Контроллеры заряда-разряда аккумуляторных батарей солнечных фотоэлектрических установок Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

19 июня 2015 г. в рамках Петербургского международного экономического форума прошла церемония вручения «Премии развития». Победителем в номинации «Лучший проект в области экологии и «зеленых» технологий» стала компания ООО «Хевел» - Проект строительства первой в России сетевой солнечной электростанции мощностью в 5 МВт, Республика Алтай. На церемонии вручения глава администрации президента РФ Сергей Иванов предложил построить солнечные электростанции в Якутии, на Алтае и Кавказе (http://www.premiyarazvitiya.ru/admin/spaw2/uploads/files/VEB_ Development_Award_2015.pdf) Список использованной литературы:

1. Masson G., Latour M., Rekinger M., Theologitis A.T., Papoutsi P. Global Market Outlook: For Photovoltaics 2013-2017. - Brussels: European Photovoltaic Industry Association. Renewable Energy House, 2013. - 60 p.

2. Global market outlook for Photovoltaics 2014-2018. - EPIA, 2014. - p.17.

3. Renewables 2015. Global status report [электронный ресурс]. - Режим доступа: www.ren21.net/gsr

4. Антонио Луке: Развитие фотоэлектрической солнечной энергетики неудержимо // Экология и жизнь. №12 (133). 2012. - С. 18-19.

5. Житников И.Ю. Современное состояние, перспективы развития возобновляемых источников энергии и их роль в энергосистеме // Главный энергетик. 2011. №12.

6. Внедрение возобновляемых источников энергии: Принципы эффективной политики и стратегий / Резюме доклада. - Международное Энергетическое Агенство, 2010.

7. Козюков Д.А. Солнечные фотоэлектрические системы для качественного и надежного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей / Д.А. Козюков, Б.К. Цыганков // Возобновляемые источники энергии: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием и IX научной молодежной школы. - М.: Университетская книга, 2014. - С.161-167.

8. Усачев А.М. Развитие солнечной энергетики в России / Презентация (6.03.2013г.) [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mgimo.ru/files2/y03_2013/236159/usachev.pdf

© Д.А. Козюков, Б.К. Цыганков, 2015

УДК 621.314.5

Д.А. Козюков

аспирант Б.К. Цыганков

к.т.н., профессор Кафедра электротехники, теплотехники и ВИЭ Кубанский государственный аграрный университет г. Краснодар, Российская Федерация

КОНТРОЛЛЕРЫ ЗАРЯДА-РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ СОЛНЕЧНЫХ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Аннотация

Рассматриваются типы, основные характеристики и функциональные особенности контроллеров заряда-разряда (КЗР) аккумуляторных батарей (АКБ) в фотоэлектрических установках. Представлено описание режимов заряда АКБ с помощью современных КЗР.

Ключевые слова

Солнечная батарея, аккумуляторная батарея, контроллер заряда, широтно-импульсная модуляция, точка

максимальной мощности

Контроллеры заряда-разряда (КЗР) аккумуляторных батарей (АКБ) в солнечных фотоэлектрических установках (СФЭУ) контролируют уровни заряда и разряда (State of charge (SOC) и depth of discharge (DoD))

41

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

АКБ и при необходимости отключают или переподключают солнечную батарею (СБ) и нагрузку. КЗР в первую очередь необходимы для оптимизации и регулировки режимов заряда/разряда АКБ с целью продления их срока службы. Систематический перезаряд приводит к кипению электролита и вспучиванию герметичных АКБ. Глубокий же разряд опасен для АКБ тем, что ведет к сульфатации пластин и прекращению работоспособности АКБ. Особенно чувствительны к перезаряду и переразряду свинцовокислотные АКБ, наиболее часто применяемые в ФЭУ [1].

Таким образом, КЗР выступает своеобразным связующим звеном между СБ и АКБ. В его основные функциональные обязанности входит: автоматическое подключение СБ на заряд АКБ; многостадийный заряд АКБ; автоматическое отключение СБ при полном заряде АКБ; автоматическое отключение нагрузки при установленном уровне разряда АКБ; подключение нагрузки при достаточном заряде АКБ [2].

Наибольшее распространение в ФЭУ получили КЗР двух типов:

1) КЗР с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ; PWM - Pulse-width modulation);

2) КЗР с алгоритмом поиска точки максимальной мощности (ТММ; МРРТ - Maximum Power Point Tracking).

КЗР с ШИМ - это последовательный контроллер с регулированием зарядного напряжения, который отключает АКБ при полном заряде, не закорачивая СБ. Его алгоритм работы позволяет достигать 100% уровень заряда АКБ. ШИМ-контроллеры обычно применяются в ФЭУ малой мощности - от 100 Вт до 2 кВт. Когда напряжение на АКБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда для предотвращения перегрева и закипания АКБ (что особенно важно для герметичных АКБ).

КЗР с алгоритмом отслеживания ТММ позволяют заряжать АКБ с номинальным напряжением более низким, чем номинальное напряжение СБ. То есть несколько последовательно соединенных солнечных модулей (СМ) с напряжением, превышающим номинальное напряжение АКБ, подключаются на вход ТММ-контроллера (диапазон входных напряжений в зависимости от модели составляет 75-150 В). Также появились КЗР с максимальным входным напряжением до 200В. Мощные КЗР рассчитаны на входной ток 60-80А (возможно подключение СБ мощностью до 4 кВт при системном напряжении 48В).

Типовая вольт-амперная характеристика (ВАХ) солнечной батареи (рис. 1) показывает, что

максимальная мощность достигается тогда, когда выполняется отслеживание максимальных значений тока и напряжения СБ. ТММ-контроллер постоянно отслеживает ток и напряжение на СБ, перемножает их значения и определяет пару ток-напряжение, при которых мощность СБ будет максимальной. ТММ может вычисляться разными способами. В простейшем случае КЗР последовательно снижает напряжение от точки холостого хода до напряжения на аккумуляторе. Точка максимальной мощности будет находиться где-то в промежутке между этими значениями. Положение ТММ зависит от нескольких параметров: освещенности, температуры СМ и др. [3].

Тем самым ТММ-контроллер позволяет более эффективно использовать СМ и получать порядка 30% прибавки генерируемой мощности за год. Так, по сравнению с ШИМ-КЗР, ТММ-контроллер начинает заряжать АКБ уже в утренние часы, а в вечерние часы процесс зарядки длиться дольше. Также при пасмурной погоде он работает более эффективно.

Рисунок 1 - Типовая вольт-амперная характеристика солнечной батареи

42

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

В качестве базового элемента ТММ-контроллеров выступает преобразователь, воспринимающий входное напряжение от СБ, преобразующий его в переменное с высокой частотой, а далее - вновь в постоянное. Цифровой способ управления реализуется в циклическом контроле входного напряжения от СБ и сравнении его с напряжением на АКБ. Затем определяется оптимальное соотношение тока и напряжения на временном отрезке [4].

Сегодня на рынке оборудования для возобновляемой энергетики наиболее популярны КЗР известных производителей: Steca, Xantrex, Schneider Electric, OutBack, MomingStar, Phocos, EpSolar. Приведем основные характеристики и функциональные особенности КЗР (табл. 1).

Современные КЗР имеют несколько фаз (режимов, стадий) заряда АКБ (рис. 2) [1, 5].

1. Фаза активного заряда (Bulk): весь ток от СБ идет на заряд АКБ.

2. При достижении на АКБ определенного уровня напряжения наступает фаза поглощения (абсорбции, Absorbtion): КЗР постепенно снижает ток заряда АКБ, чтобы не допустить перегрева и процесса активного газообразования.

Таблица 1

Основные характеристики контроллеров заряда-разряда

Контроллеры с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ; PWM) Контроллеры с отслеживанием точки максимальной мощности (ТММ; МРРТ)

Рабочее напряжение контроллера для заряда АКБ, В Максимальный входной постоянный ток и максимальный ток нагрузки, A Максимальный потребляемый ток, мА Напряжение подзаряда (в режиме float), В Напряжение отключения нагрузки, В Диапазон рабочей температуры, °С Класс защиты, 1Р Функциональные особенности PWM заряд 3 режима заряда: bulk, absorbtion, float Автоматическое подключение нагрузки при заряде АБ Автоматическое определение рабочего напряжения АКБ Температурная компенсация зарядных напряжений АКБ Электронная защита (предохранители) Защита АКБ от перезаряда отключение СБ при полном заряде АКБ Защита АКБ от глубокого разряда Защита от переполюсовки СБ и АКБ Защита от короткого замыкания СБ Защита от повышенного напряжения СБ Защита от короткого замыкания нагрузки Тепловая защита Защита от импульсных перенапряжений (варистор) Защита от разряда АКБ через СБ Индикация (ЖК- дисплей опционально). Рабочее напряжение, В Максимальное входное напряжение СБ, В Максимальная мощность СБ, Вт Максимальный ток заряда АКБ, A Диапазон рабочих температур, °С Класс защиты, IP Функциональные особенности МРРТ заряд 4 режима заряда: bulk, absorbsion, float, equalization Электронная защита от перегрузки Защита от перезаряда АКБ Защита от переполюсовки СБ и АКБ Защита от короткого замыкания СМ Защита от короткого замыкания нагрузки Защита от перенапряжения на входе Защита от импульсных перенапряжений (варистор) Предотвращение разряда АБ через СБ в ночное время Индикация (ЖК- дисплей опционально).

3. Выравнивается напряжение и наступает фаза поддерживающего заряда малым током (равновесие, Float).

4. Фаза уравновешивающего заряда (выравнивание/equalization): зарядка открытых АКБ

уравнительным зарядом - методом контролируемой перезарядки, который предусматривает перемешивание электролита и восстанавливает неиспользуемые зоны материала пластин, что полностью восстанавливает емкость АКБ. Этот процесс сопровождается газовыделением (водород и кислород).

Наиболее правильный заряд обеспечивают КЗР, позволяющие настроить тип, емкость и напряжение заряда АКБ.

43

Рисунок 2 - Режимы заряда-разряда АКБ с помощью контроллера

Известно немало схемотехнических решений в области разработки КЗР для ФЭУ. Так, в статье [6] предлагается схема регулятора заряда АКБ от СМ с двухступенчатым зарядным циклом, в котором использован электронный ключ на мощных полевых транзисторах.

Список использованной литературы:

1. Контроллеры заряда для солнечных систем. - Режим доступа: http://www.solbat.su/dopobr/kontzar/

2. Robert Foster, Majid Ghassemi, Alma Cota. Solar energy: Renewable Energy and the Environment // USA: CRC Press. - 2009. (англ.).

3. Контроллеры заряда аккумуляторов от фотоэлектрической батареи с широтно-импульсной модуляцией тока заряда. - Режим доступа: http://www.solarhome.ru/ control/pwm/

4. Смысл работы солнечного МРРТ контроллера. - Режим доступа: http: //rusveter. ru/686/smysl_raboty_solnechnogo_mrrt_kontrollera.html

5. Автономная ФЭС. - Режим доступа: http://g2group.ru/produktsija/ fotoelektricheskie-sistemy/avtonomnaja-fotoelektricheskaj a-sistema/

6. Калашник В.И. Регулятор заряда аккумуляторных батарей от солнечных панелей / В.И. Калашник, К.Р. Казаров, В.А. Черников // Механизация и электрификация сельского хозяйства. №1. 2015. - С. 20-22.

© Д.А. Козюков, Б.К. Цыганков, 2015

УДК 004.75

И.В.Кудрявченко, к.т.н., доцент Институт информационных технологий и управления в технических системах ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет»

г. Севастополь, Российская Федерация

В.И.Иваненко

Магистр по информационным системам и технологиям Индивидуальный предприниматель г. Севастополь, Российская Федерация

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ МЕДИА-КОНТЕНТА

Аннотация

Рассматриваются основные аспекты создания и исследования веб-ориентированного приложения,

44