CC BY
93
УДК 621.315.592 DOI: 10.15587/2312-8372.2015.41412
ПОБУДОВА ПБРНДННХ АВТОНОМННХ I РЕЗЕРВННХ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ДЛЯ СКЛАДННХ ГЕЛ1ОСНСТЕМ
Показана перспективтсть долдження ргзних munie мжроконтролерних блотв для фото-електричних nереmворювачiв. Було до^джено i розроблено найбшьш ефективну модель мжро-контролерного блоку побудови гiбрuдноï автономноï i резервноï системи електропостачання з використанням шuроmно-iмnульсноïмодулящ (Ш1М), а також стеженням за точкою макси-мальноï nоmужносmi (MPPT) сонячноï баmареï, яка використовуеться у складних гелюсистемах для налагодження ïï максuмальноï nродукmuвносmi.
Клпчов1 слова: мжроконтролерний блок, сонячний елемент, автономна система електропостачання, фотоелектричний перетворювач.
Ерохов В. Ю., Дружинш А. 0., Ерохова 0. В.
1. Вступ
В наш час потреби людства в енергп невпинно рос-туть. Однак, вже в найближчi десятирiччя виробники енергп зикнуться з нестачею природного палива (нафти, газу, вугшля), а також з такими проблемами, як ка-тастрофiчне забруднення навколишнього середовища, до якого приводить спалювання цього палива, а також потенцшна небезпека ядерно! енергетики. Отже, постае необхвдшсть одержання дешево! енергп з використанням вщновлювальних джерел живлення при мшмальному впливi на навколишне середовище [1]. Тому вже зараз широкого розвитку набувае так звана «нетрадицшна» або «чиста» енергетика, яка використовуе практично невичерпш ресурси [2].
В даний час для виготовлення фотоелектричних пере-творювачiв (ФЕП) сонячно! енергп застосовуються рiзнi напiвпровiдниковi матерiали, а для наземних фотоелек-тричних систем (terrestrial PV) в бшьшому кремнiй. Так як сонячт батаре! повиннi займати досить велик площi, вартiсть кремнiю, застосованого в якост пiдкладок для ФЕП, повинна бути досить низькою. У зв'язку з цим розвиток технологи виробництва кремшю для потреб фотовольта'ки привiв до одержання спецiальноi марки кремшю для наземних сонячних елеменпв (СЕ), що одержав назву «Terrestrial SolarGrade» — «TSG», або просто «сонячний».
На даний час доведено, що пбридш системи електропостачання з використанням ввдновлюваних джерел енергп е економiчно обгрунтованим рiшенням пробле-ми електрифiкацii не тшьки в сiльськiй мiсцевостi та в шших районах, де мережа централiзованого електропостачання видалена, ненадшна або ii прокладка дорога, а також навиь в великих мштах. Все це пов'язано з тдняттям цiн на газ i iншi джерела опалення домiв. Можна приводити приклади таких мшт як Берлш i iншi, де люди з початку 2000 роюв масово почали встановлю-вати фотоелектричнi системи для сво'х власних потреб.
У бшьшосп випадкiв при побудовi фотоелектричних систем використовуеться конф^уращя iз з'еднанням
рiзних джерел енергп на сторон постiйного струму. Проте останнiм часом, тсля появи надiйних i вщносно дешевих моделей мережевих iнверторiв, як використо-вуть мiкропроцесори, а в бшьшш степенi 8-р i 16-р мiкроконтролери, застосовуть з'еднання рiзних джерел енергп змшного струму. Це забезпечуе не тiльки бiльшу гнучкiсть, але i високу ефективнiсть використання енергп рiзних джерел за рахунок зменшення втрат в системi. Можливо використати рiзнi технологiчнi наробки, чи об'еднати 1х мiж собою, забезпечивши суттеве пiдняття ефективностi фотоелектрично! системи, чому власне i присвячена ця робота.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Система енергопостачання на сонячних батареях здаеться дуже простою. Як i в бшьшост шших систем електропостачання ввд автономних джерел, в нш всього 4 основних компоненти — самi фотоелектричш панел^ акумулятори, контролер заряду i швертор, що перетво-рюе низьковольтний постшний струм до побутового стандарту ~ 220 В. Проте всi елементи повиннi бути узгодженi мiж собою [3]. I якщо компоненти, загаль-нi для всiх подiбних систем (швертор, акумулятори, дроти) можуть розглядатися окремо, то в цш робот будуть розглянут компоненти, специфiчнi саме для фотоелектричних систем — сонячних панелей [4, 5] i контролерiв для них [6]. Але, звичайно, розгля-даеться найголовнiше питання — вибiр потужностi сонячних батарей або, який результат можна очжу-вати ввд сонячних батарей тiеi чи шшо1 номiнальноi потужностi [7].
У сучасних системах контролер заряду сто!ть мiж со-нячною батареею i акумуляторами. Його головне завдан-ня — це унормувати напругу, що виробляеться сонячними панелями, до напруги, необхщно! для заряду акумуляторiв з урахуванням поточного стану, в тому чи^ вщклю-чаючи вщ сонячних панелей при повнш зарядцi щоб уникнути перезаряду.
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 2/1(22], 2015, © Ерохов В. Ю., Дружинш А. □.,
Ерохова □. В.
В данш роботi розглянута можлившть застосування «штелектуальних» мiкроконтролерiв в якост керуючих елементiв контролерним блоком побудови ефективно! моделi мiкроконтролерного блоку пбридно! автономно! i резервно! системи електропостачання з використанням як широтно^мпульсно! модуляци (Ш1М), так i стеженням за точкою максимально'! потужностi (МРРТ) сонячно! батаре!, яка використовуеться у складних гелiосистемах для налагодження його максимально! продуктивность
3. 06'ект, ц1ль та задач1 дослщження
Об'ект дослгдження — пбридна автономна i резервна система електропостачання з використанням вщновлюва-них джерел енерги в виглядi фотоелектричних панелей, акумуляторiв, контролера заряду i iнвертора, що пере-творюе низьковольтний постiйний струм 12-24 В до побутового стандарту ~ 220 В, котра використовуеться в складних гелюсистемах (при умовах нестабiльного освилення — розташуваннях фотоелектричних панелей одночасно на даху i стiнах, а також !х розташуваннях на схщ-захщ i подiбне).
Метою роботи було дослщження i розробка найбiльш ефективно! моделi мiкроконтролерного блоку побудови пбридно! автономно! i резервно! системи електропостачання з використанням як широтно^мпульсно! модуляци (Ш1М), так i стеженням за точкою максимально! потужностi (МРРТ) сонячно! батаре!, яка використовуеться у складних гелюсистемах для налагодження !! максимально! продуктивность
Для досягнення поставлено! мети ставилися наступи завдання:
1. Найпершим кроком для збшьшення вироблення енергп сонячними батареями без додавання сонячних панелей е оптимiзування (замша) сонячного контролеру.
2. Провести огляд контролерiв з застосуванням рiз-них технологи, в першу чергу з використанням технологи широтно^мпульсно! модуляци (Ш1М).
3. Для збшьшення вироблення електроенерги i вико-ристання технологи стеженням за точкою максимально! потужност (МРРТ) сонячно! батаре!, на основi викори-стання передових та сучасних контролерiв розроблявся контролерний блок, що дозволить у бшьшосп випадюв у складних гелiосистемах налагодити !х максимальну продуктивнiсть.
4. Розглянута можливють застосування «штелектуальних» мiкроконтролерiв в якостi керуючих елемен-пв контролерним блоком побудови ефективно! моделi мiкроконтролерного блоку.
4. Виб1р встановлення сумарно! потужност сонячних панелей для автономно! системи енергопостачання
Зазвичай немае сенсу вибирати сумарну потужшсть панелей фотоперетворювачiв бiльше потужностi швер-тора. Проте, таке перевищення може бути виправда-не за наявностi потужного постшного навантаження i потужного блоку акумуляторiв або в розрахунку на тривалi перiоди похмуро! погоди. Сумарна потужшсть сонячних панелей може штотно перевершувати як по-тужнiсть швертора, так i потужнiсть, необхiдну для зарядки акумуляторiв, е !х розмщення на протилежних стiнах будинку або схилах даху, якщо вони орiентованi
на захiд i схiд — тодi потужнiсть кожного поля сонячних батарей (схщного i захщного) може досягати 80 % вщ повно! необхiдно! потужностi системи, а потужшсть сонячних панелей, тдключених до одного контролера, може перевищувати його номшальну потужнiсть майже у твтора рази. Прямi сонячнi променi не можуть одночасно висвгглювати двi протилежнi стiни або скати даху, а потужшсть, що виробляеться батареею за вщсутносп прямого засвiчення, падае раз на 10 (щоб уникнути перевантаження контролера беремо !! з двократним запасом, звщси i виходять 80 %, а не 90 %). Так, така система буде дорожче, шж «моноблочна» система з пею ж робочою потужшстю але з единим полем сонячних панелей, орiентованими на твдень. У чому ж перевага тако! «спли-системи» над «моноблочною»?
У перюд довгих днiв, коли Сонце сходить на сходi або навиь пiвнiчному сходi, а заходить на заходi чи пiвнiчному захода одне з полiв «спли-системи» завжди буде освилено Сонцем i тому зможе видавати хоро-шу потужшсть. Лише отвдш сонячнi променi будуть ковзати по обох полях сонячних панелей, але в цей час сонячне свiтло максимальне, i сприймаеться обома панелями, розсiювання випромшювання досить iстотно. У той же час орiентований на пiвдень «моноблок» дае потужний максимум вироблення в середиш дня, але вранщ i ввечерi його вироблення обумовлено лише розсiяним свiтлом i тому е мшмальне.
Тим часом саме в цей час добре було б зарядити акумулятори на нiч або тсля ночi. У похмуру погоду хмари розстють свiтло, i його однаково устшно сприй-мають обидва поля сонячних панелей, так що загальне вироблення «спли-системи» перевершуе «моноблок» прямо пропорцшно сумарно! потужносп !х панелей (але саме вироблення досить мале, що виключае небезпеку перевантаження контролера заряду). Лише в коротю сонячнi зимовi днi орiентований на пiвдень «моноблок» за денною нормою вироблення буде перевершувати цю «спли-систему». Якщо ж орiентувати поля сонячних панелей не на протилежш сторони (схiд i захiд), а на сумiжнi твденний схiд i пiвденний захiд, то i взимку ця система буде поза конкуренщею.
Таким чином, пропонований варiант забезпечуе в порiвняннi з традицшною орiентацiею батарей тiль-ки на твдень набагато бiльшу i бiльш рiвномiрну до-бову вироблення, причому можливосп всiх сонячних панелей використовуються по максимуму в найбшьш енергодефщитш похмурi днi. До того ж усе обладнан-ня ^м панелей розраховано на iстотно меншу ткову потужнiсть, нiж сумарна потужшсть сонячних батарей, а значить, воно дешевше i компактшше.
5. Виб1р контролера заряду для сонячно! батаре! з р1зними типами застосування
У сучасних системах контролер заряду сто!ть мiж сонячною батареею i акумуляторами. Його головне зав-дання — це унормувати напругу, що виробляеться со-нячними панелями, до напруги, необхщно! для заряду акумуляторiв з урахуванням !х поточного стану, в тому чи^ вщключаючи !х вiд сонячних панелей при повнш зарядцi, щоб уникнути перезаряду (зазвичай перезаряд запобкаеться по напруз^ але не по струму).
Дешевi моделi контролерiв заряду для регулюван-ня напруги на навантаженнi зазвичай використовують
J
широтно-iмпульсну модуляцiю (Ш1М), — по суп просто або тдключаючи, або вiдключаючи сонячнi батаре! вiд акyмyляторiв, пiдтримyючи на акумуляторах потрiбнy напругу (рис. 1). Але самi «розвинутЬ» моделi здат-ш навiть «тдтягти» [8] до необхщного рiвня занадто низьку напругу, що виробляеться сонячними панелями при слабкому освггленш за рахунок зменшення струму (рис. 2).
Рис. 1. Графш працесу заряду акумулятарна! батаре!, кантральавана! Ш1М кантралерам
При правильному виборi сонячних панелей велико! необхвдност в пiдвищеннi напруги немае. Наба-гато важливiше можливiсть знизити вщносно високе «оптимальнее значення напруги фотоелектрично! батаре!, вiдповiдне максимально вироблено! потужностi, до нижнього рiвня, необхiдного для зарядки акумуля-торiв, перетворивши надлишок напруги в додатковий струм i забезпечивши повне використання номiнальноi потужностi батаре'!. При прямш комутацп виходу фото-електричних панелей на акумулятори через неопти-мальне навантаження напруга може «просвдати» нижче оптимуму на 15 ■ 40 %, i втрати потужностi в цьому випадку можуть перевищити 25 %.
Нт minima струм
Рис. 2. Графiк ширатна^мпульсна! мадуляци (Ш1М)
Технолопю, що запобiгае таким втратам, деяю вироб-ники сонячних контролерiв називають MPPT (Maximum Power Point Tracking) — ввдстеження точки максимально! потужност [9]. Вона полягае в постшному вимiрi вироблюваного панелями струму та напруги в забезпеченш !х оптимального спiввiдношення, яке залежить i вiд часу доби i ввд поточно! ситуацп на небi (сонце або хмари). Це дозволяе досягти оптимального використання потужносп батарей практично у вах режимах роботи i зменшити втрати до 3 %. Однак вар-тiсть таких сонячних контролерiв iстотно перевищуе варпсть найпростiшиx моделей, розрахованих на той же струм навантаження. Крiм того, при однаковому
номшальному струмi навантаження сумарна номшальна потужнiсть панелей, що тдключаються до контролера з МРРТ, звичайно помiтно менше сумарно! потужност фотоелектричних панелей, що пiдключаються до де-шевих контролерiв з Ш1М-регулюванням — якраз на величину втрат, що компенсуються МРРТ, тобто до 25 % i бiльше. У результатi в сонячний день контролер з МРРТ повшстю використовуе потужшсть сво!х сонячних батарей, на вщмшу вiд Ш1М-контролера, де використовуеться лише частина енергетичного потен-щалу пiдключених до нього панелей. Зате в умовах шдльно! хмарностi контролер з Ш1М-модулящею може видавати в навантаження бшьший струм порiвняно з МРРТ завдяки повнiшому використанню, бiльшоi, повно! потужностi пiдключених до нього сонячних панелей; в сутшках ж МРРТ — контролер знову може бути оптимальшший, якщо в контролерi передбачена можливiсть «тдтягування» занадто низько! напруги, але таю перюди зазвичай дуже короткочаснi. Тому, якщо орiентуватися на хмарну погоду i враховувати той факт, що робочий струм контролерiв дуже обмежений, може виявитися випдтше придбати декiлька додаткових сонячних панелей i використовувати Ш1М-контролери заряду, заощадивши на контролерах МРРТ, — при тому струм, який ввддаеться в навантаження буде вщносно стабшьний у бшьш широкому дiапазонi освiтленостi за рахунок тдвищених втрат при яскравому сонщ. З iншого боку, коли струми вщносно невеликi (особливо при невеликому чи^ сонячних панелей), використання контролерiв МРРТ безумовно переважае [10].
В якост додатково! опцп багато контролерiв мають спецiальний вихiд для низьковольтного навантаження, автоматично ввдключаючись при дуже великому розрядi акумуляторiв. Однак, якщо не передбачаеться пряме тдключення низьковольтних споживач1в, це не потрiбно, осюльки практично всi сучаснi iнвертори роблять те ж саме для вае! тд-ключено! до них потужносп, в той час як потужшсть контролерiв заряду дуже обмежена.
6. Схема одночасного пщключення декшькох контролер1в заряду
Така схема мае деяю незручносп, але iнодi цiлком прийнятна. Подiбне об'еднання може звести нашвець всi переваги контролерiв з МРРТ та «штелектуальних» контролерiв [11], що мшяють режим заряду по мiрi зарядки акумулятора.
При тдключенш панелей до контролера треба стежити, щоб !х сумарний максималь-ний струм не перевищува в 80 ■ 90 % вiд номшально-го струму контролера. Наприклад, для 10-амперного Ш1М-контролера сумарний струм повинен становити не бшьше 8 ■ 9 А. Цей запас необхщний для того, щоб контролер мiг витримати надлишкове вироблення, наприклад, в ясний зимовий день, коли бший сшг, вiдмiнно вiдображае свiтло, сприяе сильному освггленню сонячних батарей порiвняно з розрахунковою, а помiрний мороз трохи пiдвищуе !х ККД. Таким чином, до одного 10-амперного контролеру з Ш1М можна тдключити сонячш панелi на 24 В сумарною потужнiстю 300 Вт, а на 12 В — всього 150 Вт. Для контролерiв з МРРТ, що перетворюють «надлишок» напруги в додатковий
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 2/1(22], 2015
струм, необхвдний запас по номшальному струму може бути ще бiльше i сумарний струм батарей може бути обмежений аж до 60 ■ 75 % вщ струму, що вiддаeться контролером в навантаження, тобто потужшсть сонячних панелей, що тдключаються до 10-амперного контролеру з MPPT, не повинна перевищувати 220 ■ 240 Вт при 24 В i бути вдвiчi менше при 12 В. Зазвичай виробники контролерiв вказують допустиму сумарну потужшсть або номiнальний сумарний струм сонячних панелей, яю до них тдключаються.
6.1. Контролери заряду акумуляторiв ввд фотоелек-трично'1 батаре'1 з широтно-1мпульсном модуляции струму заряду — Ш1М контролери. Найпростiшi контролери просто вщключають джерело енергiï (сонячну батарею) при досягненш напруги на акумуляторнш батареï (АБ) приблизно 14,4 В (для АБ номшальною напругою 12 В). При зниженш напруги на АБ до приблизно 12,5-13 В знову тдключаеться сонячна батарея i заряд поновлю-еться. При цьому максимальний рiвень зарядженостi АБ становить 60-70 %. При регулярному недозаряджуванш ввдбуваеться сульфiтацiя пластин i рiзке скорочення термiну служби АБ.
Бшьш розвинутi контролери на завершальнiй стадп заряду використовують так звану широтно^мпульсну модуляцiю (Ш1М) струму заряду (PWM — power wide modulation). При цьому можливий заряд АБ до 100 %.
Процес заряду акумуляторноï батарей, контрольова-ною Ш1М контролером, складаеться з 4 стадiй:
1. Заряд максимальним струмом: на цш стадп батарея отримуе весь струм, який здатт видати сонячнi модул! При цьому плавно починае зростати напруга на АКБ.
2. Ш1М заряд: коли напруга на АБ досягае певного рiвня, контролер починае тдтримувати постшну напругу, зменшуючи зарядний струм за допомогою Ш1М. Така дiя дозволяе запобiгти перегрiву i газоутворення в акумуля-торi, а також провести повний заряд. Струм поступово зменшуеться в мiру заряду акумуляторноï батареï.
3. Вирiвнювання: багато батарей з рвдким електроль том покращують свою роботу при перюдичному зарядi до газоутворення, при цьому вирiвнюються напруги на рiзних банках АБ i ввдбуваеться очищення пластин i перемшування електролiту
4. Шдтримуючий заряд: коли АБ повнiстю заря-джена, зарядна напруга зменшуеться для запобтння подальшого нагрiву або газоутворення в батаре! АБ пiдтримуеться в зарядженому сташ (stand by).
До таких контролерiв вiдносяться контролери, що ви-пускаються одним з сонячних контролерiв заряду —
Канадською компатею Xantrex. Контролери Xantrex ви-пускаються iз струмом вiд 35 А до 60 А i на напруги
12 В i 24 В, рiзного ступеня складность Усп контролери Xantrex мають Ш1М струму заряду. 1снуе спецiальний виносний дисплей, пiдключивши який можна бачити напругу АКБ, зарядний струм, потужшсть, вироблеш ампергодини. Вс контролери мають функщю визначення ступеня зарядженост акумулятора, що дозволяе вибирати режими роботи тд конкретний акумулятор, тим самим ктотно продовжуючи термш його служби.
Аналогiчнi контролери випускае також EPSolar (Китай). Ця молода компанiя розробила сонячнi контролери,
13 найбiльш затребуваними параметрами. Ввдмшною особливiстю е висока якiсть виробництва, застосування найсучаснiшоï елементноï бази, наявшсть ряду додат-кових (порiвняно з контролерами Xantrex) функцш.
Особливий штерес представляють контролери з таймерами на включення i виключення тчного освiтлення. Ус контролери мають Ш1М струму заряду. За ступенем надшносп цi контролери не поступаються Канадським контролерам Xantrex при набагато меншш щш.
6.2. МРРТ контролери для управлшня зарядом аку-муляторно! батаре! вщ сонячно! панел1. Для збiльшення вироблення енергii сонячними батареями без додавання сонячних панелей, потрiбно замшити сонячний контролер на контролер зi стеженням за точкою максимальноi потужностi (ТММ) сонячноi батареi. Такий контролер дозволить у бшьшосп випадюв збiльшити вироблення електроенергii порiвняно з Ш1М контролерами.
MPPT контролери (Maximum power point tracker (MPPT)) — слщкування за точкою максимальноi потужносп (ТММ) е останнiм поколшням контролерiв заряду з полiпшеною технолопею перетворення енергii, отриманоi сонячними батареями. Щ контролери автоматично вибирають потрiбне спiввiдношення напруги й сили струму, яю видае сонячнi модул! Даний клас контролерiв знiмае бшьш високу напругу з сонячних батарей i перетворюе i"i в найбшьш пiдходящу напругу необхщну для заряду АКБ. При розаяному свiтлi, коли вихщна напруга з сонячних модулiв нижче напруги АКБ i як наслiдок вiдсутностi заряду, МРРТ контролер збшьшуе цю напругу i зарядка акумуляторiв все одно вщбуваеться.
Використання МРРТ контролерiв дае можлившть бiльш повно використовувати потенцiал сонячних батарей i наслiдок зшмати на 15-30 % бiльше електроенергп в порiвняннi з iншими контролерами!
Власне щея MPPT контролерiв була запропонована ще бшьше десяти роюв тому, проте вартiсть '¿х доа була висока i виконання надто складне. Сьогоднi широкий розвиток мiкропроцесорноi технiки та '¿х компонентiв в виглядi мiкроконтролерного застосування дае надш, що в недалекому майбутньому ва пристойнi контролери бу-дуть з функщею MPPT. Зараз пропонуються MPPT контролери з полшшеною схемотехшкою, надiйними електрон-ними компонентами i з мiкропроцесорним управлiнням.
У звичайних контролерах сонячна батарея тдключаеться до акумулятора безпосередньо i напруга '¿х стае однакова. У дшсносп ж стандартна вихщна напруга сонячно' батареi часто вiдрiзняеться вiд напруги на АКБ. Для звичайного 12 В акумулятора необхвдно подавати на клеми напруга 14,4 В протягом 2-4 годин. Ця ста-дiя мае назву — стадiя абсорбцп (насичення) (рис. 3).
1 4 7 10 13 16 19 22
ВАХ U' В - РУ-панел!
Рис. 3. Графш змiни потужносп
МРРТ контролер проводить мошторинг
струму i напругн на сонячшй батаре!, робить 1,400
обчислення i визначае, при яких значениях 1 30Q струму i напруги, потужшсть сонячно! батаре!
максимальна. Блок управлшня стежить, в яюй 1,200
стадп заряду знаходиться АКБ (наповнення, 100 наснчення, внр1внювання, шдтримка) i на шд-
став1 показниюв змшюе струм, що подаеться 1,000
на АКБ. Bei оброблеш дат можуть выводится эоо на дисплей (за наявносп) та збер1гатися. Р,Вт ^^^
Якщо взяти до уваги стандартну вольт -
амперну характеристику PV-пане.ш, то можна 700
побачити, що отримана електроенерпя може 600 бути збшыпена, якщо контролер заряду ввд-
стежуватиме точку максимально! потужносп 500
сонячного модуля. 400
1снуе кшька cnocoöiB обчислення точ-
• о 300
ки максимально! потужност1. Як правило,
контролер поступово зменшуе напругу ввд 200
точки холостого ходу до напруги на АКБ. У пром1жку м1ж цими значениями 1 знахо-дитиметься точка максимально! потужность С
Освгглешсть, температура модуля, р1зно-рщносп використовуваних моду.гпв, 1 т. д. — це ряд фактор1в, яю впливають на положения точки максимально! потужностг Пристрiй через певнi штервали часу вiдхиляeться вiд знайдено! точки в обидвi сторони, i якщо при цьому потужшсть збшьшуеться, то прилад переключиться на роботу в новш точщ. Втрати енергп на пошук ТММ дуже незначнi порiвняно з тieю додатковою енергieю, яку отримують при використаннi МРРТ контролера.
За допомогою безперервного перетворення напруг контролер тдтримуе рiзну напругу на входi i виходi. Це нагадуе роботу безступiнчастоi коробки передач в автомобт, яка пiдтримуе оптимальнi оберти двигуна при рiзнiй швидкостi руху автомобшя.
Переваги, якi отримуються при використанш МРРТ контролерiв складно оцшити. Основними чинниками, що впливають на додаткове вироблення енергп, е температура i рiвень заряду АКБ. Найбiльший прирiст буде помiтний при низьких температурах панелi i роз-ряджених акумуляторах.
Типовий МРРТ контролер постшно вщстежуе струм i напругу на сонячнш батаре! (рис. 4), перемножуе !х значення i визначае пару струм-напруга, при яких потужшсть СБ буде максимальною. Вбудований процесор також стежить, на якш стадп заряду знаходиться акуму-лятор (наповнення, насичення, вирiвнювання, тдтрим-ка) i на пiдставi цього визначае, який струм повинен подаватися в акумулятори. Одночасно процесор може давати команди на шдикащю параметрiв на табло (за наявносп), збертння даних, i т. п.
Точка максимально! потужносп може обчислюватися рiзними способами. У простому випадку контролер по-слiдовно знижуе напругу вщ точки холостого ходу до напруги на акумуляторь Точка максимально! потужност буде знаходитися десь в промiжку мiж цими значеннями.
Стан ТММ залежить вщ деюлькох параметрiв — вiд освiтленостi модуля, температури, рiзнорiдностi використовуваних модулiв i т. д. Контролер перюдично нама-гаеться трохи «вщшти» вщ знайдено! на попереднiй стадп точки в обидвi сторони, i якщо потужност при цьому збiльшуеться, то вш переходить на роботу в цш точцi.
U,B
Рис. 4. Графш вщстеження точки максимальна! патужнасп
Теоретично, при пошуку ТММ втрачаеться небагато енергп, але ця втрата дуже незначна порiвняно з додатковою енерпею, яку забезпечуе МРРТ контролер.
7. Висновки
Сьогодшшнш штерес до альтернативно! енергети-ки 0 в першу чергу фотоелектрики) виявляеться до-волi значний, а розвиток потенцшних можливостей !! застосування в майбутньому е доволi великий. Особливо привабливим напрямом е застосування «антелектуальних» мжроконтролерних блокiв управлiння зарядом акумуля-торно! батаре! в фотоелектричнiй системi отримування енергп. Мiкроконтролери з технолопю МРРТ слщку-вання за точкою максимально! потужност демонстру-ють суттевi переваги над iншими видами контролерних блоюв, як наприклад мiкроконтролер мало! потужност МРТ612 з 32-бiтним Я^С-процесором ARM7TDMI-S. Всi промисловi розробки подiбного виду проводяться за межами Укра!ни, «сонячш» контролери переважно експортуються iз азiатських кра!н, таких як Китай, Тайвань, Швденна Корея. А набагато дорожчi екземпляри експортуються рiзними фiрмами Канади.
Отже на основi проведено! роботи та дослiдження можна зробити таю висновки:
1. Розвиток фотоелектричних перетворювачiв потре-буе розвитку техшчних засобiв, якi зможуть на високому рiвнi обслуговувати сонячнi панелг
2. 1з швидкiстю розвитку також ростуть електрофiзич-нi параметри, таю як напруга та струм, а це приводить до того, що новi системи сонячних панелей потребують потуж-тших контролерiв з рiзними технiчними можливостями.
3. Розроблено економiчний мiкроконтролерний блок управлiння зарядом для автономних систем з функщею слщкування за максимальною точкою потужностi. Цей блок також можна оптимiзувати для управлшня зарядом, який напрямляеться безпосередньо в користувацьку мережу з сонячних електростанцш державного значення.
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 2/1(22], 2015
37-J
Литература
1. Huang, Y. M. Porous Silicon Based Solar Cells [Text] / Y. M. Huang, Q. L. Ma, M. Meng, B. G. Zhai // Materials Science Forum. — 2010. — Vol. 663-665. — P. 836-839. doi:10.4028/www.scientific.net/msf.663-665.836
2. Yerokhov, V Yu. Porous coating of silicon substrate for solar energy converter [Text] / V. Yu. Yerokhov // Book of Abstracts of International Conference SolPol. — Warsaw, Poland, September 2008. — P. 23.
3. Shimishu, T. A novel high performance utility-interactive photoval-taic inverter system [Text] / T. Shimishu, O. Hashimotu, G. Kimu-ra // IEEE Transaction on Industrial Electronics. — 2003. — Vol. 18, № 2. — P. 704-711. doi:10.1109/tpel.2003.809375
4. Cnoci6 одержання поверхнево! мультитекстури [Електро-нний ресурс]: Патент Укра!ни № 36642, МПК H01L 31/05 / брохов В. Ю., Селемонавiчус А. А.; Нацюнальний ушверси-тет «Льв!вська полгтехшка». — № а200713213, заявл. 27.11.2007; опубл. 10.11.2008, Бюл. № 21. — Режим доступу: \www/URL: http://uapatents.com/3-36642-sposib-oderzhannya-poverkhnevo-multiteksturi.html
5. Споаб одержання поверхнево! функционально! нанотексту-ри [Електронний ресурс]: Патент Укра!ни № 92962, МПК H01L 31/05 / брохов В. Ю., Дружишн А. О.; Нацюнальний утверситет «Львiвська полгтехшка». — № а200902952, заявл. 30.03.2009; опубл. 27.12.2010, Бюл. № 24. — Режим доступу: \www/URL: http://uapatents.com/4-92962-sposib-oderzhannya-poverkhnevo-funkcionalno-nanoteksturi.html
6. Shmilovich, D. On the control of the photovoltaic maximum power point tracker via output parameters [Text] / D. Shmilovich // IEE Proceeding. Electric Power Application. — 2005. — Vol. 152, № 2. — P. 239-248. doi:10.1049/ip-cpa:20040978
7. Salas, V. DC current injection onto the network from PV onverter of <5kW for low-voltage small grid-connected PV systems [Text] / V. Salas, M. Alonso-Abella, E. Olias, F. Chenlo, A. Barrado // Solar Enegy Materials And Solar Cells. — 2007. — Vol. 91, № 9. — P. 801-806. doi:10.1016/j.solmat.2006.12.016
8. Salas, V. Analysis of the maximum power point tracking in the photovaltaic grid invertor of 5kW [Text] / V. Salas, M. Alonso-Abella, F. Chenlo, E. Olias // Renewable Energy. — 2009. — Vol. 34, № 11. — P. 2366-2372. doi:10.1016/j.renene.2009.03.012
9. Sera, D. Improved MPPT algogithms for rapidly changing environmental conditions [Text] / D. Sera, T. Kerekes, R. Teo-dorescu, F. Blaabjerg // Proceeding of IEEE International Symposium of Industrial Electronics. — 2006. — Vol. 2. — P. 1420-1425. doi: 10.1109/isie.2006.295680
10. Solodovnic, E. V. Power Controller Design for Maximum Power Tracking in Solar Installations [Text] / E. V. Solodovnik, S. Liu, R. A. Dougal // IEEE Transaction on Power Electronics. — 2004. — Vol. 19, № 5. — P. 1295-1304. doi:10.1109/tpel.2004.833457
11. Roman, E. Intelligent PV Module for Grid-Connected PV Systems [Text] / E. Roman, R. Alonso, P. Ibanez, S. Elor-duizapatarietxe, D. Goitia // IEEE Transaction for Industrial Electronics. — 2006. — Vol. 53, № 4. — P. 1066-1073. doi:10.1109/tie.2006.878327
КОНСТРУИРОВАНИЕ ГИбРИДНЫХ АВТОНОМНЫХ И РЕЗЕРВНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ СЛОЖНЫХ ГЕЛИОСИСТЕМ
Показана перспективность исследования разных типов микроконтролерных блоков для фотоэлектрических преобразователей. Было исследовано и разработано наиболее эффективную модель микроконтролерного блока построения гибридной автономной и резервной системы электроснабжения с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), а также слежением за точкой максимальной мощности (MPPT) солнечной батареи, которая используется в сложных гелиосистемах для налаживания ее максимальной производительности.
Ключевые слова: микроконтролерный блок, солнечный элемент, автономная система электропитания, фотоэлектрический преобразователь.
Срохов Валерт Юршович, доктор техтчних наук, доцент, кафедра HanienpoeidHUKoeoi електронгки, Нацюнальний утверситет «ttbeiecbKa полтехнжа», Украта, e-mail: verohov@polynet.lviv.ua. Дружитн Анатолт Олександрович, доктор техшчних наук, професор, кафедра нaпiвпровiдниковоi електронгки, Нацюнальний утверситет «Львiвськa полтехшка», Украта, e-mail: druzh@polynet.lviv.ua.
Срохова Ольга Валeрieвна, асшрант, 1нститут прикладних проблем математики i механки 1м. Шдстригача, Нащональна академш наук Украти, Львiв, Украта, e-mail: mlleolga@gmail.com.
Ерохов Валерий Юрьевич, доктор технических наук, доцент, кафедра полупроводниковой электроники, Национальный университет «Львовская политехника», Украина. Дружинин Анатолий Александрович, доктор технических наук, профессор, кафедра полупроводниковой электроники, Национальный университет «Львовская политехника», Украина. Ерохова Ольга Валериевна, аспирант, Институт прикладных проблем математики и механики им. Пидстригача, Национальная академия наук Украины, Львов, Украина.
Yerokhov Valerij, Lviv Polytechnic National University, Ukraine, е-mail: verohov@polynet.lviv.ua.
Druzhynin Anatoliy, Lviv Polytechnic National University, Ukraine, е-mail: druzh@polynet.lviv.ua.
Ierokhova Olga, Pidstryhach Institute for Applied Problems of Mechanics and Mathematics, National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, Ukraine, е-mail: mlleolga@gmail.com
