CC BY
3ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2020. № 5-5 (104)
УДК 621.314
С.В. Шуваев
К ВОПРОСУ КЛАССИФИКАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СПОСОБУ ПОВЫШЕНИЯ ИХ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
Эта статья посвящается анализу классификаций солнечных фотоэлектрических установок и одному из способов повышения их коэффициента полезного действия, за счет переработанной силовой схемы преобразователя и принципа его синхронизации с сетью переменного тока.
Ключевые слова: статический преобразователь, фотоэлектрические установки, классификация, конвертор.
В настоящее время фотоэлектрические установки всё чаще применяются при создании энергетических установок в местах, сильно удаленных от основных сетей, а также в качестве дополнительного источника энергии.
Повышение коэффициента полезного действия и коэффициента мощности статического преобразователя при передаче энергии от солнечной батареи в сеть является основной задачей различных исследований.
Для этого была рассмотрена классификация солнечных фотоэлектрических установок и преобразователей, на основании которой, мы сможем определиться с наиболее подходящими нам условиям.
1. По способу существующих соединений модулей:
- При центральном способе фотоэлектрические модули соединяются последовательно - параллельно, с одним выходным центральный конвертером. Основными недостатками данного способа соединения являются так называемые потери мощности при рассогласовании модулей, а также эффект «горячего пятна», когда затененный модуль начинает рассеивать генерируемую мощность от освещенных модулей.
- Секционный способ соединения модулей последовательный, когда каждая ветвь панелей имеет свой конвертор. Но по сравнению c центральным позволяет реализовать метод по отслеживанию точки максимальной мощности в каждой ветви. К недостатку способа следует отнести наличие в каждой ветви отдельного выходного конвертера или инвертора. При этом, проблема потери мощности при рассогласовании все равно присутствует в каждой ветви последовательно соединенных модулей.
- При модульном способе каждый фотоэлектрический модуль подключают к потребителю через отдельный конвертер или инвертор, что исключает потери мощности при рассогласовании.
2. По способу устранения токов утечки:
- С использованием низкочастотного развязывающего трансформатора, установленного на выходе преобразователя, осуществляющего гальваническую развязку солнечных батарей от потребителей.
- При втором способе устранения опасных токов утечек гальваническую развязку между солнечной батареей и потребителями осуществляют посредством использования высокочастотного промежуточного звена с использованием высокочастотного развязывающего трансформатора.
- Устранение опасных токов утечки без использования трансформатора достигающееся посредством применения специальной топологии силовой схемы выходного инвертора.
3. В зависимости от места подключения аккумуляторной батареи, подразделяют:
- с подключением АБ к шине постоянного тока;
- с подключением АБ между конвертером и инвертором;
- с подключением АБ после инвертора через преобразователь.
Так же были проанализированы конверторы, которые различаются наличием или отсутствием гальванической развязки между входным и выходным напряжениями. При этом рассматриваемые устройства без гальванической развязки делятся на понижающие, повышающие, инвертирующие конвертеры и конвертеры с разделительным конденсатором.
А рассматриваемые преобразователи с гальванической развязкой делятся на однотактные и двухтактные конвертеры. В однотактных конвертерах, в отличие от двухтактных, передача электрической энергии происходит в течение одного интервала времени (такта) за период.
По этим критериям была выбрана структура солнечной фотоэлектрической установки и силовой схемы статического преобразователя.
© Шуваев С.В., 2020.
Вестник магистратуры. 2020. № 5-5 (104)
ISSN 2223-4047
Для передачи энергии от батареи в сеть и синхронизации статического преобразователя с сетью переменного тока выбрана двухконтурная система регулирования инвертора статического преобразователя. В ней достигается большая выходная мощность солнечной батареи. Один из контуров системы отвечает за формирование сигнала ошибки, характеризующего отклонение напряжения промежуточного звена постоянного тока от заданного значения, а второй - за формирование управляющего сигнала для широтно-импульсного модулятора инвертора под воздействием сигнала с выходного датчика тока инвертора.
В качестве функциональной схемы выбрана структура, представленная на рисунке 1 которую можно подключить к однофазной сети переменного тока, где А1 - солнечная батарея, А2 - повышающий конвертер, А3 - система управления (СУ) конвертером А2, А4 - СУ двунаправленным конвертером А5, А5- двунаправленный конвертер, А6 - АБ, А7 - инвертор, А8 - СУ инвертором, А9 - выходной фильтр. В этой схеме СУ конвертером А3 и СУ инвертором А8 осуществляется по двухконтурному принципу. Их особенностями это то, что, СУ конвертером А3 на основе данных по току и напряжению иСБ с использованием метода по отслеживанию точки максимальной мощности формирует управляющие импульсы на конвертер А2 с целью генерации максимальной мощности батареи, а СУ инвертором А8 обеспечивает синхронизацию инвертора А7 с сетью таким образом, чтобы передать электрическую энергию от солнечной батареи с наибольшей эффективностью.
1ч;, 14 м, j
Рис. 1
Модели выбранного статического преобразователя позволяют проводить исследования рабочих процессов в широком диапазоне и дают снижение мощности потерь до 20% по сравнению с другими системами, а также подтверждают работоспособность принципа двухконтурной системы регулирования инвертора статического преобразователя.
Библиографический список
1.Войтович, И.А. Современные статические преобразователи шкалы «Б» / И.А. Войтович, С.Ф. Коняхин, В.А. Цишевский // Практическая силовая электроника. - 2005. - №19, 2005.
2.Меликов А.В. Теория надежности элементов электротехнических комплексов и систем электроснабжения / Учебное пособие /ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, Волгоград - 2019
ШУВАЕВ СЕРГЕИ ВЛАДИСЛАВОВИЧ - магистрант, ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, Россия.
