CC BY
107
Електричнi станцп, мережi i системи
УДК 621.311.171
doi: 10.20998/2074-272X.2016.4.09
Р.В. Зайцев, М.В. Кириченко, А.В. Холод, Л.В. Зайцева, Д.С. Прокопенко, Г.С. Хрипунов
РОЗРАХУНОК РОБОЧИХ ПАРАМЕТР1В ВИСОКОВОЛЬТНО1 СИСТЕМИ В1ДБОРУ ПОТУЖНОСТ1 ФОТОЕЛЕКТРИЧНО! СТАНЦП
Проведено анажз роботи системи в1дбору потужност1 фотоелектричноТ станцй з використанням тдвищувального перетворювача. Показано, що коефцент корисноТ ди такоТ системи в широкому д1апазот освтленост1 фотоелект-ричного модуля знаходиться на р1вш 0,92, тод1 як ефективтсть класичних систем в1дбору потужност1 не перевищуе 0,70. Розроблено принципова електрична схема регульованого мостового резонансного тдвищуючого перетворювача з цифровим керуванням, що забезпечуе надштсть роботи, швидке i точне знаходження точки максимальноТ потужно-ст1 i ефективнЬсть перетворення до 0,96. Бiбл. 7, табл. 3, рис. 4.
Ключовi слова: фотоенергетичний модуль, пвдвищуючий перетворювач, система ввдбору потужност1, фотоелектрична станщя, коефщ1ент корисно! дй.
Проведен анализ работы системы отбора мощности фотоэлектрической станции с использованием повышающего преобразователя. Показано, что коэффициент полезного действия такой системы в широком диапазоне освещенности фотоэлектрического модуля находится на уровне 0,92, тогда как эффективность классических систем отбора мощности не превышает 0,70. Разработана принципиальная электрическая схема регулируемого мостового резонансного повышающего преобразователя с цифровым управлением, обеспечивающая надежность работы, быстрое и точное нахождение точки максимальной мощности и эффективность преобразования до 0,96. Библ. 7, табл. 3, рис. 4. Ключевые слова: фотоэнергетический модуль, повышающий преобразователь, система отбора мощности, фотоэлектрическая станция, коэффициент полезного действия.
Вступ. Для забезпечення вироблення максимально! електрично! потужносп фотоелектрично! станцп (ФЕС), KpiM використання високоефективних фо-тоелектричних модулiв (ФЕМ), оснащених концентраторами сонячного випромшювання, необхвдно ви-користовувати високоефективну систему ввдбору потужносп (СВП) [1]. Найважлившою складовою час-тиною системи ввдбору потужносп е DC-DC перетворювач, який забезпечуе пвдвищення постшно! напру-ги, що виробляеться в процеа експлуатацп ФЕМ, для його подальшо! високоефективно! передачi i перетворення [2, 3]. При цьому, осшльки в залежносп ввд денно! змши сонячного випромiнювання змшюеться i електрична потужшсть, що виробляеться ФЕМ, то оптимiзацiю конструктивного ршення DC-DC перетворювача i системи вiдбору потужностi слвд проводите з урахуванням всього дiапазону електрично! по-тужностi, що перетворюеться. Ошгашзащя конструк-тивно-технологiчних рiшень вах складових системи перетворення сонячно! енерги в електроенергш про-мислово! частоти дозволить пвдвищити ефективнiсть ФЕС i за сукупнiстю енергетичних i економiчних по-казник1в досягти !! конкурентоспроможносл на внут-рiшньому i свгговому ринку.
Постановка задачь Виходячи з викладеного вище, метою роботи е розробка схемотехшчного i конструктивного ршень та розрахунок робочих пара-метрiв високовольтно! системи ввдбору потужностi фотоелектрично! станцп. На першому етапi дослвджу-валася залежнiсть електрично! потужностi ФЕМ ввд штенсивносп падаючого сонячного випромiнювання. На основi цих даних на другому етат проводився розрахунок резонансного кола DC-DC перетворювача i параметрiв його роботи, розроблялася принципова електрична схема DC-DC перетворювача, на третьому етат проводився аналiз роботи системи ввдбору потужносп з використанням пвдвищуючого DC-DC перетворювача.
Методика проведення експерименту. Вимiрю-вання струму короткого замикання (/»•), напруги холостого ходу (иос), робочо! (1№) та максимально! (Рмах) електрично! потужностi та коефiцieнту корис-но! дi! (ККД) типових промислових зразк1в ФЕМ ки-тайського виробництва проводилися при потужностi сонячного випромiнювання вiд 1000 до 2000 Вт/м2, що дозволяе моделювати !х роботу при застосуванш концентраторiв. Вимiрювання зазначених величин проводилося методом навантажувально! свпловий вольт-амперно! характеристики з застосуванням роз-робленого i виготовленого стенду, блок-схему i зов-шшнш виг ляд якого наведено на рис. 1.
f-0
Ч
б
Рис. 1. Блок-схема (а) та зовшшнш вигляд (б) стенду для дослвдження ФЕМ
© Р.В. Зайцев, М.В. Кириченко, А.В. Холод, Л.В. Зайцева, Д.С. Прокопенко, Г.С. Хрипу-
Стенд для проведения дослщжень ФЕМ включае в себе: дослщжуваний ФЕМ (1), блок керування (2), iмпульсний освгтлювач на основi ксенонових ламп-спалахiв (3), магазин опорiв навантаження (4) з елект-ронною комутацiею за допомогою MOSFET-транзисторiв i цифровий осцилограф, призначений для реестрацй' експериментальних даних (5).
Для використання в якосп опору навантаження був розроблений i виготовлений магазин опорiв навантаження, комутащя окремих резисторiв в якому здiйснюеться за допомогою сучасних MOSFET тран-зисторiв типу IRFZ48Z, яким притаманна у вщкрито-му станi дуже малою (0,011-0,012 Ом) i стабiльною величиною опору каналу, та не вносять, таким чином, суттево! похибки в величину опору навантаження, навпъ при вимiрюваннi струму короткого замикання. Реестращя падiння напруги на опорi навантаження здшснювалася за допомогою цифрового осцилографа RIGOL DS1052E, що мае можливкть безпосереднього пщключення до персонального комп'ютера.
Принцип роботи даного стенду полягае в насту-пному. При iмпульсному опромiненнi вiд освiтлювача ФЕМ генеруе фотострум, тривалють амплiтудного значення сили якого приблизно вiдповiдае тривалостi основно! фази горiння лампа-спалаху, яка становить близько 1 мс. Амплiтудне значення сили фотоструму, роздшяючись на дюдну компоненту, що протiкае крiзь шунтувальний опiр i амплiтудне значення сили струму, що пропкае в опорi навантаження 4, викликае падiння напруги на опорi навантаження, яке реестру-еться цифровим запам'ятовуючим осцилографом 5, що працюе в режимi розгортки, що очiкуе.
Для контролю температури ФЕМ в процесi вимi-рювань безпосередньо до ФЕМ приеднували термопару. Визначення i регулювання рiвня потужносп випро-мiнювання на фронтальнiй поверхщ ФЕМ в дiапазонi 1000-2000 Вт/м2 здiйснювалося з використанням ета-лонного фотоелектричного перетворювача, що мае вщому величину струму короткого замикання при потужносп випромiнювання 1000 Вт/ м2. Дослiдження за вказаною методикою послщовно проводилися для зна-чень потужностi випромiнювання: 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600 1700, 1800, 1900, 2000 Вт/м2 i повто-рювалися для трьох експериментальних зразюв ФЕМ.
Результати та ix обговорення.
1. Вплив потужносп вимромшювання на ефе-ктивнiсть роботи фотоенергетичного модуля.
Характерш результати дослщження експериментальних зразюв ФЕМ представленi в табл. 1. На рис. 2 приведет побудоваш на основi отриманих даних уза-гальненi графiки залежностей напруги холостого ходу, струму короткого замикання, максимально! потужносп i ККД ввд потужносп випромiнювання, що падае на фронтальну поверхню ФЕМ. За результатами проведе-них дослщжень експериментальних зразюв ФЕМ мож-на зробити висновок, що для дослщжених зразк1в при штенсивносп випромiнювання 1500-1800 Вт/м2 характерш величина напруги холостого ходу 37,5 В, величина струму короткого замикання 11-13 А, величина максимально! потужносп до 440 Вт при напрузi в ро-бочш точцi не менше 33 В, що забезпечуе ККД фото-електричного модуля не менше 16,8 %.
Таблиця 1
Вихщт параметри, xapaKTepHi для дослвджених зразюв ФЕМ, визначенi при pi3HHX потужностях випромшювання (Р), що падае на фронтальну поверхню ФЕМ
Р1, Вт/м2 Uoc, В /sc, А /w, А pmax, Вт ККД, %
1000 36,99 7,68 7,37 241,49 16,54
1100 37,12 8,45 8,11 266,65 16,60
1200 37,24 9,21 8,85 291,80 16,65
1300 37,39 9,98 9,58 317,08 16,71
1400 37,51 10,76 10,33 342,96 16,78
1500 37,60 11,54 11,08 368,99 16,84
1600 37,74 12,29 11,80 394,48 16,88
1700 37,86 13,03 12,50 419,16 16,89
1800 37,59 13,83 13,28 441,97 16,81
1900 37,28 14,60 14,01 462,45 16,67
2000 36,98 15,33 14,71 481,61 16,50
Слад зазначити, що використання експериментальних зразюв ФЕМ в умовах слабоконцентрованого соня-чного випромшювання е виправданим, оск1льки саме при потужносп випромшювання 1700 Вт/м2 дослщжеш ФЕМ досягають максимального ККД в 16,89 %. Додат-ковою перевагою використання слабоконцентрованого випром1нювання е пщвищення максимально! потужносп, що виробляеться ФЕМ до 419 Вт, що в 1,7 рази перевершуе зазначену величину, характерну для класичних сонячних панелей.
Використання слабоконцентрованого сонячного випром1нювання також е додатковим аргументом на користь оснащення кожного ФЕМ пщвищуючим DC-DC перетворювачем при розробщ СВП, оск1льки робочий струм ФЕМ при потужносп випром1нювання 1700 Вт/м2 досягае 13 А практично вдв1ч1 перевершу-ючи аналог1чну величину при потужносп випром1ню-вання 1000 Вт/м2, що в раз1 виконання СВП традицш-ним способом спричинить додатков1 втрати в з'еднувальних кабелях, або призведе до необх1дност1 1стотних витрат на оснащення фотоелектрично! стан-ци кабелями зб1льшеного перер1зу.
2. Розробка пiдвищуючого DC-DC перетворю-вача для високоефективноТ системи вiдбору потужностi.
При розробщ шдвищуючого DC-DC перетворю-вача в якосп опорних використовувались параметри, отримаш при досл1дженн1 сер1! ФЕМ (табл. 1).
2.1. Розрахунок резонансного DC-DC кола i napaMeTpiB роботи перетворювача.
Коеф1ц1ент передач! регульованого мостового резонансного перетворювача:
G = K • n (1)
де K - коеф!ц!ент передач! резонансного LLC кола; n - в!дношення числа витюв вторинно! обмотки до числа витшв первинно! обмотки трансформатора TR1.
16 14
< 12
Û сл
""" 10
s
1000
1200
1400 1600 Ръ Вт/м2 а
1SOO
2000
1000 1200
1400 1600 Т\. Вт/м2
б
1800 2000
1000 1200 1400 1600 1800 2000
1000
1200
1400 1600
1800 2000
n = ■
Uo
21
out.nom.
де Uin.nom. - номшальна вхвдна напруга перетворювача; Uout.nom. - номшальна вихвдна напруга перетворювача.
Коефщент передачi резонансного LLC кола повинен приймати максимальне значення Kmax. при по-еднанш мiнiмальноï вхiдноï (Uin.min.) i максимально! вихвдно! напруги (Uout.max.), i мшмальне значення Kmin. при поеднанш максимально! вхвдно! (Uin.max) i мшма-льно! вихвдно! (U^rn.) напруги:
Uout max 1 700
21 '
K = n •
max "
K = n •
U„
Uou
■ =---« 1,45 ;
Un
1 21
23 600 42
(3)
=---« 0,68.
(4)
in.max.
Для розрахунку параметрiв резонансного LLC кола скористаемося екшвалентною схемою замщення резонансного кола [3-5]. Для наведено! схеми замь щення коефщент передачi резонансного LLC кола описуеться виразом:
K =
U,,
U,
out
Fx (m -1)
тЦ -1)+ FX (-1) -1)2 Ô2
(5)
де
Ô=
Ra
- добротнiсть; Rac =
8 -2 T n
2 Uout
Io
- приве-
n J out
дений опiр навантаження; Uin - вхвдна напруга перетворювача; Uout - вихвдна напруга перетворювача;
f
1Ш - вихвдний струм перетворювача; Fx = — - нор-
fr
малiзована частота перемикання транзисторiв; f - частота перемикання транзисторiв перетворювача;
fr =-1 - резонансна частота контуру Lr, Cr;
In J LrCr
Lr - резонансна iндуктивнiсть; Cr - резонансна ем-
нiсть; m =
Lr + Lm
Lr
ввдношення сумарно! вхвдно!
iндуктивностi контуру до резонансно! шдуктивностц Lm - iндуктивнiсть намагнiчування трансформатора. Мшмальний приведений опiр навантаження
Ra
ввдповвдае мiнiмальнiй вихlднiй напрузi та мак-
симально вихiднiй потужност1 (Pin.max.) при очшува-ному максимальному коефiцiентi корисно! дп 98 %:
2
Ra
n
8 2 U.
~7тП —
2 P
out.mi n.
Рис. 2. Характерш графжи залежностей струму короткого замикання (а), напруги холостого ходу (б), максимально! потужносп (в) i ККД (г) дослщжених ФЕМ в1д потужносп випромшювання, що падае на фронтальну поверхню
Оскшьки резонансний перетворювач мае макси-мальну ефектившсть при K = 1, обчислимо n з умови максимально! ефективносп в номшальному режимi роботи перетворювача:
Uin nom 30 1
630 =_
3,142
• 0,047619
2
in.max. 2
•л
600
300 • 0,98
: 2,25 Ом
(6)
(2)
Правильний розрахунок резонансного кола до-зволяе отримати оптимальш характеристики перетворювача. Алгоритм дозволяе в илька ггеращй розраху-вати необхlднi параметри резонансного LLC кола. Використовуючи наближений розрахунок i уточнюю-чи його за допомогою моделювання можна отримати досить в1рн1 результати при значнш економiï часу.
Мiнiмальна вхвдна напруга DC-DC перетворювача ввдповвдае максимальнш температурi ФЕП, освгг-леносп 200 Вт/м2, тобто вх1дн1й потужносп (Pin.min) не бiльше:
в
8
г
Pm.mm. (23В)< 23В • Iu
200
Вт/
■ 1000 / м2 = 37,6 Вт. (7)
Максимальне значения добротностi вiдповiдаe максимальному вихщному струму. Вихiдний струм приймае максимальне значення при мшмальнш вихь днш напрузi та максимальнiй вихiднiй потужностг Значення мiнiмального наведеного опору наванта-ження Rac.min. = 2,25 Ом вщповщае максимальнiй доб-ротностi LLC контуру, при цьому максимальне значення коефщента передачi резонансного кола Kmax = 1,45 потрiбно при вхiднiй потужиостi 50 Вт i вихiднiй напрузi 700 В. За виразом для Rac визнача-еться значення мшмального наведеного опору наван-таження Rac.min. для вхщно! напруги 23 В:
Ra
>.(23В) = -
8
• 0,047619
2
6002
3,142 50 • 0,98
И 13,5 Ом . (8)
Даш для частоти резонансу 100 кГц, отримаш за алгоритмом розрахунку параметрiв резонансного кола шляхом декшькох гтерацш з перевiркою комп'ютер-ним моделюванням, представлено в табл. 2. Значення ввдношення сумарно! вхщно! iндуктивностi контуру до резонансно! т = 11.
Таблиця 2
Параметры резонансного кола
uin, В P- Вт L in 1 к -L^max К Rac.max., Ом Qmax Fx
23 50 1,45 3,13 13,5 0,113 0,33
30 230 1,11 1,134 3,995* 0,383* 0,48*
33 300 1,01 1,026 2,25 0,68 0,86
42 300 0,79 1,026 2,25 0,68 0,972
* Значення Ra,
. вдаовщае максимальнги вихiднIИ напрузi
Обравши значення резонансно! емносп 0,94 мкФ при частой резонансу Fr =110,7 кГц отримаемо значення резонансно! 1ндуктивносп Lr = 2,2 мкГн i при m = 10,1 значення 1ндуктивност1 намагнiчування трансформатора Lm = 20 мкГн.
2.2 Розробка принциповоТ електричноТ схеми DC-DC перетворювача.
На рис. 3 представлена функцюнальна схема DC-DC перетворювача. Напруга фотоелектричного модуля надходить на вхвд DC-DC перетворювача. Форму-вання параметр!в перетворювача i перемикання тран-зистор!в здiИснюеться за допомогою цифрового мж-роконтролера MC. Сигнал керування на затвори тран-зистор1в VT1 - VT4 надходить з MC через драйвери Dr.1 - Dr.4. Транзистори в межах кожного плеча моста перемикаються синхронно. Живлення драйвер!в i мiкроконтролера здiИснюеться через стабшзований знижуючий перетворювач пост1Ино! напруги власних потреб. MC вимiрюе вихвдний сум ФЕМ за допомогою шунта R3 i шдсилювача, вихвдну напругу ФЕМ через д1льник на резисторах R1 - R2. МК на виходах G1 та G2 формуе два протифазних меандри для перемикання транзистор!в з необхiдною частотою i час затримки м1ж перемиканнями дiагоналеИ моста («ме-ртвий» час). Напруга середньо! точки напiвмоста тра-нзистор1в VT1 та VT2 використовуеться при визна-ченнi адаптивного «мертвого» часу (мшмально
достатнього) для максимально! ефективносп перетворювача, через дшьник на резисторах R4 та R5 посту-пае в компаратор МС Додаткова обмотка трансформатора N3, подключена до випрямного мосту VD1, служить для контролю вих1дно! напруги i, сп1льно з сигналом напруги середньо! точки нашвмоста, бере участь в алгоритм! детектування наближення до емш-сного характеру струму резонансного LLC кола. Детектування наближення до емшсного характеру струму резонансного кола вкрай необхщно при запуску перетворювача, а також при ввдносно р!зких змшах величини напруги на вихщному перетворювачi - мережа пост!Иного струму 600 - 700 В.
Резонансне LLC коло утворене дроселем L1, конденсатором С1 i трансформатором Т1. Резонансна !ндуктивн!сть включае в себе !ндуктивн!сть дроселя L1 та !ндуктившсть розсшвання трансформатора Т1. Вихвдна напруга з трансформатора надходить на ви-прямляч, утворений доданими мостом VD2 i конденсатором C3. Вихвдна напруга випрямляча е вихвдною напругою перетворювача.
Вiдстеження точки максимально! потужносп ФЕМ здiИснюеться мiкроконтролером за алгоритмом «Збурення i спостереження» [6]. Мжроконтролер об-числюе вх^дну потужн!сть перетворювача, далi на невелику величину змiнюе вхвдний оп!р зм!ною частоти комутаци транзисторiв, внаслвдок чого зм!ню-еться вхiдна напруга i обчислюе потужн!сть, якщо потужн!сть збiльшуеться - контролер продовжуе змь нювати напругу в цьому ж напрямку, поки потужнють не перестане збiльшуватися. Цифрове керування пе-ретворювачем дозволяе здшснювати алгоритм вщ-стеження точки максимально! потужносл «Збурення i спостереження», формування адаптивного «мертвого» часу, детектування струму емшсного характеру в на-вантаженш моста. За допомогою мшроконтролеру стае можливою реалiзацiя iнформацiИно! кабельно! або бездротово! мережа, наприклад, RS-485 або ZigBee, для мон!торингу параметрiв ФЕМ та перетво-рювачiв, надання оперативно! iнформацi! про неспра-вносп, тощо.
2.3 Принципова схема DC-DC перетворювача.
Перетворювач складаеться з трьох функцюналь-них блоков.
Джерело живлення власних потреб (ДВП) при-значене для формування стабiлiзовано! напруги живлення 3,3 В i напруги живлення драйверiв транзисто-р!в перетворювача 12 В. ДВП складаеться з двох по-слщовних каскадiв понижуючих !мпульсних перетво-рювачiв пост!йно! напруги без гальвашчно! розв'язки. ДВП мае високу ефективнiсть i стабiлiзуе вихщну напругу в широкому дiапазонi вхщно! напруги.
Контролер. В якост! мшроконтролера використовуеться 32 розрядний ARM Cortex M-4. Сигнали зворотно-го зв'язку п!сля перетворення р!вн!в i фiльтрацi! надхо-дять в АЦП мшроконтролера. Сигнал струму з шунта посилюеться диференцiальним щдсилювачем до необ-х1дного р!вня i далI надходить в АЦП. На мiкросхемi DA6 виконане джерело опорно! напруги АЦП. Компара-тори виконат на швидкодшчих iнтегральних мшросхе-мах LMV7235M5. Сигнали керування транзисторами надходять до кола G1 та G2 на входи драйверiв.
i Kmax.
перетворювача
Перетворювач складаеться з: чотирьох транзис-TopiB MOSFET VT1 - VT4; двох драйверiв HaniBMOCTa на мжросхемах DA7, DA8; конденсaторiв кола жив-лення; резонансного кола RLC на дроселi L4, трансформатору Т1, конденсaторiв С46, С47; сигнального випрямляча на дiодaх VD - VD12; вихiдного випрям-ляча на дюдах VD13 - VD16 i конденсаторах С52, С53. В якосп транзисторного моста застосоваш висо-кошвидкiснi MOSFET транзистори з низьким зарядом затвора i опором вiдкритого каналу 2,8 мОм. У вхщ-ному випрямлячi зaстосовaнi дiоди на основi карбщу кремнш, що дозволяе nомiтно шдвищити ефектив-нiсть в облaстi частот перемикання трaнзисторiв вище значення резонансно! частоти, за рахунок вiдсутностi втрат на зворотне ввдновлення дiодiв на основi карбь ду кремнiю.
3. Аналiз роботи системи в1дбору потужносп з використанням DC-DC перетворювача.
До ютотного зниження втрат nотужностi [7] в СВП може привести використання в И склaдi розроб-лених рашше DC-DC nеретворювaчiв, як1 дозволять знизити струми, що nротiкaють всередиш СВП i, вщ-nовiдно, пропорцшно квадрату струму, знизити втра-ти потужносп. У рaзi розробки СВП iз застосуванням DC-DC nеретворювaчiв, система буде роздшена на нaстуnнi дшянки, на яких будуть сnостерiгaтися втра-ти в СВП:
• дмнка кабельного з'еднання ФЕМ та DC-DC перетворювача (Pioss.fem-dc);
• безпосередньо DC-DC перетворювач (Ploss.DC);
• дмнка кабельного з'еднання DC-DC перетворювача i швертора (Phss .Dc-inv);
• iнBерTOр (PlossInv).
Розрaховaнi втрати для кожно! з наведених дм-нок та розрахований ККД СВП (ККД^) в залежносп ввд струму ФЕМ (IFEM) нaведенi в табл. 3 та на рис. 4.
Таблиця 3
Параметры втрат nотужностi i ККД, розраховаш для СВП з використанням DC-DC перетворювача
IFEM, А P¡oss.FEM-DC, Вт Ploss.DC, Вт Ploss. DC-Inv, Вт Ploss. Inv, Вт кки^^ %
7,68 0,57 10,72 4,78 351,86 92,68
8,45 0,69 11,83 5,92 388,35 92,66
9,21 0,82 12,94 6,84 424,83 92,63
9,98 0,96 14,06 8,24 461,52 92,61
10,76 1,11 15,21 9,72 499,36 92,59
11,54 1,27 16,34 10,92 536,37 92,57
12,29 1,45 17,48 12,64 573,68 92,54
13,03 1,64 18,58 14,46 609,94 92,52
13,83 1,84 19,57 15,92 642,34 92,49
14,60 2,05 20,45 17,46 671,29 92,46
15,33 2,27 21,27 18,48 697,98 92,44
95
90
85
С £ 80
75
л. 70
65
60
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
*FEMt А
Рис. 4. Залежтсть розраховано! величини ККД СВП ФЕС з використанням DC-DC перетворювач1в (суцiльнa лшя) в nорiвняннi з ФЕС без DC-DC перетворювач1в (пунктирна лiнiя)
Висновки.
1. За результатами експериментального дослвджен-ня роботи фотоенергетичних модулiв ввд штенсивнос-тi падаючого сонячного випромшювання встановле-но, що при потужносп випромiнювaння 1700 Вт/м2 дослiдженi ФЕМ досягають максимального ККД в 16,89 %, а максимальна потужносп, що виробляеться фотоенергетичними модулями досягае 419 Вт, що в 1,7 рази перевершуе зазначену величину, характерну для класичних сонячних панелей
2. На основi експериментальних даних проведено розрахунок резонансного кола DC-DC перетворювача для використання у склaдi високовольтно! системи вщбору nотужностi фотоелектрично! стaнцi! i параме-трiв його роботи. Основними особливостями розроб-лено! принципово! електрично! схеми DC-DC пере-творювача е використання схеми регульованого мостового резонансного перетворювача дозволяе iз застосуванням цифрового керування, що дозволяе досягти ефективностi перетворення до 95,8 %.
3. Проведений aнaлiз роботи системи ввдбору по-тужностi фотоелектрично! станци iз застосуванням розроблених DC-DC перетворювaчiв показав, що ККД
тако! системи в широкому дiапазонi освиленосл ФЕМ знаходиться на píbhí 92 %, що значно бiльше, шж для класичних систем ввдбору потужносп, ефек-тивнiсть яких знаходиться на piBrn 70 %.
СПИСОК ШТЕРАТУРИ
1. Kriukov Yu.A., Zaitsev A.Ye., Feshchenko A.A., Gorshkov A.V. Influence of operating temperature on efficiency of silicon photovoltaic devices // International Journal of Applied Engineering Research. - 2015. - vol.10. - no.15. - pp. 35446-35450.
2. Rozanov Yu.K., Baranov N.N., Antonov B.M., Efimov E.N., Solomatin A.V. Power electronics in systems with non-traditional power sources // Electrical Technology Russia. -2002. - no.3. - pp. 20-28.
3. Мелёшин В., Овчинников Д. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. - М.: «Техносфера», 2011. - 576 с.
4. Yilei Gu, Lijun Hang, Huirning Chen, Jun Li, Zhaoming Qian, Jun Li. A simple structure of LLC resonant DC-DC converter for multi-output applications // Twentieth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. - 2005. - vol.3. - pp.1485-1490. doi: 10.1109/apec.2005.1453229.
5. Abdel-Rahman S. Resonant LLC converter: Operation and Design 250W 33Vin 400Vout Design Example // Infineon Technologies Application Note AN 2012-09 V1.0, 2012.
6. Freeman D. Introduction to photovoltaic systems maximum power point tracking // Texas Instruments Application Report SLVA446, 2010.
7. Богатырев Н.И., Григораш О.В., Курзин Н.Н., Стрелков Ю.И., Тельнов Г.В., Тропин В.В. Преобразователи электрической энергии: основы теории, расчета и проектирования. Учеб. пособ. для вузов. под ред. Н.И. Богатырева. - Краснодар: Б/И, 2002. - 358 с.
REFERENCES
1. Kriukov Yu.A., Zaitsev A.Ye., Feshchenko А.А., Gorshkov A.V. Influence of operating temperature on efficiency of silicon photovoltaic devices. International Journal of Applied Engineering Research, 2015, vol.10, no.15, p.35446-35450.
2. Rozanov Yu.K., Baranov N.N., Antonov B.M., Efimov E.N., Solomatin A.V. Power electronics in systems with non-traditional power sources. Electrical Technology Russia, 2002, no.3, pp. 20-28.
3. Melyoshin V., Ovchinikov D. Upravlenie tranzistornymi preobrazovatelyami elektroenergii [Management transistor power converters]. Moscow, Technosfera Publ., 2011. 576 p. (Rus).
4. Yilei Gu, Lijun Hang, Huirning Chen, Jun Li, Zhaoming Qian, Jun Li. A simple structure of LLC resonant DC-DC converter for multi-output applications. Twentieth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2005, vol.3, pp.1485-1490. doi: 10.1109/apec.2005.1453229.
5. Abdel-Rahman S. Resonant LLC converter: Operation and Design 250W 33Vin 400Vout Design Example. Infineon Technologies Application Note AN 2012-09 ¥1.0, 2012.
6. Freeman D. Introduction to photovoltaic systems maximum power point tracking. Texas Instruments Application Report SLVA446, 2010.
7. Bogatyirev N.I., Grigorash O.V., Kurzin N.N., Strelkov Yu.I., Telnov G.V., Tropin V.V. Preobrazovateli elektricheskoy energii: osnovyi teorii, rascheta i proektirovaniya [Converters of electric power: the basic theory, calculation and design]. Krasnodar, BI Publ., 2002. 358 p. (Rus).
Поступила (received) 21.01.2015
Зайцев Роман Валентинович1, к.т.н., доц., КириченкоМихайлоВалершович1, к.т.н., с.н.с., Холод Андрт Володимирович2, пров. тж., Зайцева ЛШя Василiвна3, к.т.н., ст. викл., Прокопенко Дмитро Сергшович1, маастрант, Хрипунов Геннадт Семенович1, д.т.н., проф.,
1 Нацюнальний техшчний ушверситет «Харювський полггехшчний шститут», 61002, Харюв, вул. Кирпичова, 21,
e-mail: [email protected], [email protected]
2 Приватне акцюнерне товариство «ЕЛАКС», 61085, Харюв, вул. Ак. Проскури, 1, корп. 12, e-mail: [email protected]
3 Нацюнальний аерокосмiчний ушверситет
!м. М.£. Жуковського «Харкшський авiацiйний шститут», 61000, Харюв, вул. Чкалова, 17
R.V. Zaitsev1, M.V. Kyrychenko1, A.V. Kholod2, L.V. Zaitseva3, D.S. Prokopenko1, G.S. Khrypunov1
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 21, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
2 Company «ELAKS»,
1, build. 12, Ac. Proskura Str., Kharkiv, 61085, Ukraine.
3 Zhukovsky National Aerospace University «Kharkiv Aviation Institute»,
17, Chkalova Str., Kharkiv, 61000, Ukraine. Calculation of operating parameters of high-voltage power take-off system for the photovoltaic facility. Purpose. To ensure maximum production of electric power by photovoltaic vacilities, in addition to using highly efficient photovoltaic modules equipped with solar radiation concentrators must use a highly effective power take-off system. This paper is inscribed to solving the problem of a highly efficient and economic power take-off system development. Methodology. To solving the problem, we implemented three stages. On the first stage examines the dependence of electrical power from the intensity of the incident solar radiation. Based on this, the second stage is calculated the DC-DC converter resonant circuit and its working parameters, and developed circuit diagram of DC-DC converter. On the third stage, we carry out an analysis of power take-off system with step up DC-DC converter working. Results. In this paper, we carry out the analysis of working efficiency for photovoltaic facility power take-off system with step-up boost converter. The result of such analysis show that the efficiency of such system in a wide range of photovoltaic energy module illumination power is at 0.92, whereas the efficiency of classic power take-off systems does not exceed 0.70. Achieved results allow designing a circuit scheme of a controlled bridge resonant step-up converter with digital control. Proposed scheme will ensure reliable operation, fast and accurate location point of maximum power and conversion efficiency up to 0.96. Originality. Novelty of proposed power take-off system solution constitute in implementation of circuit with DC-DC converters, which as it shown by results of carrying out modeling is the most effective. Practical value. Practical implementation of proposed power take-off system design will allow reducing losses in connective wires and increasing the efficiency of such a system up to 92.5% in wide range of photovoltaic energy modules illumination. References 7, tables 3, figures 4. Key words: photovoltaic module, step-up converter, power take-off system, photovoltaic facility, efficiency.
