Фотоэлектрическая установка

Полезная модель относится к области гелиотехники, в частности к установкам с использованием солнечной энергии для питания электроприемников и зарядки аккумуляторов в действующих и проектируемых системах электроснабжения, и предназначена для повышения эффективности работы установки солнечного электроснабжения с помощью солнечных батарей (СБ).
Известен фотопреобразователь (патент №2345445, RU, МПК H01L 31/04, опубликовано 27.01.2009). Фотопреобразователь содержит диэлектрическую подложку, включенные последовательно слои монокристаллического кремния с участками различного типа проводимости. Слои монокристаллического кремния толщиной 5-15 мкм расположены планарно на диэлектрической подложке и изолированы друг от друга. Участки одного типа проводимости каждого слоя монокристаллического кремния соединены с участками противоположного типа проводимости одного из соседних слоев монокристаллического кремния металлическими перемычками. На одном участке монокристаллического слоя кремния одного типа проводимости и на другом участке монокристаллического слоя кремния противоположного типа проводимости сформированы контактные выводы.
Основной недостаток данного фотопреобразователя - невозможность получить более низкое напряжение без внешнего воздействия на фотопреобразователь, что ограничивает сферу его применения.
Известен также фотоэлектрический комплект (www.solarhome.ru/ru/pv/pv_sets.htm), принятый за прототип. Комплект состоит из СБ, включающей в себя солнечные модули, контроллера зарядки аккумуляторной батареи (АБ), АБ, соединительной и защитной аппаратуры.
Основной недостаток данного технического решения - невозможность поддержания напряжения СБ в необходимых пределах для нормальной работы электроприемников. У фотоэлектрического комплекта номинальное напряжение АБ, СБ и контроллера зарядки выбирается под номинальное напряжение нагрузки, поэтому возможна ситуация, когда вследствие невозможности изменения схемы соединения солнечных модулей (СМ) в СБ в случае недостаточной мощности солнечного излучения, напряжение СБ окажется ниже необходимого для нормальной работы электроприемников и зарядки АБ. Если же соединить СМ в СБ на более высокое напряжение, то это потребует или применения более дорогостоящего контроллера зарядки, или соединения АБ на более высокое напряжение, на которое электроприемники могут быть не рассчитаны.
Задачей данной полезной модели является создание фотоэлектрической установки с возможностью автоматического изменения схемы соединения СМ в СБ в зависимости от величины мощности солнечного излучения для повышения эффективности электроснабжения потребителей путем поддержания величины напряжения СБ в необходимых пределах.
Это достигается тем, что предлагаемая установка, содержащая солнечную батарею, состоящую из солнечных модулей, контроллер зарядки аккумуляторной батареи, аккумуляторную батарею, соединительную и защитную аппаратуру, в отличие от прототипа дополнительно содержит переключающие промежуточные реле для подключения и отключения солнечных модулей в батарее и изменения схемы их соединения и блок управления, включающий фотоэлектрический преобразователь, резисторы с постоянным сопротивлением, промежуточные реле, при этом промежуточные реле подключены к фотоэлектрическому преобразователю через резисторы с постоянным сопротивлением.
Использование блока управления, содержащего промежуточные реле, позволяет произвести изменение схемы соединения СМ дистанционно и быстро и тем самым снизить трудоемкость и уменьшить время переключения; применение промежуточных переключающих реле позволяет произвести переключение необходимых контактов одновременно, применение резисторов - управлять процессом переключения в зависимости от мощности солнечного излучения, а применение фотоэлектрического преобразователя - осуществить автономное питание блока управления и изменение схемы соединения СМ в СБ в зависимости от мощности солнечного излучения, что в конечном результате позволяет получить технический результат от использования установки - повышение эффективности ее работы за счет поддержания величины напряжения СБ в необходимых пределах путем автоматического изменения схемы соединения СМ при изменении мощности солнечного излучения.
Фотоэлектрическая установка может работать с любым количеством СМ в составе СБ. Для примера рассмотрим установку, имеющую четыре СМ.
На фиг. 1 представлена предлагаемая схема соединения СМ.
На фиг. 2 представлена схема блока управления
1
4
упр
1
2
упр
1
2
Фотоэлектрическая установка содержит CM BL-BL, переключающие промежуточные реле 1-9 для подключения и отключения солнечных модулей в батарее, блок управления, включающий фотоэлектрический преобразователь BL, и промежуточные реле KM и КМ, обмотки которых подключены к фотоэлектрическому преобразователю BL последовательно с резисторами R и R.
1
2
упр
При этом катушки реле, а также резисторы R и R рассчитаны на номинальное напряжение фотоэлектрического преобразователя BL (фиг. 2).
упр
1
2
1
4
упр
1
2
Фотоэлектрическая установка работает следующим образом: в темное время суток и при малой мощности солнечного излучения напряжение СБ BL низкое, напряжение на катушках реле КМ КМ и реле 1-9 недостаточно для их срабатывания. Все CM BL-BL отключены, что исключает обратный ток через них, разряжающий аккумулятор в темное время суток. При увеличении мощности солнечного излучения напряжение СБ BL растет, и при достижении определенной его величины срабатывают реле 2, 5 и 8. Все СМ соединяются последовательно, что позволяет при малой мощности солнечного излучения получить более высокое напряжение по сравнению с напряжением одного СМ для зарядки АБ уже на данном этапе и питания электроприемников. При росте мощности солнечного излучения напряжение на катушке реле KM оказывается достаточным для ее срабатывания. При этом срабатывают реле 4 и 6, и замыкаются их контакты с одноименными номерами, реле 5 отключается, размыкается его контакт. Получается смешанное соединение СМ - параллельно 2 цепочки, в каждой из которых 2 СМ соединяются последовательно. При дальнейшем росте мощности солнечного излучения и напряжения солнечной батареи катушка реле КМ получает питание. При этом срабатывают реле 1, 3, 7, 9, и замыкаются их контакты с одноименными номерами, реле 2, 8 отключатся, их контакты размыкаются, и СМ соединяются параллельно. При уменьшении мощности солнечного излучения процесс переключения происходит в обратном порядке.
1
2
1
2
Параметры резисторов R и R подбираются так, чтобы реле KM срабатывало при одном определенном значении мощности солнечного излучения, а при другом, большем, дополнительно срабатывало реле КМ.
В результате осуществляется повышение эффективности работы фотоэлектрической установки за счет автоматического изменения схемы соединения СМ для поддержания напряжения СБ на необходимом уровне без дорогостоящей регулирующей аппаратуры.