Фотоэлектрическая система Советский патент 1993 года по МПК H02N6/00 

Изобретение относится к энергетике и может найти применение как в автономных, так и в промышленных солнечных фотоэлектрических станциях.

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик путем повышения стабильности выходного напряжения и температуры батареи фотоэлектрических преобразователей.

На фиг.1 представлена схема фотоэлектрической системы; на фиг.2 - вариант конструкции системы; на фиг.З - вариант конструкции датчика положения ротора; на фиг.4 - варианты конструкции электродвигателя и насоса; на фиг.5 - вольтамперные характеристики системы; на фиг.6 - принцип регулирования охлаждения от освещенности.

Фотоэлектрическая система на фиг.1 содержит батарею фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) 1 с концентратором излучения, имеющую выводы 2 для подключения нагрузки 3 постоянного тока. Система слежения за солнцем 4 механически связана с батареей ФЭП 1 с концентратором. Ко входу системы слежения 4 подключен датчик ориентации (ДО) 5. Выходом ДО 5 является выход сумматора 6. входящего в состав ДО 5. Система принудительного жидкостного охлаждения батареи ФЭП 1 включ.аеттрубопроводы 7, соединяющие источник холодной воды 8, насос 9, батарею 1 и приемник горячей воды 10. Вал насоса 9 механически связан с валом электродвигателя (ЭД) 11 насоса. Обмотки ЭД 11 подключены к выходу бесконтактного коммутатора 12, входы которого соединены с датчиком полоVJ

чэ ел

(Л (А 4

жения ротора (ДПР) 13. ДПР 13 состоит из солнечных элементов (СЭ) 14. выходы которых подключены к соответствующим входам коммутатора 12 и ко входам сумматора 6. ЭД 11 имеет управляющую обмотку возбуждения (УОВ) 15, подключенную к выходным выводам 2 батареи ФЭП 1.

На фиг.2 батарея ФЭП 1 установлена в фокусе зеркального параболического концентратора 16. батарея ФЭП 1 закреплена на теплопроводной стенке 17 центробежного насоса 9, вал 18 которого является одновременно валом ЭД 11 (фиг.6). Ось вала 18 совпадаете оптической осью 19 концентратора 16. На торце ЭД 11, обращенном к солнцу размещены СЭ 14, а на валу 18 - шторка 20, которая может иметь форму крыльчатки вентилятора (фиг.З). Для повышения чувствительности ДО 5 на него может быть одет тубус 21 , входное отверстие которого защищено прозрачной стенкой 22, например, из стекла (фиг.2). Охлаждающая жидкость подается по трубопроводам 7, которые могут совмещаться с элементами конструкции фотоэлектрической системы.

Устройство работает следующим образом.

При появлении прямого солнечного излучения система ориентации по сигналам датчика грубой ориентации по направлению (не показаны) разворачивает фотоэлектрическую систему, стремясь совместить оптическую ось 19 (фиг.2) концентратора с направлением на Солнце.

При попадании солнечного излучения на СЭ 14 и одновременно посредством концентратора 16 на батарею ФЭП 1 по соответствующим управляющим входам коммутатора 13 течет генерируемый СЭ 14 ток, а на выходах 2 батареи ФЭП 1 появляется напряжение и начинает протекать ток в цепи нагрузки 3 и УОВ 15. По сигналам с ДПР 13 ротор ЭД 11 начинает вращать насос 9, который по трубопроводам 7 прокачивает через батарею ФЭП охлаждающую жидкость. При достижении сигнала на выходе ДО 5 определенной величины датчик грубой ориентации по направлению отключается и ориентация осуществляется посредством ДО 5 по максимуму его освещенности. При этом при изменении интен- ; сивности солнечного излучения (связанного, например, с появлением дымки) управляющий ток на выходе ДПР 13 снижается, что приводит к снижению напряжения питания обмоток статора ЭД 11 (фиг.4) и, следовательно, производительности насоса 9. Этим обеспечивается поддержание стабильной температуры батареи ФЭП 1 в функции величины солнечной радиации, т.е. исходного теплового источника.

При изменении напряжения на выходах 2 батарей ФЭП 1, связанного с изменением

ее температуры, которое может происходить вследствие изменения входной температуры охлаждающей жидкости в источнике 8, изменения условий охлаждения (например, сильный ветер) и т.п. происходит измёнение тока УОВ 15 (фиг.1). При повышении, например, температуры батареи ФЭП 1 напряжение на ее выходах 2 падает, что одновременно снижает ток УОВ 15 и приводит к увеличению скорости вращения ЭД 11, росту производительности насоса 9 и повышению напряжения на выходах батареи ФЭП 1 за счет снижения ее температуры. Одновременно при этом поддерживается постоянство температуры охлаждающей

жидкости, поступающей в приемник 10.

Существо происходящих в заявленном устройстве явлений заключается в следующем.Одним из основных факторов, определяющих выходные характеристики батареи ФЭП 1,является ее температура. При повышении температуры батареи ФЭП 1, например, с 60 до 80°С напряжение холостого хода падает на 20%, Значительно снижается при. этом и максимальная мощность, отдаваемая батареей ФЭП 1. При .работе батареи ФЭП с согласованными нагрузками, ВАХ которых I наг (U наг) представлена на фиг. За, б (например, электролизер) изменениё освещенности с Emin до Emax (фиг.За) приводит лишь к изменению тока нагрузки с Imin до Imax, причем при всех освещенно- стях сохраняется режим близкий к режиму отдачи максимальной мощности батарей

ФЭП (е этом и заключается согласованность ВАХ нагрузки и ВАХ батареи ФЭП). Одновременно с изменением освещенности изменяется и тепловая мощность излучения, издаваемого на батарею ФЭП 1, что может

привести к повышению ее температуры при неизменных условиях охлаждения. В предложенном устройстве одновременно с изменением освещенности меняются и условия охлаждения.

При повышении, например, освещенности батареи ФЭП (1) происходит, одновременное увеличение тока СЭ 14 составляющих ДПР 13. При этом посредством коммутатора 12 повышается напряжение на обмотках статора, увеличивается частота вращения со ЭД 11, растет производительность насоса 9. Этим обеспечивается стабилизация температуры батареи ФЭП непосредственно в функции изменения падающего теплового потока. Выходное напряжение батарей ФЭП 1 на выходах 2 при этом изменяется в малых пределах (фиг.За).

С изменением температуры батареи ФЭП 1, обусловленном изменением пара- метров системы охлаждения (входная температура охлаждающей жидкости, ветер и т.п.) происходит изменение выходного напряжения (фиг.Зб, Е EH const). Вместе с падением тока нагрузки происходит умень- шение тока возбуждения УОВ, что снижает магнитный поток возбуждения ЭД 11. Частота вращения ш ЭД 11 возрастает. Для обеспечения возрастания О) при падении выходного напряжения-, а также обратного процесса необходимо выполнение условия

1а Uc Ф0/(Фо + ДФ), где la - ток обмоток якоря ЭД; Isc - ток короткого замыкания; Фо - постоянный поток возбуждения; ЛФ- регулируемая со- ставляющая потока возбуждения.

Данное условие легко выполняется, поскольку АФ Ф0 , т.е. регулирование потока возбуждения осуществляется в небольших пределах,

Следует отметить, что небольшое изменение выходного напряжения за счет изменения освещенности наблюдается и при to - cons. Влияние этого изменения на ток УОВ ЭЛ 11, можно легко скомпенсиро-

вать, например, за счет подключения параллельно цепи статора ЭД 11 компенсирующейобмотки возбуждения, обеспечивающей, например, постоянство общего потока возбуждения при изменении освещенности. Возможен и ряд других способов.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить надежность фотоэлектрической системы за счет стабилизации температуры ФЭП 4 путем управления охлаждающим контуром в функции интенсивности падающего излучения и выходного напряжения ФЭП 4. Данное управление реализуется в электромеханическом элементе - ЭД 11 изменением тока статора и тока управляющего обмотки возбуждения 15. Повышение надежности достигается также за счет использования солнца в качестве источника излучения ДПР 13, а также придания ДПР 13 функции ДО 5 системы слежения за солнцем 4.

Повышение эксплуатационных характеристик предложенного технического решения заключается в поддержании режима отдачи максимальной мощности ФЭП 1 при изменении внешних условий, а также постоянства температуры нагретой охлаждающей жидкости подаваемой в приемник 10.

Использование: гелиоэнергетика. Сущность: с целью повышения надежности и улучшения эксплуатационных характеристик системы управляющая обмотка возбуждения электродвигателя насоса системы принудительного жидкостного охлаждения фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) системы подключена к его выходам. Это позволяет при изменении напряжения ФЭП, связанного с изменением его температуры изменить производительность насоса и стабилизировать температуру и выходное напряжение ФЭП при согласованной нагрузке. Использование в качестве датчика положения ротора солнечных элементов, ориентированных на солнце, обеспечивает управление токами обмоток статора электродвигателя через бесконтактный коммутатор в функции интенсивности солнечной радиации, что также обеспечивает стабильность Температуры ФЭП и позво- с ляет использовать датчик положения ротора-и в качестве датчика ориентации си- t f стемы слежения за солнцем. 3 з.п. ф-лы, 7 Т„. ил.С..

Формула изобретения

расположена батарея фотоэлектрических гателя совпадает с оптической осью концен- преобразователей, причем ось электродви- тратора излучения.

7

15 3

14Фиг. I

М I

I I

«i)s««« и

Фиг. с/ и«

Фа. 6

W U