PL229899B1 - Method and system for power maximizing of electric heating element sets, supplied from the photovoltaic generator - Google Patents
Method and system for power maximizing of electric heating element sets, supplied from the photovoltaic generatorInfo
- Publication number
- PL229899B1 PL229899B1 PL407139A PL40713914A PL229899B1 PL 229899 B1 PL229899 B1 PL 229899B1 PL 407139 A PL407139 A PL 407139A PL 40713914 A PL40713914 A PL 40713914A PL 229899 B1 PL229899 B1 PL 229899B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- heaters
- photovoltaic generator
- photovoltaic
- power
- resistance
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 title description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego.The subject of the invention is a method and system for maximizing the power of a set of electric heaters powered by a photovoltaic generator.
Stosowane obecnie układy prądu stałego wykorzystują jedną lub wiele grzałek o stałej rezystancji dobrane do jednego punktu pracy generatora fotowoltaicznego celem dopasowania rezystancji grzałek do średniego spodziewanego nasłonecznienia.Currently used DC systems use one or more constant resistance heaters matched to one operating point of the photovoltaic generator in order to match the resistance of the heaters to the average expected insolation.
Problemem zasadniczym przy zasilaniu odbiorników z baterii paneli fotowoltaicznych jest niedopasowanie energetyczne pomiędzy źródłem energii a odbiornikiem w postaci zespołu grzałek elektrycznych. Natomiast moc dostarczana przez generator fotowoltaiczny, zawierający baterię paneli fotowoltaicznych, zależy od wartości natężenia światła i zmienia się w czasie, a rezystancja przyłączonych grzałek elektrycznych jest stała.The main problem when powering receivers from a battery of photovoltaic panels is the energy mismatch between the energy source and the receiver in the form of a set of electric heaters. On the other hand, the power supplied by a photovoltaic generator, containing a battery of photovoltaic panels, depends on the value of the light intensity and changes with time, and the resistance of the connected electric heaters is constant.
Znany jest z amerykańskiego opisu zgłoszenia patentowego US 20120060829 A1 układ podgrzewacza wody jest wyposażony w słoneczny podgrzewacz wody i elektryczny podgrzewacz wody z jednym lub większą liczbą elektrycznych elementów grzejnych. Słoneczne i elektryczne podgrzewacze wody są skonfigurowane w taki sposób, aby zapewnić wspólne wytwarzanie ciepłej wody. Sterownik jest skonfigurowany operacyjnie z podgrzewaczami wody i odbiera pierwszy sygnał wskazujący bieżący stan zapotrzebowania na moc powiązanego urządzenia elektrycznego. W odpowiedzi na odbierany s ygnał, regulator steruje elektrycznym podgrzewaczem wody w trybie oszczędzania energii w okresach dużego zapotrzebowania na moc, przy czym zużycie energii przez elektryczne elementy grzejne jest ograniczone. Sterownik jest funkcjonalnie skonfigurowany do modulowania stopnia ograniczenia zużycia energii umieszczonego na elektrycznych elementach grzejnych w trybie oszczędzania energii w funkcji aktualnej wydajności cieplej wody zasobnika solarnego.A water heater system is known from US 20120060829 A1 with a solar water heater and an electric water heater with one or more electric heating elements. Solar and electric water heaters are configured to produce hot water together. The controller is operatively configured with the water heaters and receives a first signal indicative of the current power demand condition of the associated electrical appliance. In response to the received signal, the controller controls the electric water heater in an energy-saving mode during periods of high power demand, with the power consumption of the electric heating elements being limited. The controller is functionally configured to modulate the degree of energy limitation placed on the electric heating elements in energy saving mode as a function of the actual hot water capacity of the solar storage tank.
Z opisu zgłoszenia patentowego WO 2011073938 A2 znany jest układ komórek fotowoltaicznych, jeden lub więcej elementów grzejnych i obwód śledzenia maksymalnego punktu zasilania skonfigurowany do śledzenia maksymalnego punktu mocy zespołu ogniw fotowoltaicznych i do zapewnienia tej maksymalnej mocy łącznie dla elementu (elementów) grzejnego.From WO 2011073938 A2, a photovoltaic cell array, one or more heater elements and a maximum feed point tracking circuit configured to track the maximum power point of the PV array and to provide this maximum power to the heater element (s) together are known.
Z opisu zgłoszenia patentowego WO 2013117956 A2 znane jest urządzenia przełączające zasilanie kotłów stosowanych w regulowanym podgrzaniu wody przy użyciu prądu stałego z paneli fotowoltaicznych składające się z dwóch styczników, bezpiecznika termicznego, termostatu, elementów grzejnych, dwóch urządzeń sygnalizacyjnych i zacisków przewodów.From the patent application WO 2013117956 A2 there is known devices for switching the power supply of boilers used in the controlled heating of water using direct current from photovoltaic panels, consisting of two contactors, a thermal fuse, a thermostat, heating elements, two signaling devices and wire clamps.
Urządzenie wykorzystuje zarówno prąd stały, jak i przemienny (prąd zmienny). Biegun dodatni źródła prądu stałego jest kierowany do głównych zacisków obu styczników. Cewki styczników służą do przełączania prądu stałego między stycznikami; cewki te są zasilane prądem przemiennym, który przechodzi przez termostat i bezpiecznik termiczny przed dotarciem do cewek.The device uses both direct and alternating current (alternating current). The positive pole of the DC source is routed to the main terminals of both contactors. Contactor coils are used to switch direct current between contactors; these coils are powered by alternating current which passes through the thermostat and thermal fuse before reaching the coils.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i układu maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego, którego parametry zależne są od natężenia promieniowania słonecznego.The aim of the invention is to develop a method and system for maximizing the power of a set of electric heaters powered by a photovoltaic generator, the parameters of which depend on the intensity of solar radiation.
Istota sposobu i układu maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że kształtuje się odpowiednio wypadkową rezystancję grzałek , aby była jak najbardziej zbliżona do rezystancji wyjściowej generatora fotowoltaicznego, przy określonej wartości natężenia oświetlenia, przez przełączanie grzałek na drodze komutacji, umożliwiając uzyskanie dużej ilości wartości wypadkowych rezystancji zespołu grzałek.The essence of the method and system for maximizing the power of a set of electric heaters powered by a photovoltaic generator, according to the invention, is characterized by the fact that the resultant resistance of the heaters is shaped appropriately to be as close as possible to the output resistance of the photovoltaic generator, at a given value of illuminance, by switching the heaters to by commutation, making it possible to obtain a large number of resultant values of the resistance of the heater unit.
Sterowanie układem komutacji realizowane jest wartością natężenia światła, mierzoną czujnikiem.The commutation system is controlled by the value of the light intensity, measured by a sensor.
Korzystnym według wynalazku jest to, że wyznacza się wartość natężenia światła za pośrednictwem pomiaru prądu zwarcia generatora fotowoltaicznego.It is advantageous according to the invention that the value of the light intensity is determined by measuring the short-circuit current of the photovoltaic generator.
Korzystnym według wynalazku jest to, że wyznacza się wartość natężenia światła za pośrednictwem pomiaru prądu i napięcia generatora fotowoltaicznego.It is advantageous according to the invention that the value of the light intensity is determined by measuring the current and voltage of the photovoltaic generator.
Sposób maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego ma na celu maksymalizację mocy wydzielanej na grzałkach, poprzez takie kształtowanie układu połączeń tych grzałek aby wypadkowa rezystancja zespołu była jak najbardziej zbliżona do rezystancji wyjściowej generatora fotowoltaicznego - baterii paneli fotowoltaicznych - przy danej aktualnej wartości natężenia oświetlenia.The method of maximizing the power of a set of electric heaters powered by a photovoltaic generator is aimed at maximizing the power dissipated on the heaters, by shaping the connection system of these heaters in such a way that the resultant resistance of the set is as close as possible to the output resistance of the photovoltaic generator - a battery of photovoltaic panels - with a given current value of illuminance .
Istota układu maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że moduły fotowoltaiczne tworzące generatorThe essence of the system for maximizing the power of a set of electric heaters powered by a photovoltaic generator, according to the invention, is characterized by the fact that the photovoltaic modules forming the generator are
PL 229 899 B1 fotowoltaiczny połączone są z zespołem grzałek, z układem komutacji oraz z co najmniej jednym stycznikiem lub przekaźnikiem albo łącznikiem półprzewodnikowym, sterowany sterownikiem, z którym połączony jest czujnik natężenia oświetlenia lub czujnik prądu.The photovoltaic cells are connected with a set of heaters, with a commutation system and with at least one contactor or a relay or a semiconductor switch, controlled by a controller, to which the light intensity sensor or current sensor is connected.
Sterownikiem jest sterownik programowalny PLC lub układ z mikrokontrolerem.The controller is a programmable PLC or a system with a microcontroller.
Korzystnym skutkiem wynalazku jest dopasowanie rezystancji wypadkowej zespołu grzałek do rezystancji generatora fotowoltaicznego przy określonej wartości natężenia oświetlenia. Tak więc efektem zastosowania wynalazku jest uzyskiwana większa sprawność zamiany energii słonecznej na ciepło, poprzez dopasowanie energetyczne pomiędzy generatorem fotowoltaicznym a odbiornikiem w postaci zespołu grzałek elektrycznych.The advantageous effect of the invention is to match the resultant resistance of the heater unit to the resistance of the photovoltaic generator at a given value of illuminance. Thus, the result of the application of the invention is the achievement of higher efficiency of the conversion of solar energy into heat, through energy matching between the photovoltaic generator and the receiver in the form of a set of electric heaters.
Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia układ maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego, fig. 2 - układ komutacji zespołu grzałek elektrycznych a) - mieszany, b) - równoległy, fig. 3 - przedstawia przebieg rezystancji funkcji natężenia oświetlenia: x) - rezystancji wyjściowej generatora fotowoltaicznego, y) - wypadkowej rezystancji układu grzałek elektrycznych.The subject of the invention is presented in the example in the drawing, in which Fig. 1 - shows the power maximization system of electric heaters supplied from a photovoltaic generator, Fig. 2 - commutation system of electric heaters a) - mixed, b) - parallel, Fig. 3 - presents the course of the resistance of the light intensity function: x) - the output resistance of the photovoltaic generator, y) - the resultant resistance of the electric heater system.
Układ maksymalizacji mocy, generatora fotowoltaicznego 2 zasilający zespól grzałek elektrycznych 3 zawiera układ paneli fotowoltaicznych 1, tworzących generator fotowoltaiczny 2, połączony za pośrednictwem zabezpieczenia nadprądowego 5 i przekaźnika 6, ze stykami przystosowanymi do przepływu prądu stałego, z zestawem przełączalnych grzałek elektrycznych 3, w układzie mieszanym, przedstawionym na fig. 2a. Układ komutacji 4 stanowi zestaw grzałek 3 połączony ze sterownikiem 7, do którego podłączony jest czujnik natężenia oświetlenia 8. Przekaźniki w układzie komutacyjnym 6 są przełączane w stanie beznapięciowym, co pozwala na zastosowanie zwykłych przekaźników zamiast przekaźników mocy lub styczników, a realizowane to jest w sekwencji: odłączenie napięcia przez łącznik półprzewodnikowy 6, przełączenie grzałek 3, powtórne załączenie napięcia.The power maximization system of the photovoltaic generator 2 supplying the set of electric heaters 3 includes a system of photovoltaic panels 1, forming a photovoltaic generator 2, connected via an overcurrent protection 5 and a relay 6, with contacts adapted to the flow of direct current, with a set of switchable electric heaters 3, in the system mixed, shown in Fig. 2a. The commutation system 4 is a set of heaters 3 connected to the controller 7, to which the illumination sensor 8 is connected. Relays in the commutation system 6 are switched in a voltage-free state, which allows the use of ordinary relays instead of power relays or contactors, and this is carried out in sequence : disconnection of the voltage by semiconductor switch 6, switching of the heaters 3, reconnection of the voltage.
Odmianą przykładu wykonania układu maksymalizacji mocy, generatora fotowoltaicznego 2 zasilającego zespól grzałek elektrycznych jest zastosowanie zestawu grzałek 3 w układzie równoległym.A variation of an embodiment of a power maximization system, a photovoltaic generator 2 powering a set of electric heaters, is the use of a set of heaters 3 in a parallel system.
Przebieg rezystancji generatora fotowoltaicznego 2 wraz z przebiegiem wypadkowej rezystancji zespołu grzałek 3 w układzie mieszanym, funkcji natężenia oświetlenia przy osiągnięciu maksymalnej mocy grzałek 3 przedstawiono na fig. 3. Dzięki komutacji (przełączaniu) grzałek 3 w zestawie mieszanym przedstawionym na fig. 2a wypadkowa rezystancja ma charakter linii schodkowej „y”, zbliżonej do przebiegu krzywej rezystancji „x” paneli 1 generatora fotowoltaicznego 2. Im dokładniejsze jest dopasowanie krzywej schodkowe „y” do krzywej generatora fotowoltaicznego 2, tym lepsze jest wzajemne dopasowanie i większy zysk energetyczny wynikający z tego rozwiązania. Przedstawiony na fig. 3 przykład zestawu grzałek 3, charakteryzuje się wspólnym punktem połączenia jednego z wyprowadzeń grzałek 3, przy trzech grzałkach (rezystancjach) uzyskuje się siedem możliwych kombinacji.The course of the resistance of the photovoltaic generator 2 along with the course of the resultant resistance of the heater unit 3 in a mixed system, the function of the light intensity at reaching the maximum power of the heaters 3 is shown in Fig. 3. Due to the commutation (switching) of the heaters 3 in the mixed set shown in Fig. 2a, the resultant resistance has the nature of the "y" stepped line, similar to the "x" resistance curve of the panels 1 of the PV generator 2. The more accurate the step "y" curve is to the PV generator 2 curve, the better the alignment and the greater the energy gain resulting from this solution. The example of a set of heaters 3 shown in Fig. 3 is characterized by a common connection point of one of the terminals of the heaters 3, with three heaters (resistances), seven possible combinations are obtained.
Dla pojedynczej nieprzełączalnej grzałki 3 przebieg rezystancji jest poziomą linią prostą, dopasowanie energetyczne jest możliwe tylko w jednym punkcie pracy generatora fotowoltaicznego 2. Przedstawiony na fig. 2a zestaw trzech grzałek 3 i sześciu przekaźników 6 pozwala na uzyskanie czternastu kombinacji dających różne wartości wypadkowej rezystancji, przez dodanie jeszcze 3 przekaźników ilość ta rośnie do 17. Jest to maksymalna ilość jaką można uzyskać przy 3 różnych rezystancjach. Kombinacje te osiągane są na drodze łączenia poszczególnych grzałek 3 w układzie szeregowym, równoległym i mieszanym.For a single non-switchable heater 3, the resistance curve is a horizontal straight line, energy matching is possible only at one operating point of the photovoltaic generator 2. The set of three heaters 3 and six relays 6 presented in Fig. 2a allows to obtain fourteen combinations giving different values of the resultant resistance, by adding 3 more relays this number increases to 17. This is the maximum amount that can be obtained with 3 different resistances. These combinations are achieved by connecting the individual heaters 3 in series, parallel and mixed systems.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407139A PL229899B1 (en) | 2014-02-11 | 2014-02-11 | Method and system for power maximizing of electric heating element sets, supplied from the photovoltaic generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407139A PL229899B1 (en) | 2014-02-11 | 2014-02-11 | Method and system for power maximizing of electric heating element sets, supplied from the photovoltaic generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL407139A1 PL407139A1 (en) | 2015-08-17 |
| PL229899B1 true PL229899B1 (en) | 2018-09-28 |
Family
ID=53786668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL407139A PL229899B1 (en) | 2014-02-11 | 2014-02-11 | Method and system for power maximizing of electric heating element sets, supplied from the photovoltaic generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL229899B1 (en) |
-
2014
- 2014-02-11 PL PL407139A patent/PL229899B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL407139A1 (en) | 2015-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9453658B2 (en) | Micro-grid PV system | |
| US8536495B2 (en) | Device for regulated water heating using the energy gained by photovoltaic cells | |
| CN110050245A (en) | Systems, devices and methods for efficient use of solar photovoltaic energy | |
| US20140153913A1 (en) | Solar Photovoltaic Water Heating System | |
| US12451689B2 (en) | Meter adapter and systems | |
| ES2567479T3 (en) | Simplified connection renewable energy unit | |
| PL229899B1 (en) | Method and system for power maximizing of electric heating element sets, supplied from the photovoltaic generator | |
| WO2014173379A1 (en) | A system for management of electric energy produced by photovoltaic cells | |
| CN215175977U (en) | Ad-hoc network management photovoltaic water heating system | |
| EP3469681A1 (en) | Power supply system for an electrically powered resistive element | |
| GB2541431A (en) | On-grid battery storage system | |
| EP3165832A1 (en) | Control system for controlling an electrical connection between a solar control unit and an ignition relay | |
| AU2016100886A4 (en) | 1. A Photovoltaic solar heating system comprising an inverter capable of being used with a PV array, a load element and no other major components, specifically not requiring a battery or a connection to an electricity supply network and incorporating several innovations | |
| AU2016222383B2 (en) | Photovoltaic Solar Hot Water System | |
| HRP20140367T1 (en) | A plant for low-power preferably single-phase electrical supply to buildings for residential and non-residential use. | |
| RU2622142C1 (en) | Helio-power plant | |
| KR101571052B1 (en) | Power switching equipment for boilers used within regulated water heating using direct current form photovoltaic panels | |
| SK5788Y1 (en) | Device for controlled heating of water using photovoltaic panels | |
| CN203894657U (en) | Electric water heater | |
| GR20160100642A (en) | Heating system composed of one or more electric heating resistances directly operated with ac or dc current | |
| AU2018241239A1 (en) | Safety circuit and control system for direct current powered hot water system | |
| SK262012U1 (en) | Device for redirecting of electricity in the boiler heated by a regulated DC power from photovoltaic panels | |
| CN112306119A (en) | Series variable load type photovoltaic electric water heater control circuit | |
| Osadcuks et al. | Energetic balance of autonomous hybrid renewable energy based EV charging station in winter conditions. | |
| CZ25777U1 (en) | A system for managing electricity produced by photovoltaic cells |