Способ преобразования энергии солнечных установок

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ электрической энергии к источникам потребления,благодаря возможности управления за движением солнечных панелей, а также контроля и инвентирования преобразованной электрической энергии. Это достигается тем,что в способе преобразования солнечной энергии в электрическую,включающем сбор и инвертирование солнечной энергии, согласно изобретению,сбор и преобразование солнечной энергии осуществляют в зависимости от положения солнца с помощью солнечных панелей с управляемым модулем слежения за солнцем,преобразованную электрическую энергию направляют через контроллер в блок аккумуляторных батарей для накопления,накопленную электрическую энергию инвертируют с помощью инвертора и направляют к источнику потребления энергии и/или резервному источнику.(74) Тусупова Меруерт Кырыкбаевна Дюсенов Еркебулан Рамазанович(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНЫХ УСТАНОВОК(57) Изобретение относится к сфере альтернативной энергетики, а именно к способам преобразования энергии солнечных установок и может быть использовано для сбора электрической энергии с солнечных установок, и преобразования получаемой электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, а также преобразования постоянного тока в переменный (инверторная система) для питания нагрузок конечного потребителя. Техническим результатом является расширение функциональных характеристик способа преобразования солнечной энергии, повышение эффективности накопления и передачи Изобретение относится к сфере альтернативной энергетики, а именно к способам преобразования энергии солнечных установок и может быть использовано для сбора электрической энергии с солнечных установок, и преобразования получаемой электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, а также преобразования постоянного тока в переменный (инверторная система) для питания нагрузок конечного потребителя. Известен способ преобразования солнечной энергии в электрическую, включающий сбор солнечной энергии,в котором группы,последовательно соединенных солнечных элементов, разделены по уровню напряжения на пять ступеней, а в каждой ступени солнечные элементы соединены параллельно и в зависимости от мощности образуют многоступенчатую солнечную площадку, каждая ступень подключается к инвертору. Инвертор, в свою очередь, преобразует постоянное напряжение в многоступенчатое переменное напряжение очень близкое к синусоидальной форме без высших гармоник. / 19073 А, 15.01.2008 г./. Недостатками данного аналога являются недостаточные возможности для повышения эффективности накопления и передачи электрической энергии. Задачей изобретения является разработка способа преобразования энергии солнечных установок с улучшенными техническими характеристиками. Техническим результатом является расширение функциональных характеристик способа преобразования солнечной энергии, повышение эффективности накопления и передачи электрической энергии к источникам потребления,благодаря возможности управления за движением солнечных панелей, а также контроля и инвентирования преобразованной электрической энергии. Это достигается тем,что в способе преобразования солнечной энергии в электрическую,включающем сбор и инвертирование солнечной энергии, согласно изобретению,сбор и преобразование солнечной энергии осуществляют в зависимости от положения солнца с помощью солнечных панелей с управляемым модулем слежения за солнцем,преобразованную электрическую энергию направляют через контроллер в блок аккумуляторных батарей для накопления,накопленную электрическую энергию инвертируют с помощью инвертора и направляют к источнику потребления энергии и/или резервному источнику. Корпус солнечной установки состоит из четырех частей. Нижняя часть, является одновременно корзиной для установки плат и радиаторов для силовых элементов. Верхняя - крышка может быть использована для установки дополнительных устройств (охлаждение и т.д.). Передняя и задняя боковины имеют прямоугольную форму. Передняя 2 боковина может быть использована для размещения блоков управления и индикации, и, опционально,для размещения панели оператора. Задняя крышка должна использоваться для размещения колодок входных и выходных клемм. Корзина (нижняя часть),верхняя часть,боковины будут изготавливаться с применением инжекционнолитьевых машин, термопластавтоматов трех модификаций, применяемых для изготовления деталей из термопластов методом литья под давлением. Вентилятор принудительного охлаждения допускается. Контроллер заряда от солнечных панелей выполняет функцию, которая отключает источники питания от солнечных панелей при полном(допустимом) заряде АКБ и отключаютнагрузки при разряде блока аккумуляторных батарей до допустимого значения глубины разряда (например,в пределах 10-30 номинальной емкости, в зависимости от модели аккумуляторных батарей). Данный контроллер также выполняет функцию контроля заряда-разряда блока аккумуляторных батарей. При этом, разряд должен контролироваться наличиемнагрузок от инвертора (при наличии нагрузок со стороны потребителя). Потребление на собственные нужды контроллера не превышает 57 Вт. Блок аккумуляторных батарей состоит из нескольких аккумуляторных батарей, общим напряжением постоянного тока 24 В. Емкость блока аккумуляторных батарей выбирается исходя из конкретных требований потребителя с применением альтернативных источников энергии (как в автономном режиме, так и с использованием дополнительных (резервных) источников питания). Для реализации возможности управления слежением за солнцем предусмотрен модуль управления слежением за солнцем, который настроен таким образом, что обеспечивает оптимальную ориентацию солнечных панелей по отношению к солнцу. Солнечные панели могут производиться на одно- или двух координатных модулях управления слежением за солнцем. Для контроля модуля управления слежением за солнцем и для отображения показаний выходных характеристик работы интегрированной системы,опционально, предусмотрена панель оператора. Модуль управления слежением за солнцем осуществляет управление слежением за солнцем,который может входить в состав установки солнечных модулей, а также осуществлять передачу данных о состоянии системы на панель оператора. Данный модуль предназначен для сопряжения внешних цифровых и аналоговых устройств,датчиков и исполнительных механизмов с компьютером (или сетью компьютеров) черезилиинтерфейс, при этом модуль имеет аппаратную периферию, доступную на колодках контактов. Модуль предусматривает в своем составе следующие аппаратные ресурсы до 22-х дискретных линий ввода/вывода с возможностью независимой настройки направления передачи данных (вход/выход), до четырех 10-ти разрядных АЦП (для измерения напряжения,установки различных датчиков), до четырех счетчиков импульсов, не менее одного ШИМ выхода и последовательного порта . Модуль имеет встроенную-страницу управления,удобный визуализированный интерфейс для управления различными ресурсами модуля и мониторинга его параметров в режиме реального времени, а также модуль может поддерживать набор текстовых команд управления,которыми можно обмениваться с модулем по протоколу / (открытый командный интерфейс управления). При этом текстовая команда должна отправляться по сетевому соединению по указанному -адресу,с последующей ее декодировкой процессором модуля, и выполнением необходимой операции, а также отправки обратного ответа в текстовом формате о статусе выполненной задачи или другую необходимую информацию,специфичную для конкретной команды. Применение текстовых команд позволяет в общем случае взаимодействовать с модулем через любую терминальную программу, способную передавать данные через сетевое соединение. Технические характеристики модуля модуль управления с интерфейсом) удобный форм-фактор в виде модуля с - колодкой иразъемом (-45) до 22 х дискретных линии ввода/вывода с возможностью независимой настройки направления передачи данных (вход/выход) и сохранения настроек в энергонезависимой памяти модуля четыре 10-ти разрядных АЦП четыре счетчика импульсов ШИМ выход последовательный портинтерфейс ТСР-2-СОМ набор готовых текстовых команд управления высокого уровня (Е - команды) по(открытый командный интерфейс) встроенный стабилизатор питания диапазон питающего напряжения (от 4 до 6.5 В) возможность питания от фиксированного источника 3.3 В индикационные светодиоды сетевой активности и статуса модуля поддержка ОС 2000, 2003, ХР 32/64 ,32/64 и 7 32/64 поддержкавстроенный -сервер для управления и мониторинга-интерфейса (возможность создания собственного -интерфейса управления модулем) возможность установки обновления прошивки пользователем по сети возможность подключения нескольких модулей к одной сети/ адресов) возможность изменения сетевых настроек модуля-странице управления и командному интерфейсу должен быть защищен паролем режим автоматического отслеживания изменения состояний входных дискретных линий возможность сохранения и последующего восстановления состояний аппаратных ресурсов после отключения питания (реле, выходные дискретные линии,счетчик импульсов, ШИМ). С блока аккумуляторных батарей постоянное напряжение поступает на вход инвертора, где оно(220 В) с характеристиками соответствующими требованиям однофазной бытовой сети переменного напряжения 220 В с частотой 50 Гц, для питания нагрузки потребителя (бытовые электрические приборы, освещение и т.п.). Инвертор с функцией переключения сети предусматривает систему автоматического пуска(переключения) резервного источника питания. При наступлении неблагоприятных условиях для работы солнечных панелей(ночное время,продолжительный период пасмурного неба), а также, при достаточно глубоком разряде блока аккумуляторных батарей для подачи бесперебойного питания на нагрузку потребителя,инвертор автоматически переключает питание на резервный источник электроэнергии(централизованная электросеть, дизельный или бензиновый или газовый генератор). Инвертор с переключением на резервную сеть (220 В центральная сеть, дизельный или бензиновый или газовый генератор) при пропадании питания от блока аккумуляторных батарей. Для этого инвертор может иметь один или два встроенных реле со свободным программированием по любому событию. Инвертор обеспечивает автоматическое поддержание выходного напряжения в стандартных значениях для сети переменного тока 220-240 В, 50 Гц. Выходное напряжение имеет вид правильной синусоиды с предельным уровнем гармоник, не вызывающим сбоев в работе электронного оборудования. Важной особенностью алгоритма инвертирования выдвигается требования обеспечения максимальной эффективности работы источника инвертирования (панели или генератор) по критерию максимальной отдаваемой мощности. Технические характеристики инвертора рабочий диапазон входного напряжения 20-29 В типовой ток холостого хода 0,3 Аток потребления в спящем режиме не более 0,01 А защита от КЗ выхода 220 В выходное напряжение 220 В 5 Защита выхода от перегрузки выходная мощность полная, 3000 ВА тепловая защита выходная мощность активная при в 27 В - 2000 Вт защита аккумулятора от полного разряда пусковая мощность длительная (0-120 сек) от 4000 Вт до 2000 Вт частота выходного напряжения 50 Гц -1 форма выходного напряжения - синусоида коэффициент мощности нагрузки допустимый 01 коэффициент полезного действия 92 синхронизация выходного напряжения инвертора по фазе с резервной сетью 220 В при значительном разряде аккумулятора инвертор должен подавать звуковые и световые сигналы о скором отключении и/или переключении на резервную сеть. Источники бесперебойного питанияэлектронные приборы,обеспечивающие устойчивость современных систем связи,газоснабжения,вычислительных комплексов,холодильных установок, различной сигнализации и многих других комплексов, от которых зависит жизнедеятельность человека. Общая схема работы источника бесперебойного питания 3- при отключении сетевого напряженияавтоматически переключает подключенное оборудование на питание от инвертора,преобразующего постоянное напряжение аккумулятора (12/24 В) в переменное напряжение 220 В, 50 Гц- при появлении напряжения в сетипереключает приборы обратно на питание от сети,отключает инвертор, а батарею ставит на заряд. Применение высокотехнологичных решений при проектировании приборов придало- синусоидальная форма выходного напряжения- многорежимность работыисточника бесперебойного питания 1000 Вт- минимальное время переключения между режимами работы - 0,015 с- мощное интеллектуальное трхстадийное зарядное устройство с широким диапазоном питающего напряжения гальваническая развязка источника бесперебойного питания большой мощности- внешние аккумуляторные батареи. Синусоидальная форма выходного напряжения- особенно важно при необходимости обеспечить бесперебойную и безаварийную работу нежных и особо требовательных к напряжению электронных устройств. Таких, как медицинское оборудование,офисная техника, электроинструмент, приборы с микропроцессорным управлением и т.п Многорежимность работыисточника бесперебойного питания 1000 Вт(при высоком уровне качества электропитания в сети)- Резерв - в случае отключения питания источник бесперебойного питания передает на выход энергию из аккумулятора через инвертор с синусоидальной формой выходного напряжения- Сеть - для сетей с некачественным питанием,преобразование входной энергии сначала в постоянное напряжение с помощью зарядного устройства, а затем в качественное переменное напряжение с помощью инвертора- возможность выбора режима работы позволяет совместить сильные стороны онлайн и офлайн ,такие как широкий диапазон входных напряжений,высокие качественные параметры выходного напряжения и низкие потери энергии. Минимальное время переключения между режимами работы - 0,015 с. Данный параметр особенно важен для обеспечения надежной работы защищаемого оборудования и исключения сбоев в его работе- данный параметр особенно важен для обеспечения надежной работы защищаемого оборудования и исключения сбоев в его работе. Мощное интеллектуальное трхстадийное зарядное устройство с широким диапазоном питающего напряжения-оптимизирован для совместной работы с герметичными свинцово-кислотными гелевыми 4 аккумуляторными батареями (АКБ) высокой емкости (до 200 а/ч). Зарядное устройство обеспечивает 100 автоматический заряд АКБ. Диапазон выходного тока от 5 до 18 А, в зависимости от модификации изделия. Заряд возможен при широком диапазоне напряжения в сети от 160 до 240 В. Гальваническая развязка источника бесперебойного питания большой мощности поскольку подключение аккумулятора производится снаружи источника бесперебойного питания, то имеется вероятность электрического контакта пользователя с выводами аккумуляторных батарей. Поэтому, в целях электробезопасности цепи аккумулятора развязаны и от входного, и от выходного напряжения . Малый вес- применение современных подходов к проектированию позволяет сделать значительно (в 3 и более раз) легче, чем существующие на рынке аналоги- меньший вес упрощает переноску изделия позволяет разместить дополнительное оборудование при монтаже в комплексные системы или сократить их массу- наиболее удачное решение для передвижных лабораторий и установок с возможностью электропитания как от мощностей мобильной платформы (шасси), так и от электросетей переменного тока. Внешние аккумуляторные батареи- можно использовать любые доступные для пользователя аккумуляторных батарей- упрощается процесс замены аккумуляторных батарей- облегчение технического обслуживания и текущего контроля работы изделия. На фиг.1 представлена схема преобразования солнечной энергии в электрическую. В солнечной установке(1) сбор и преобразование солнечной энергии осуществляют в зависимости от положения солнца с помощью солнечных панелей (2) с управляемым панелью оператора (7) модулем (6) слежения за солнцем,далее преобразованную электрическую энергию направляют через контроллер (3) в блок аккумуляторных батарей (4) для накопления, далее накопленную электрическую энергию инвертируют с помощью инвертора (5) и направляют к источнику потребления энергии (8) и/или резервному источнику (9). Изобретение осуществляется следующим образом. Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата, однако не является единственно возможным. Пример. Электроэнергия,вырабатываемая каскадом солнечных панелей - 2 панели по 230-260 Вт,поступает на контроллер заряда от солнечных панелей, который обеспечивает устойчивую зарядку блока аккумуляторных батарей. На входы интегрированного комплекса может подаваться несколько вариантов напряжения от различных источников электрической энергии- входы контроллера заряда от солнечных панелей - постоянное напряжение от каскада солнечных панелей. При номинальной освещенности минимальное значение входного напряжения 15 В, максимальное - 29,8 В. Максимальное значение силы тока - 16,8 А. Выходы с контроллера заряда от солнечных панелей при достаточном поступлении напряжения с каскада солнечных панелей обеспечивает выход постоянного стабилизированного напряжения в пределах 24-29 В, необходимого для устойчивого заряда блока аккумуляторных батарей (состоящего из последовательно соединенных АКБ общим напряжением 24 В). Преимуществами заявленного изобретения является- система позволяет потребителям избавиться от необходимости покупки нескольких дорогостоящих приборов(инвертор,контроллер,зарядное устройство, модуль дистанционного управления,автоматика управления системой ввода резервного питания, управление системой слежения за солнцем) решение проблемы с сервисным обслуживанием возможность увеличивать количество солнечных модулей без дополнительных затрат на приобретение дополнительных приборов- применение как в индивидуальном порядке, в жилых домах, квартирах, так и в комплексе при оснащении системами альтернативной энергетики сельских поселений, коттеджных, дачных поселков,предприятий различного назначения, в качестве системы для сбора энергии с таких видов альтернативных источников энергии, как солнце,аккумулирования этой энергии в АКБ, и дальнейшего преобразования с целью использования для питания нагрузки потребителей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ преобразования солнечной энергии в электрическую,включающий сбор и инвертирование солнечной энергии,отличающийся тем, что сбор и преобразование солнечной энергии осуществляют в зависимости от положения солнца с помощью солнечных панелей с управляемым модулем слежения за солнцем преобразованную электрическую энергию направляют через контроллер в блок аккумуляторных батарей для накопления накопленную электрическую энергию инвертируют с помощью инвертора и направляют к источнику потребления энергии и/или резервному источнику.