КОНТРОЛЛЕР СОЛНЕЧНОЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.

Изобретение относится к энергетике и может быть применено в гелиоустановках, используемых в системе образования, в бытовых и промышленных условиях, а также в отдаленных и труднодоступных местах для получения электроэнергии путём преобразования солнечной в электрическую энергию.
Контроллёр содержит конденсаторы в качестве элементов для зарядки электрической энергией аккумуляторную батарею, транзисторы, входное напряжение которых управляется широтноимпульсной модуляцией. Один из двух конденсаторов заряжается через один транзистор и подключается последовательно к источнику тока с помощью другого транзистора. Транзисторы переключаются микроконтроллёром. Два диода исключают разрядку конденсаторов

Изобретение относится к энергетике и может быть применено в гелиоустановках, используемых в системе образования, в бытовых и промышленных условиях, а также в отдаленных и труднодоступных местах для получения электроэнергии путем преобразования солнечной в электрическую энергию.
Известна автономная система электроснабжения на основе солнечной фотоэлектрической установки (СФЭУ), содержащая модули, контроллер заряда батареи, блок аккумуляторных батарей и инвертор [1].
Недостатки системы заключаются в низкой надежности и высокой стоимости ввиду сложности системы из-за наличия блока управления системой электропитания двигателей и двигателей слежения за положением солнца.
Известна автономная фотоэлектрическая система электроснабжения [2], содержащая СФЭУ, регулятор напряжения, зарядное устройство и блок аккумуляторных батарей.
Недостатком фотоэлектрической системы является сложность системы, что повышает стоимость устройства и снижает надежность ввиду наличия в нем устройства выборки и хранения информации, устройства сравнения и корректирующего устройства, блока управления системой электропитания, шаговых электродвигателей приводов горизонтального и вертикального поворотов солнечной батареи и блоки питания и управления приводов горизонтального и вертикального поворотов солнечной батареи.
Известен контроллер заряда батареи СФЭУ [3], содержащий реле используемого в качестве переключателя для обеспечения необходимого зарядного напряжения на аккумуляторной батарее.
Недостатки данного контроллера: вопервых, наличие реле, которое содержит катушку индуктивности, изготовленную из меди, что повышает стоимость контроллера; вовторых, использование реле в качестве переключателя снижает надежность и точность регулировки напряжения на выходе контроллера.
Известен контроллер заряда батареи СФЭУ с понижающим преобразователем напряжения постоянного тока [4], содержащий катушку индуктивности и два полевых транзистора используемых как переключатели.
Недостаток данного контроллера заключается в наличии катушки индуктивности, что повышает стоимость контроллера ввиду использования меди для изготовления данной катушки.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является контроллер СФЭУ, содержащий индуктивности и конденсаторы в качестве элементов для зарядки электрической энергией аккумуляторную батарею, транзисторы, входное напряжение которых управляется широтноимпульсной модуляцией (ШИМ) [5].
Данный контроллер СФЭУ имеет следующие недостатки: наличие четырех индуктивностей и четырех конденсаторов делает контроллер сравнительно дорогим, в первую очередь, изза индуктивностей, которые, как правило, изготовляются из меди. Вовторых, надежность контроллера снижается изза наличия сравнительно большого количества элементов, как индуктивностей, так и конденсаторов.
Цель изобретения - снижение стоимости и повышение надежности работы контроллера СФЭУ.
Заявляемое техническое решение поясняется следующими графическими изображениями:
где на Фиг. 1 приведена электрическая схема контроллера.
на Фиг. 2 приведены вольтамперные характеристик фотоэлектрического модуля, измеренные в естественных условиях при различных интенсивностях солнечного излучения;
на Фиг. 3 приведены зависимости мощности фотоэлектрического модуля от напряжения, измеренные в естественных условиях при различных интенсивностях солнечного излучения;
на Фиг. 4 приведена зависимость выходного напряжения (VL) контроллера от входного (VS) напряжения.
Технический результат достигается тем, что: вопервых, контроллер выполнен с использованием только конденсаторов, как элементов для зарядки электрической энергией; вовторых, уменьшением числа конденсаторов, что позволяет снизить стоимость, и повысит его надежность.
Сущность изобретения заключается в том, что контроллер является безиндуктивным. Один из двух конденсаторов заряжается через один из транзисторов и подключается последовательно к источнику тока с помощью другого транзистора. Транзисторы переключаются микроконтроллером. Входное напряжение транзисторов управляется широтноимпульсной модуляцией. Два диода исключают разрядку конденсаторов.
Контроллер (Фиг. 1) содержит модуль М, к которому присоединены транзисторы Ti и Т2. К транзисторам присоединены диоды Д1 и Д2, конденсаторы Ci и С2 и делители напряжения Ri и R2. Выход модуля соединен с микроконтроллером МК, где 1 - вход аналого-цифровой преобразователь, 2 (Bi) и 3 (В2) - выходы ШИМ. МК соединен с дисплеем D. К указанной схеме присоединена аккумуляторная батарея Н. Между диодом Д1 и делителем напряжения Ri установлен выключатель В.
Устройство работает следующим образом.
Контроллер включается с помощью выключателя В. На базу транзисторов Ti и Т2 подается в противофазе напряжение JT микроконтроллера, вследствие чего эти транзисторы работают в ключевом режиме, поочередно находясь в состоянии «открыто» и «закрыто», что соответствует низкому и высокому сопротивлению транзисторов между эмиттером и коллектором. Если транзистор Ti открыт, а транзистор Т2 закрыт, то конденсатор Ci заряжается до уровня выходного напряжения модуля. Если транзистор Ti закрыт, а транзистор Т2 открыт, то конденсатор С] подсоединяется последовательно к модулю, что приводит к удвоению напряжения подаваемого на конденсатор С2 и аккумуляторную батарею Н.
После этого система возвращается в исходное состояние и весь процесс повторяется. Частота переключения транзисторов равняется 1 кГц.
Напряжение с аккумуляторной батареи Н через делители напряжения Ri и R2 подается на вход аналогоцифрового преобразователя микроконтроллера МК. Микроконтроллер запрограммирован таким образом, что при отклонении напряжения в сторону повышения или понижения на аккумуляторной батареи от 13,5-14,0V (оптимальное напряжение зарядки кислотносвинцовых аккумуляторных батарей), длительность П-образного напряжения ШИМ сигнала, подаваемого на входы транзисторов Тх и Т2, соответственно изменяется (понижается или повышается). Вследствие это1 о, напряжение зарядки аккумуляторной батареи выдерживается в необходимых пределах 13,5-14,0V. Это позволяет предохранять, во-первых, аккумуляторную батарею от «перенапряжений» и соответственно преждевременного износа и выхода из строя. Вовторых, повысить эффективность солнечной фотоэлектрической установки, в том случае, если напряжение на ее выходе изначально ниже напряжения аккумуляторной батареи и заряжать ее было бы не-возможно: повышение напряжения на выходе контролера до необходимого уровня 13,5-14,0V вследствие соответствующего изменения (увеличения) длительности П-образного напряжения широтноимпульсномодулированного сигнала позволяет заряжать аккумуляторную батарею. На Фиг. 4 приведена программа по контролю дли-тельности ШИМ сигнала.

1. Патент Российской федерации RU № 2479910.
2. Патент российской федерации RU № 2414037.
3. US Patent 4626764.
4. US Patent 8513913.
5. Enslin J.H.R., Wolf M.S., Snyman D.B., Swiegers. Integrated photovoltaic maximum power point tracking converter, IEEE Transactions on industrial electronics, Vol. 44, No .6, December, 1997, pp. 769-773.