого (8) и второго (11) блоков деления соединены с соответствующими входами блока сравнения (14), выход которого (е) подключен ко входу блока управления (15), управляющие выходы которого (а, 6, в, г, и д) соединены с управляющими входами соответствующих элементов устройства.

Цикл измерения устройством обеспечения максимальной энергоотдачи модуля ФЭП начинается с того, что со второго коммутатора (12) и разрядного устройства (13) снимается управляющий сигнал (а). При этом от модуля ФЭП (1) отключается нагрузка (5) и конденсатор (С) полностью разряжен. Датчик напряжения (6), например, цифровой вольтметр, замеряет напряжение холостого хода U_xx и оно по команде (в) записывается во второй блок памяти (7). Далее, по команде (б) включается первый коммутатор (2) и начинается заряд конденсатора (С), ток через который в первый момент подключения равен току короткого замыкания замеряемого датчиком тока (3), например, цифровым амперметром, и по команде (г) запоминается третьим блоком памяти (9). В первом блоке деления (8), на соответствующие входы которого подаются сигналы U_xx и I_кз, вычисляется соотношение U_xx/I_кз. Текущие сигналы напряжения с датчика напряжения (6), например, цифрового вольтметра и тока с датчика тока (3), например, цифрового амперметра, измененным на корректирующий коэффициент в делителе (10) поступают на соответствующие входы второго блока деления (11). Полученные выходные сигналы с первого (8) и второго (11) блоков деления подаются на соответствующие входы блока сравнения (14), на выходе (е) которого при выполнении равенства U_m/I_m= U_xx/KI_кз формируется управляющий сигнал, поступающий на вход блока управления (15), который формирует управляющий сигнал (д), дающий команду на запись в первый блок памяти (4) значения I_m - тока в точке максимума энергоотдачи, который совместно с текущим значением тока с выхода датчика тока (3) управляет регулируемой нагрузкой (5).

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, 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 точности определения параметров точки максимальной мощности. Данный результат достигается тем, что устройство обеспечения максимальной энергоотдачи модуля ФЭП содержит модуль ФЭП (1) с клеммами для подключения, первый коммутатор (2), датчик тока (3), первый блок памяти (4) и регулируемую нагрузку (5), при этом к положительной клемме модуля ФЭП (1) подключен силовой вход первого коммутатора (2), а к отрицательной клемме подключен первый вывод датчика тока (3), выход которого подключен к первому входу управления регулируемой нагрузки (5) и через первый блок памяти (4) ко второму входу управления, отличающееся тем, что параллельно модулю ФЭП (1) подключен датчик напряжения (6), выход которого соединен через второй блок памяти (7) с первым входом первого блока деления (8), второй вход которого через третий блок памяти (9) соединен с выходом датчика тока (3), также соединенным через делитель (10) со вторым входом второго блока деления (11), первый вход которого подключается к выходу датчика напряжения (6), кроме того, к положительной клемме модуля ФЭП (1) через второй коммутатор (12) подключен первый силовой вывод регулируемой нагрузки (5), второй силовой вывод которой подключен ко второму выводу датчика тока (3), к которому также через конденсатор (С) с управляемым разрядным устройством (12) подключен выход первого коммутатора (2), при этом выходы первого (8) и второго (11) блоков деления соединены с соответствующими входами блока сравнения (13), выход которого (е) подключен к входу блока управления (14), управляющие выходы которого (а, 6, в, г, и д) соединены с управляющими входами соответствующих элементов устройства. 2 ил.

Устройство обеспечения максимальной энергоотдачи модуля фотоэлектрического преобразователя (ФЭП), содержащее модуль ФЭП (1), первый коммутатор (2), датчик тока (3), первый блок памяти (4) и регулируемую нагрузку (5), при этом к положительной клемме модуля ФЭП (1) подключен силовой вход первого коммутатора (2), к его отрицательной клемме подключен первый вывод датчика тока (3), выход которого подключен к первому входу управления регулируемой нагрузки (5) и через первый блок памяти (4) к второму входу управления, отличающееся тем, что параллельно модулю ФЭП (1) подключен датчик напряжения (6), выход которого соединен через второй блок памяти (7) с первым входом первого блока деления (8), второй вход которого через третий блок памяти (9) соединен с выходом датчика тока (3), соединенным через делитель (10) со вторым входом второго блока деления (11), первый вход которого подключен к выходу датчика напряжения (6), кроме того, к положительной клемме модуля ФЭП (1) через второй коммутатор (12) подключен первый силовой вывод регулируемой нагрузки (5), второй силовой вывод которой подключен ко второму выводу датчика тока (3), к которому также через конденсатор (С) с управляемым разрядным устройством (13) подключен выход первого коммутатора (2), при этом выходы первого (8) и второго (11) блоков деления соединены с соответствующими входами блока сравнения (14), выход которого (е) подключен ко входу блока управления (15), первый управляющий выход (а) блока управления (15) соединен с управляющими входами разрядного устройства (13) и второго коммутатора (12), второй управляющий выход (б) блока управления (15) соединен с входом управления первого коммутатора (2), а его третий (в), четвертый (г) и пятый (д) управляющие выходы соединены с управляющими входами соответствующих второго (7), третьего (9) и первого (4) блоков памяти.