Спосіб відбору електричної енергії від сонячної батареї.

      ЧАШКО М.В., ЛЕВШОВ О.В., ФІЛЬ К.О.
      Бюл. №11, 15.11.2005 г.

     Корисна модель відноситься до електротехніки, зокрема до перетворення сонячної енергії в електричну.       Відомий спосіб відбору енергії від сонячної батареї, що полягає в підключенні споживача енергії до з'єднаного послідовно елементам сонячної батареї. (заява 92012856/25, 18.12.1992, H01L31/04, "ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОЛЛЕКТОР СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ"). Сутність його в тім, що енергія, вироблена елементами сонячної батареї, передається споживачу одночасно і безупинно.
     Недолік способу виявляється в малій надійності, тому що при обриві одного з послідовно включених елементів сонячної батареї припиняється передача енергії споживачу від справних елементів батареї через відсутність ланцюга для струму.
     Найбільш близьким є спосіб відбору електричної енергії від сонячної батареї, який здійснюється пристроєм для одержання енергії від фотоелектричного перетворювача (патент 2195754, H02J7/32, H02J7/35, 2002.12.27, "УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОТБОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ"). Спосіб полягає в підключенні споживача енергії до з'єднаних паралельно чи послідовно елементів сонячної батареї. Сутність його в тім, що електричну енергію, отриману від сонячної батареї, попередньо накопичують за допомогою електричного конденсатора. Накопичену енергію подають порціями на опір чи навантаження – акумулятор за допомогою перетворювача постійної напруги із широтно-імпульсною стабілізацією.
     Ознаки найбільш близького аналога, що збігаються з ознаками корисної моделі, що заявляється:
     1. електричну енергію, отриману від сонячної батареї, попередньо накопичують за допомогою електричного конденсатора;
     2. накопичену енергію подають порціями споживачу – на опір чи навантаження – акумулятор.
     Недоліки його полягають в одночасному накопичуванні в конденсаторі енергії всієї батареї і одночасній передачі споживачу енергії всієї батареї;. Унаслідок цього виявляється невисока надійність відбору енергії, а саме:
     - при порушенні ізоляції одного з паралельно включених елементів батареї всі інші елементи виявляються замкненими накоротко несправним елементом, тому напруга на виході батареї відсутня і електрична енергія споживачу не передається;
     - при обриві ланцюга одного з послідовно включених елементів батареї вся батарея виявляється розімкненою, так що струм на її виході відсутній і електрична енергія споживачу не передається.
     В основу корисної моделі поставлена задача збільшити надійність відбору електричної енергії від сонячної батареї.
     Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб відбору електричної енергії від сонячної батареї, що включає перетворення сонячної енергії в електричну, накопичення її в електричному конденсаторі і передачу споживачу порціями, відповідно корисній моделі енергію кожного елемента сонячної батареї накопичують в електричному конденсаторі кожного елемента сонячної батареї, підключають конденсатор кожного елемента сонячної батареї до індуктивності на час, поки вся енергія конденсатора кожного елемента сонячної батареї перейде в енергію магнітного поля індуктивності і напруга на цьому конденсаторі стане дорівнювати нулю, потім індуктивність підключають до конденсатора-колектора на час, поки вся енергія магнітного поля індуктивності перейде в конденсатор-колектор і струм в індуктивності стане дорівнювати нулю, цю операцію переміщення єнергії з конденсатора в індуктивність і з індуктивності в конденсатор-колектор повторюють послідовно для кожного конденсатора кожного елемента сонячної батареї, а енергію конденсатора-колектора передають за допомогою інвертора у мережу змінного струму.
     Зазначений спосіб реалізується пристроєм, приведеним на фіг. Пристрій містить сонячну батарею 1, що складається із сонячних елементів 2, кожний з яких перетворює сонячну енергію в електричний струм, конденсатори 3, кожний з яких підключений до одного сонячного елемента 2, комутатор 4, що підключає до кожного із сонячних елементів 2 індуктивність 5, ключ 6, що підключає індуктивність 5 до конденсатора-колектора 7, інвертор 8, що перетворить постійну напругу конденсатора-колектора 7 у перемінну напругу мережі - споживача енергії 9.
     Пристрій працює в такий спосіб. Кожен сонячний елемент 2 батареї 1 під дією сонячних променів генерує струм, що заряджає підключений до нього конденсатор 3. Комутатором 4 підключають послідовно кожен конденсатор 3 до індуктивності 5. При цьому конденсатор 3 розряджається на індуктивність 5, виникає електричний струм, що синусоїдально змінюється в часі. Унаслідок виникнення електричного струму електрична енергія конденсатора 3 переходить у магнітну енергію індуктивності 5. Коли вся енергія конденсатора 3 перейде в індуктивність 5, напруга на конденсаторі 3 стане дорівнювати нулю. У цей момент одночасно розмикають комутатор 4 і замикають ключ 6. Струм індуктивності проходить по ланцюзі індуктивність 5 - ключ 6 - конденсатор-колектор 7 - індуктивність 5. Унаслідок цього енергія магнітного поля індуктивності 5 перетвориться в електричну енергію конденсатора-колектора 7. Коли вся енергія індуктивності 5 перейде в конденсатор-колектор 7, струм стане дорівнювати нулю. У цей момент розмикають ключ 6 і комутатором 4 підключають до індуктивності 5 черговий конденсатор 3 елемента 2 сонячні батареї 1, описаний вище процес повторюється. Інвертором 8 перетворюють напругу конденсатора-колектора 7 у перемінну напругу мережі – споживача енергії 9.
     Надійність описаного способу відбору енергії вище, ніж у способу - прототипу, тому що при наявності в батареї елемента, що має несправність у виді обриву чи короткого замикання, відбір енергії від батареї відбувається (за винятком несправного елемента).
     Приклад. Апробація відбору електричної енергії від сонячної батареї способом, що заявляється, і способом прототипу була виконана на моделі. Умови моделювання: число елементів моделі сонячної батареї 20, струм кожного елемента 1 А, ємність конденсатора батареї 100 мкф, індуктивність 100 мгн, ємність конденсатора-колектора 1000 мкф.

     Результати експерименту приведені в таблиці.

Вид несправності елемента		Вихідний струм при відбору енергії за способом, А,
		прототипу, елементи в батареї зібрані паралельно	прототипу, елементи в батареї зібрані послідовно	що заявляється
1	Обрив	19	0	19
2	Коротке замикання	0	1	1

     Отримані результати свідчать, що спосіб, що заявляється, забезпечує більшу надійність, чим спосіб прототипу, тому що при будь-якому виді несправності добір енергії відбувається.

ФОРМУЛА

     Спосіб відбору електричної енергії від сонячної батареї, що включає перетворення сонячної енергії в електричну, накопичення її в електричному конденсаторі і передачу в навантаження порціями, що відрізняється тим, що енергію кожного елемента сонячної батареї накопичують в електричному конденсаторі кожного елемента сонячної батареї, підключають конденсатор кожного елемента сонячної батареї до індуктивності на час, поки вся енергія конденсатора кожного елемента сонячної батареї перейде в енергію магнітного поля індуктивності і напруга на цьому конденсаторі стане дорівнювати нулю, потім індуктивність підключають до конденсатора-колектора на час, поки вся енергія магнітного поля індуктивності перейде в конденсатор-колектор і струм в індуктивності стане дорівнювати нулю, цю операцію переміщення єнергії з конденсатора в індуктивність і з індуктивності в конденсатор-колектор повторюють послідовно для кожного конденсатора кожного елемента сонячної батареї, а енергію конденсатора-колектора передають за допомогою інвертора у мережу змінного струму.

СПОСІБ ВІДБОРУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ВІД СОНЯЧНОЇ БАТАРЕЇ

Фіг. Схема відбору енергії від сонячної батареї.

Реферат

     Спосіб відбору електричної енергії від сонячної батареї відноситься до електротехніки, зокрема до перетворення сонячної енергії в електричну. Спосіб включає перетворення сонячної енергії в електричну, накопичення її в електричному конденсаторі і передачу споживачу порціями. В електричних конденсаторах накопичують енергію кожного елемента сонячної батареї, а передачу роблять почерговим підключенням конденсатора кожного елемента батареї до індуктивності на час, поки вся енергія конденсатора перейде в енергію магнітного поля індуктивності, потім індуктивність підключають до конденсатора-колектора на час, поки вся енергія магнітного поля індуктивності перейде в конденсатор-колектор, а енергію конденсатора-колектора передають через інвертор у мережу перемінного струму. Отримані результати свідчать, що спосіб, що заявляється, забезпечує більшу надійність, тому що при будь-якому виді несправності добір енергії відбувається.