PL229899B1 - Sposób i układ maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i układu maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego, którego parametry zależne są od natężenia promieniowania słonecznego.

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.

Sterowanie układem komutacji realizowane jest wartością natężenia światła, mierzoną czujnikiem.

Korzystnym według wynalazku jest to, że wyznacza się wartość natężenia światła za pośrednictwem pomiaru prądu zwarcia generatora fotowoltaicznego.

Korzystnym według wynalazku jest to, że wyznacza się wartość natężenia światła za pośrednictwem pomiaru prądu i napięcia generatora fotowoltaicznego.

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.

Istota układu maksymalizacji mocy zespołu grzałek elektrycznych zasilanych z generatora fotowoltaicznego, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że moduły fotowoltaiczne tworzące generator

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.

Sterownikiem jest sterownik programowalny PLC lub układ z mikrokontrolerem.

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.

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.

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.

Odmianą przykładu wykonania układu maksymalizacji mocy, generatora fotowoltaicznego 2 zasilającego zespól grzałek elektrycznych jest zastosowanie zestawu grzałek 3 w układzie równoległym.

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.

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.

Claims (7)

1. Sposób maksymalizacji mocy zespołu grzałek zasilanych z generatora fotowoltaicznego znamienny tym, że kształtuje się odpowiednio wypadkową rezystancję grzałek (3), aby była jak najbardziej zbliżona do rezystancji wyjściowej generatora fotowoltaicznego (2), przy określonej wartości natężenia oświetlenia, przez przełączanie grzałek (3) na drodze komutacji, umożliwiając uzyskanie dużej ilości wartości wypadkowych rezystancji zespołu grzałek (3).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sterowanie układem komutacyjnym realizowane jest wartością natężenia światła, mierzoną czujnikiem (8).

3. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że wyznacza się wartość natężenia światła za pośrednictwem pomiaru prądu zwarcia modułów fotowoltaicznych (1).

4. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że wyznacza się wartość natężenia światła za pośrednictwem pomiaru prądu i napięcia modułów fotowoltaicznych (1).

PL 229 899 Β1

5. Układ maksymalizacji mocy zespołu grzałek zasilanych z generatora fotowoltaicznego zawierający generator fotowoltaiczny połączony z zespołem grzałek znamienny tym, że moduły fotowoltaiczne (1) tworzące generator fotowoltaiczny (2) połączone są z zespołem grzałek (3) z układem komutacyjnym (4), z co najmniej jednym stycznikiem (6) lub przekaźnikiem (6J albo łącznikiem półprzewodnikowym (6J, sterowany sterownikiem (7) z którym połączony jest czujnik natężenia oświetlenia (8) lub czujnik prądu (8J.

6. Układ według zastrz. 5 znamienny tym, że sterownikiem (7) jest sterownik programowalny PLC lub układ z mikrokontrolerem.

7. Układ według zastrz. 5 znamienny tym, że generator fotowoltaiczny (2) połączony jest z zespołem grzałek (3) poprzez zabezpieczenie nadprądowe (5).