Розробка сонячної електростанції для живлення слабкострумових систем освітлення

Чупринюк, Віталія Андріївна

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7817

Title:	Розробка сонячної електростанції для живлення слабкострумових систем освітлення
Authors:	Ситник, Олександр Олексійович Чупринюк, Віталія Андріївна
Keywords:	фотоелектрична установка;нетрадиційні джерела енергії;сонячна електростанція;слабкострумові системи освітлення
Issue Date:	Dec-2024
Abstract:	У роботі проведено аналіз використання фотоелектричних систем для живлення слабкострумових систем освітлення та визначено переваги децентралізованої автономної мікроенергетики на основі сонячної енергії. Розглянуто теоретичні аспекти роботи всенаправлених кубічних фотоелектричних установок та вибрано компонентну базу для сонячної електростанції з урахуванням кліматичних і географічних умов Черкаської області. Розроблено практичну модель сонячної електростанції для живлення слабкострумових систем освітлення з використанням вітчизняних компонентів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7817
Appears in Collections:	141 Електрична інженерія (Електротехнічні системи електроспоживання)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
ВКРМ_Чупринюк.pdf Restricted Access		1.4 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(назва факультету)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва кафедри)

«До захисту допущено»
Завідувач кафедри ЕТС
Олександр СИТНИК
______________________
“_____” _________2024 р.

Кваліфікаційна робота
на здобуття ступеня вищої освіти магістра

на тему:
«Розробка сонячної електростанції для живлення слабкострумових
систем освітлення»

Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи мЕСЕ–34
Спеціальності: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Чупринюк Віталія Андріївна ____________
(прізвище, ім’я, по-батькові здобувача вищої освіти ) (підпис)

Науковий керівник д.т.н., професор Олександр СИТНИК ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Нормоконтроль к.т.н., доцент Костянтин КЛЮЧКА ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Засвідчую, що у цій кваліфікаційній роботі немає запозичень з праць інших
авторів без відповідних посилань.
Здобувач вищої освіти ______________
(підпис)

Черкаси 2024 р.
3

РЕФЕРАТ

По структурі робота складається зі вступу, трьох розділів основної
частини та висновків основних результатів дослідження. Загальна кількість
сторінок – 90, рисунків – 28, таблиць – 15, використаних літературних
джерел – 89.
Метою роботи є розробка сонячної електростанції для живлення
слабкострумових систем освітлення з використанням вітчизняної
компонентної бази.
Згідно до мети були поставлені для вирішення наступні завдання:
− аналіз існуючих рішень для живлення слабкострумових систем
освітлення;
− аналіз кліматичних умов у місцевості запланованого застосування
сонячної електростанції;
− опрацювання теоретичних аспектів і вибір компонентної бази для
розробки системи автономного електропостачання;
− розробка сонячної електростанції для живлення слабкострумових
систем освітлення з використанням вітчизняної компонентної бази.
Перший розділ присвячений аналізу існуючих рішень використання
фотоелектричних систем для живлення слабкострумових систем освітлення.
Встановлено, що функціонування сучасної альтернативної енергетики в
промисловому масштабі значно обмежене рівнем технологій і сформованою
світовою кон'юнктурою, але використання енергії сонця, як джерела
живлення систем зовнішнього освітлення та малопотужних споживачів – це
перший логічний крок на шляху до освоєння можливостей сонячної
енергетики і відмінний приклад можливості функціонування
децентралізованої автономної мікроенергетики.
Другий розділ присвячений опрацюванню теоретичних аспектів і
вибору компонентної бази сонячної електростанції призначеної для
живлення слабкострумових систем освітлення. Проаналізовано основні
4

теоретичні аспекти роботи всенаправлених кубічних конструкцій ФЕУ.
Отримано залежності і закономірності, що підтверджують можливість
успішного функціонування розглянутих установок в кліматичних і
географічних умовах Черкаської області.
У третьому розділі розроблено сонячну електростанцію для живлення
слабкострумових систем освітлення з використанням вітчизняної
компонентної бази.
Ключові слова: фотоелектрична установка; нетрадиційні джерела
енергії; енергія сонця; сонячна електростанція; слабкострумові системи
освітлення.

5

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ........................................... 7
СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ ..................................................................................... 7
ВСТУП ..................................................................................................................... 8
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМ
АВТОНОМНОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ СЛАБКОСТРУМОВИХ
СИСТЕМ ОСВІТЛЕННЯ ...................................................................................... 14
1.1 Актуальність вибору джерела електропостачання ................................... 14
1.2 Аналіз кліматичних умов у місцевості запланованого застосування
сонячної електростанції ..................................................................................... 16
1.3 Аналіз існуючих ФЕУ для зовнішнього освітлення, які
використовуються в Україні ............................................................................. 18
1.4 Висновки до розділу 1 ................................................................................. 39
РОЗДІЛ 2 ОПРАЦЮВАННЯ ТЕОРЕТИЧНИХ АСПЕКТІВ І ВИБІР
КОМПОНЕНТНОЇ БАЗИ ДЛЯ РОЗРОБКИ СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ
................................................................................................................................. 41
2.1 Аналіз вихідних даних для моделювання ФЕУ ........................................ 41
2.2 Вертикальне розташування фотоелектричних панелей ........................... 43
2.3 Аналіз та дослідження альбедо поверхні Землі ........................................ 44
2.4 Моделювання всенаправленої кубічної конструкції фотоелектричної
панелі ................................................................................................................... 47
2.5 Аналіз будови та основних елементів, які входять до ФЕУ .................... 49
2.6 Висновки до розділу 2 ................................................................................. 60
РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ ДЛЯ ЖИВЛЕННЯ
СЛАБКОСТРУМОВИХ СИСТЕМ ОСВІТЛЕННЯ ........................................... 61
3.1 Вихідні дані для розробки ........................................................................... 61
3.2 Вибір основних елементів сонячної електростанції для живлення
слабкострумових систем освітлення ................................................................ 62
3.2.1 Сонячна панель ...................................................................................... 63
6

3.2.2 Контролер зарядження акумуляторів .................................................. 66
3.2.3 Акумулятор ............................................................................................. 71
3.2.4 Термостатування акумулятора ............................................................. 74
3.2.5 Компонування системи ......................................................................... 75
3.3 Висновки до розділу 3 ................................................................................. 76
ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 78
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 81

7

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ,
СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

АКБ – акумуляторна батарея
ЕЕ – електрична енергія
ЛІА – літій-іонні акумулятори
ПДЕ – поновлювальні джерела енергії
СБ – сонячна батарея
СП – сонячна панель
ТММ – точка максимальної потужності
ФЕУ – фотоелектричні установки
ЦМЖ – централізована мережа живлення
ШІМ – широтно-імпульсна модуляція
MPPT контролер – (Maximum power point tracker) контролер спостереження
за точкою максимальної потужності для зарядження батареї

8

ВСТУП

Актуальність дослідження. Сонячна енергетика є одним з найбільш
перспективних напрямів розвитку відновлюваної енергетики в Україні [51,
66, 67]. В першу чергу за рахунок наявності значного енергетичного
потенціалу та науково-технічної і промислової бази за всіма основними
напрямами сонячної енергетики [46, 47, 49].
Середньорічна кількість енергії сонячного випромінювання, яка
надходить щороку на територію України, коливається в межах від 1070
кВт·год на 1 м2 в північній частині України та до 1400 кВт·год на 1 м2 і вище
у південній частині країни та в Автономній Республіці Крим [4, 10, 12, 25].
Тоді як в Європі цей показник коливається в межах від 700-800 кВт·год
на 1 м2 в південній частині Скандинавії, країнах Прибалтики, Британських
островах та до 1900 кВт·год на 1 м2 в Португалії, Іспанії, на півдні Італії та
Греції [1, 11, 23, 28, 49,86].
Що стосується інвестицій у розвиток сонячної енергетики, то до 2040
року їх світовий рівень досягне близько $ 3,7 трлн, що доведе сумарну
потужність сонячних електростанцій до більш ніж третини нових
потужностей світової енергетики – 200 ГВт (що еквівалентно потужності
майже двомстам нових енергоблоків Хмельницької або Рівненської АЕС) [12,
13, 24, 51].
На цей час, рівень реалізації потенціалу використання відновлюваних
джерел енергії є незадовільний, незважаючи на ряд прийнятих законодавчих
та інших нормативно-правових актів, спрямованих на забезпечення
збільшення частки виробництва енергоносіїв з відновлюваних джерел
енергії, зокрема із сонячної енергії в енергетичному балансі держави [21, 27,
53].
Основними причинами незадовільного стану розвитку сонячної
енергетики в Україні є:
9

- обмежений доступ юридичних і фізичних осіб до кредитних ресурсів
з низькою відсотковою ставкою, що забезпечує економічно привабливий
термін окупності проектів;
- неврегульованість деяких питань у земельному законодавстві щодо
отримання дозвільних документів для будівництва та експлуатації сонячних
тепло-, та електростанцій;
Найбільш динамічно за останні роки поширюється виробництво і
впровадження фотоелектричних сонячних електроенергетичних установок та
станцій [3, 6, 21, 25, 44, 47, 53]. Більше 60% всіх потужностей, введених в
експлуатацію в усьому світі на кінець 2015 року було додано протягом
останніх трьох років. Всього у світі, загальна встановлена потужність
фотоелектричних систем (станцій) досягла 222,3 ГВт [26, 30, 48].
На кінець 2015 року лідерами з встановленої потужності сонячних
фотоелектричних систем (станцій) були такі країни як Китай (40 ГВт),
Німеччина (39,6 ГВт), Японія (33,3 ГВт), США (25,5 ГВт) та Італія (18,9
ГВт). У 2015 році безумовним лідером з розвитку відновлюваної енергетики
став Китай – у цьому році було встановлено 14,8 ГВт фотоелектричних
систем (станцій) [2, 3, 23, 24].
В усіх країнах, де має місце високий рівень приросту обсягів
впровадження сонячних колекторів, існують дієві державні програми, які
включають повне нормативно-методичне забезпечення цієї діяльності та
пакет засобів економічної підтримки (як правило, або кредити, або податкове
зарахування витрачених коштів); створено розгалужену інфраструктуру,
підрозділи якої доведено до рівня територіальних громад. Важливою формою
роботи є також постійна робота щодо створення та розвитку суспільної
думки, яка підтримує такі кроки. Мати геліоустановки на даху свого будинку
чи підігрівати воду в басейні – це не тільки вигідно, але і соціально
престижно.
Враховуючи кліматичні особливості території України та наявності
потужних підприємств (у т. ч. виробників напівпровідникових матеріалів, а
10

також мікроелектронних та електротехнічних пристроїв, що дає можливість
отримувати додатковий прибуток при виробництві електроенергії з
використанням фотоелектричних технологій), перетворення сонячної енергії
на виробництво електроенергії з використанням фотоелектричних пристроїв,
є одним із найперспективних напрямів розвитку відновлювальної енергетики
України [4, 12, 25, 51, 53].
Фотоелектричне обладнання може ефективно експлуатуватися
протягом усього року, проте найбільш ефективно – протягом семи місяців на
рік (з квітня по жовтень) в південних регіонах та п’яти місяців на рік – у
північних (з травня по вересень) [6, 72, 77, 86].
Станом на 1 січня 2016 року в Україні, за «зеленим» тарифом на
виробництво електричної енергії, працюють 112 об’єктів сонячної
енергетики, встановленою потужністю майже 838,83 МВт. Зазначеними
об’єктами у 2015 році вироблено понад 475,1 млн. кВт·год електроенергії.
Загальна потужність сонячних малопотужних установок автономного
електропостачання в приватних домогосподарствах, що працюють за
«зеленим» тарифом, станом на 1 січня 2021 року становить 2,6 МВт.
Зазначеними установками у 2020 році вироблено 410 268 кВт∙год електричної
енергії, що в 11 разів більше порівняно з 2014 роком, завдяки зокрема,
використанню «зеленого» тарифу для приватних домогосподарств, які
виробляють електричну енергію з використанням альтернативних джерел
енергії.
Крім великої енергетики, у якій застосовуються потужні сонячні
станції, останнім часом щораз більшої популярності набувають малопотужні
фотоелектричні установки (ФЕУ), які можуть забезпечувати потреби
окремих споживачів ЕЕ, сприяючи тим самим децентралізації її генерування
[18, 35, 41, 70, 79, 82]. Такі ФЕУ мають великий потенціал для свого
впровадження і знаходять застосування в міській інфраструктурі,
важкодоступних та віддалених від електричних мереж місцевостях, для
освітлення зупинок громадського транспорту, для вуличного освітлення, а
11

також у багатьох інших випадках, в яких необхідна автономна робота
малопотужних споживачів, таких як енергопостачання засобів зв'язку,
відеоспостереження, інформаційні засоби міської інфраструктури тощо.
В той же час висока вартість компонентів і традиційних енергоносіїв
збільшують терміни окупності ФЕУ, що в свою чергу потребують
багаторазового підвищення їх надійності та рівня автономності, зниження
експлуатаційних витрат і виключення впливу людського фактору [74].
Відмітимо, що не у всіх областях України рівні умови для розподілення
сонячної енергії [4, 28, 78]. Тому необхідно враховувати явище інсоляції
(показник того, скільки світла надійде на землю в конкретній області за
певний час). Установку фотобатарей здійснюють тільки у напрямку півдня,
звідки можна максимально отримати енергію сонця, з врахуванням
коректного кута нахилу [18, 32, 40]. Також слід відмітити особливості
клімату України у зимові місяці, які заважають цілорічній роботі і розвитку
сонячної енергетики, а саме сніговий покрив і низькі температури в даний
період. Випавший сніг призводить до необхідності очищення і додаткового
обслуговування ФЕУ, а низька температура, в свою чергу, обмежує
використання деяких типів або погіршує характеристики використовуваних
накопичувачів електричної енергії [31]. З іншого боку, внаслідок високого
значення коефіцієнта відбиття снігу (альбедо), що доходить до 85%,
збільшується сила відбитого розсіяного світла, яка збільшує віддачу струму
фотоелементами ФЕУ.
Одним з шляхів вирішення цих проблем є розробка автономних
установок малої потужності, що накопичують енергію сонячного світла, з
кількома вертикально розташованими статичними фотоелектричними
елементами, які спрямованні не тільки на південь, а й на інші сторони світу.
Розміщення модулів перпендикулярно до землі перешкоджає відкладенню на
них снігу в зимовий період та сприяє можливості самоочищення і не вимагає
додаткового обслуговування. Це компоноване рішення дозволить
використовувати модулі в якості оболонки конструкції, що дасть можливість
12

розміщення всередині накопичувачів енергії і схеми управління, тим самим
знизити загальну матеріаломісткість, зменшити витрати на логістику.
Кілька успішних прикладів серійного виробництва подібних установок
за кордоном вже існують, що свідчить про актуальність такого дослідження
[15, 36, 50, 52, 61, 71, 76, 81, 84].
Метою роботи є розробка сонячної електростанції для живлення
слабкострумових систем освітлення з використанням вітчизняної
компонентної бази.
Згідно до мети були поставлені для вирішення наступні завдання:
− аналіз існуючих рішень для живлення слабкострумових систем
освітлення;
− аналіз кліматичних умов у місцевості запланованого застосування
електростанції;
− опрацювання теоретичних аспектів і вибір компонентної бази для
розробки системи автономного електропостачання;
− розробка сонячної електростанції для живлення слабкострумових
систем освітлення з використанням вітчизняної компонентної бази.
Предметом дослідження є відновлювальні джерела енергії.
Об'єктом дослідження є фотоелектричні системи автономного
електропостачання.
Методи дослідження. При вирішенні поставлених завдань
використовувалися методи статистичної обробки інформації, методи
емпіричного дослідження та моделювання.
Наукова новизна в роботі:
- встановлено, що функціонування сучасної альтернативної енергетики
в промисловому масштабі значно обмежене рівнем технологій і
сформованою світовою кон'юнктурою, але використання енергії сонця, як
джерела для живлення слабкострумових систем освітлення – це перший
логічний крок на шляху до освоєння можливостей сонячної енергетики і
13

відмінний приклад можливості функціонування децентралізованої
автономної мікроенергетики.
Апробація роботи. Основні аспекти наукового дослідження
магістерської роботи були обговорені на студентській науково-практичній
конференції ЧДТУ, яка відбувалася 23-24 квітня 2024 р.

14

РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМ
АВТОНОМНОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ СЛАБКОСТРУМОВИХ
СИСТЕМ ОСВІТЛЕННЯ

1.1 Актуальність вибору джерела електропостачання

У загальному випадку слід вибирати між традиційною і
альтернативною енергетикою [4, 12, 13, 21, 25, 30].
У більшості випадків, коли стикаємося із традиційною енергетикою, ми
маємо справу з уже сформованою і закінченою інфраструктурою об'єктів,
зміна яких потребує кардинальних матеріальних витрат [62]. Початкові
проекти часто не враховують можливості змін, і тому часто необхідно
розробляти нові пакети документації з врахуванням прокладання додаткових
електричних кабелів до трансформаторних підстанцій з можливою заміною
або модифікацією їх силового електрообладнання. Також потрібні прокладки
нових кабельних ліній. Використання повітряних ліній електропередач в
міських та інших зонах у деяких випадках небажано з міркувань естетики і
комфорту. Прокладка кабелю в землі ускладнюється наявністю в землі різних
інженерних систем. Всі ці фактори створюють проблему в області розробки
та модернізації електропостачання, а також зовнішнього освітлення у містах
засобами традиційної енергетики [85].
З іншого боку, можна спробувати вирішити цю проблему шляхом
використання можливостей альтернативної енергетики. В наш час широкого
розповсюдження набувають автономні малі енергетичні установки, які
накопичують енергію поновлюваних ресурсів планети. У нашому випадку
для повністю автономного освітлення ми здатні використовувати енергію
вітру, сонця або комбінувати їх разом [56, 75, 80, 89].
15

Енергія вітру може бути отримана і перетворена в електричну за
допомогою малопотужних вітрогенераторів, але їх використання в містах
може призводити до небажаних наслідків. Вітрогенератори отримують
частину кінетичної енергії рухомих повітряних мас, що призводить до
зниження швидкості їх руху [4, 40, 62, 68, 79]. При масовому використанні
вітряків це уповільнення теоретично може помітно впливати на локальні (і
навіть глобальні) кліматичні умови місцевості. Зокрема, зниження середньої
швидкості вітрів здатне зробити клімат регіону трохи більше
континентальним за рахунок того, повітряні маси, що рухаються повільно,
встигають сильніше нагріватися влітку і охолоджуватися взимку [8]. Також
відбір енергії у вітру може сприяти зміні вологісного режиму прилеглої
території. Вітроенергетичні установки є джерелами механічного
аеродинамічного шуму і є потенційною загрозою для птахів і тварин, що
вкрай небажано в умовах рекреаційної зони набережних. Наявність
механічних і рухомих елементів в конструкції вітряних електрогенераторів
знижує загальний рівень надійності подібних пристроїв в порівнянні з
установками сонячної енергетики. Виходячи із сукупності характеристик в
даному дослідженні прийнято рішення відмовитися від застосування
вітроенергетики і зосередитися на використанні сонячної енергії [51, 66, 67].
Напівпровідникова сонячна енергетика – один з найбезпечніших видів
альтернативної енергетики, хоча існує ймовірність того, що повсякденне
впровадження сонячної енергетики може змінити альбедо (характеристику
відбивної (розсіючої) здатності) земної поверхні і привести до зміни клімату
(однак при сучасному рівні споживання енергії це вкрай малоймовірно ) [10,
12, 21, 46]. Це дозволяє необмежено використовувати її можливості в міських
умовах.
Загальні вимоги до автономних вуличних енергоустановок та ліхтарів
[20, 30, 35, 41, 71, 77]:
1) автономність для зниження витрат в інфраструктуру і
обслуговування;
16

2) працездатність в місцевих кліматичних умовах;
3) оптимальне співвідношення ціни і якості, що забезпечує менший
термін окупності;
4) тривалий термін служби;
5) естетичний зовнішній вигляд;
6) екологічність і нешкідливість для навколишнього середовища.
Таким чином, всім вищезгаданим вимогам відповідають саме ФЕУ
сонячної енергетики.

1.2 Аналіз кліматичних умов у місцевості запланованого
застосування сонячної електростанції

Для отримання адекватних результатів дослідження необхідно
позначити умови і географічні межі можливого застосування аналізованих
фотоелектричних установок. За еталон приймаємо кліматичні і географічні
умови міста Черкаси Черкаської області, що знаходиться у центральній
частині України [28, 78].
Фотоелектричні установки, в тому числі акумулятори чутливі до
перепадів температури [31]. Для визначення доцільності використання
сонячних батарей в Черкаській області потрібно знати:
• температурний режим, а саме визначення середніх мінімумів і
абсолютного мінімуму;
• кількість сонячного випромінювання.
У Черкасах континентальний клімат із жарким літом і помірно
холодною зимою. Однак він помітно пом'якшується Кременчуцьким
водосховищем, що безпосередньо впливає на територію на відстані 0,5-1 км.
Вплив рельєфу на мікроклімат несуттєве через його слабку вираженість [28,
78].
17

Середня температура у січні – 8,6 °C, середня температура липня
28,9°C. Абсолютний максимум температури зафіксовано 2 серпня 2016 року,
він дорівнював +42,5°C. Попередній рекорд становив +39°C (липень 1984 р.).
Абсолютний мінімум – 29,4°C (1 січня 1979 р.). Середньорічна температура –
+9,4°C. Різниця між температурою в місті Черкаси і на прилеглих територіях
у середньому становить 1,2°C і 4,5°C взимку.
Середня кількість опадів – 560 мм на рік, з яких третина припадає на
холодну пору року. Характерні великі коливання річних (від 355 мм 1965
року до 615 мм в 1966 році) і місячних сум опадів, часті посушливі періоди,
трапляються посухи.
Кількість сонячних годин (днів) на рік – 2113 годин (285 днів).
На рисунку 1.1 представлена карта території України з усередненими
значеннями середньорічної середньомісячної сумарної сонячної радіації.

Рис. 1.1. Усереднені значення середньорічної середньомісячної сумарної
сонячної радіації
18

1.3 Аналіз існуючих ФЕУ для зовнішнього освітлення, які
використовуються в Україні

Розглянемо автономні фотоелектричні освітлювальні установки, які
використовуються в Україні та є лідерами на енергетичному ринку в даний
час [74]:
1. Shenzhen Shinehui Technology Co., Ltd. (Китай) [36], (рис. 1.2,
таблиця 1.1).

Рис. 1.2. Інтегрований вуличний ліхтар на сонячній батареї

19

Технічні характеристики інтегрованого вуличного ліхтаря на сонячній
батареї представлені в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1
Характеристики інтегрованого ліхтаря виробництва Shenzhen
Shinehui Technology Co., Ltd. Китай
№ Характеристика Значення
1 Панель сонячної батареї Максимальна потужність 18Вт 60W
(монокристалічний кремній)
2 Акумулятор Літій-іонний 12,8V
Максимальна потужність 12V 40W,
3 Світлодіодна лампа Люмен (LM) 4000-4400lm,
Кут огляду 120 град.
Датчик руху
4 Час зарядження від сонця 6 годин
5 Час розрядження 15 годин повної потужності
6 Робоча температура 0 до +70 С
7 Кольорова температура 6000 k
8 Висота установки 7-8 метрів
9 Рекомендована відстань між
опорами 18-20 метрів
10 Матеріал алюмінієвий сплав
11 Ступінь захисту IP 65
12 Розмір виробу 1170 х 330 х 140 мм
13 Вага виробу 17 кг
14 Ціна без опори 8526 грн.

Всі функціональні елементи даного пристрою розташовані в одному
корпусі, що розміщується на вершині опори освітлення. Застосування цієї
моделі в Черкаській області ускладнене характеристиками акумулятора, який
використовується в установці. Літій-іонний акумулятор втрачає можливість
отримувати заряд при низьких температурах, що призводить до повної
втрати працездатності системи у зимовий час. Даний ліхтар може знайти своє
застосування в більш теплому кліматі на півдні України або при необхідності
в освітленні тільки при плюсовій температурі навколишнього середовища.

20

2. Компанія «Sun Shines» (Китай).
Зовнішній вигляд установки зображений рисунку 1.3, а. На рисунку 1.3,
б приклад освітлення пішохідного переходу і зупинки громадського
транспорту з використанням світильника «Sun Shines» [71].
Автономна система освітлення 20 Вт встановлюється на наявні опори з
діаметром 76 або 89 мм. Комплект системи призначений для заміни
традиційних вуличних світильників з живленням від мережі, а також для
освітлення ділянок, на яких ускладнене і неможливе підведення електричної
енергії. Автономна система освітлення незамінна для освітлення доріг за
населеними пунктами, зупинок громадського транспорту за населеними
пунктами, віддалених об'єктів, у яких відсутня електрична мережа, а також
для освітлення вулиць, дворових зон, автомобільних парковок, пішохідних
переходів [25].

а) б)
Рис. 1.3. Фотоелектрична установка «Sun Shines»: а) зовнішній вигляд
установки «Sun Shines»; б) приклади використанння

21

Можливе використання світильників з вбудованими датчиками руху з
радіусом дії 12-15 метрів.
Таблиця 1.2
Технічні характеристики ФЕУ «Sun Shines»
№ Характеристики Значення
1 Потужність сонячної батареї 95 Вт
2 Ємність акумуляторної батареї 65 А∙год.
3 Напруга холостого ходу СБ 21 В
4 Напруга СБ в точці максимальної потужності 17 В
5 Тип світильника світлодіодний
6 Потужність світильника 20 Вт
7 Світловий потік світильника 2100 лм
8 Час роботи без підзарядження 180-360 год
9 Робоча напруга 12 В
10 Температура експлуатації від -40 до +85 °С
11 Вартість без опори 13 933 грн

22

Рис. 1.4. Габаритні розміри ФЕУ компанії «Sun Shines»

23

3. Opti-light, модель AT-0300B 100W [50].
Зовнішній вигляд установки AT-0300B 100W представлений на рисунку
1.5, а. На рисунку 5, б зображений один із варіантів установки разом із
вітрогенератором.

а) б)

Рис. 1.5. Фотоелектрична установка Opti-light: а) зовнішній вигляд ліхтаря
моделі AT-0300B 100W збільшеної потужності; б) варіант ліхтаря разом із
вітрогенератором

В установці фірми Opti-light застосовуються двосторонні сонячні
панелі, що володіють наступними перевагами в порівнянні зі стандартними
односторонніми: додаткова потужність – завдяки двосторонній чутливості і
додаткового вкладу відбитого світла. [26]. Габаритні розміри зображені на
рисунку 1.6.
В установці використовується літій-іонна батарея, але на відміну від
попередньої моделі, проблему із роботою при низьких температурах
вирішено за рахунок переміщення акумуляторів у герметичний бокс нижче
рівня землі, де у холодні місяці зберігається плюсова температура.
24

Застосовується оригінальний контролер зарядження ОЛК 12 / 24-50,
який надає функції віддаленого управління через канали бездротового
стільникового зв'язку.
Таблиця 1.3
Технічні характеристики моделі AT-0300B 100W
№ Характеристики Значення
1 Модель сонячної панелі СБ 125
2 Потужність сонячної панелі 125 Вт фронт + тил.
3 Номінальна напруга панелі 56 B
4 Скло загартоване призматичне
5 Робоча температура від -40 °С до +80 °С
6 Акумулятор LiFePO 3,2 В/100 Ач 4 шт.

Контролер випускається за технологіями розробленими компанією
Opti-light і є запатентованим пристроєм.
Вартість з опорою 68 334 грн;
З вітрогенератором – від 139 667 грн.

25

Рис. 1.6. Габаритні розміри установки AT-0300B 100W

26

4. Touche 5000, (Данія) [81]
Зовнішній вигляд фотоелектричної колони освітлення Touche
представлений на рисунку 1.7, а. Габарити установки зображені на рисунку
1.7, б.

Рис. 1.7. Фотоелектрична колона Touche: а) зовнішній вигляд Touche; б)
габаритні розміри Touche
27

Колона Touche спроектована для середніх широт частини Європи і
країн Скандинавії, де світло сонця обмежене протягом зими. Дана установка
є прикладом складної інтегрованої системи. Світильник не є частиною
системи і постачається окремо від іншого виробника. Можливе застосування
різних типів акумуляторів, які так як і в попередньому випадку
розташовуються нижче рівня землі у залізобетонній основі опори освітлення.
Основною особливістю колони Touche є розташування фотоелементів
практично по всій поверхні колони. Захист циліндричної сонячної панелі
здійснюється за допомогою світлопрозорого полікарбонату, матеріалу який
має ударну міцність наближену до металу, що забезпечує антивандальну
стійкість [27].
Управління освітленням можливо здійснювати за допомогою
бездротових технологій, а також на основі вбудованих датчиків або
астрономічних годинників.
Концепція Touche передбачає 3 режими функціонування:
а) Автономна робота Plug & Play.
Plug & Play є бездротовим
автономним рішенням, яке не потребує
нічого, крім спеціального фундаменту із
вбудованим батарейним відсіком.
Інтегровані сонячні батареї заряджають
акумуляторну батарею протягом дня і
витрачають протягом вечора і ночі, коли
необхідне освітлення (рис. 1.8). За
допомогою системи управління освітлення
можна регулювати потоки інтенсивності
Рис. 1.8. Автономна робота, світла необхідного рівня, щоб
режим Plug & Play максимізувати ємність батареї.

28

б) Безпечний режим функціонування Safe.
Безпечний режим полягає у використанні акумулятора в якості
основного джерела енергії, що доповнюється підключенням до мережі. У разі
низького зарядження акумуляторної батареї вбудований контролер
автоматично підключається до зовнішньої мережі, щоб запобігти будь-яке
відключення незалежно від погодних умов. Як тільки батарея заряджається,
контролер автоматично перемикається на режим роботи від батареї (рис. 1.9).
Безпечний режим має ті ж функції, що і автономний режим.

Рис. 1.9. Безпечний режим функціонування Safe

в) Активний режим функціонування Active.
Робота в активному режимі відбувається при прямому підключенні до
електромережі. Надлишки електроенергії можуть бути продані
енергомережевій компанії через інвертор, що робить рішення оптимальним,
незалежним від будь-якого збою (рис. 1.10).
Технічні характеристики колони Touche, (Данія) представлені в таблиці
1.4.
29

Вартість однієї колони Touche без урахування доставки і вартості
фундаменту – 98 590 грн (2024 р.)

Рис. 1.10. Активний режим Active, підключення до мережі через інвертор

Таблиця 1.4
Технічні характеристики колони Touche (Данія)
№ Характеристика Значення
1 2 3
1. В исота установки світильника 2,5 м.-12,0 м.
2. Д іаметр 180 мм.
3. У становка Плита основи і фундамент
4. М атеріал Сталь, алюміній,
полікарбонат
5. Т ип акумулятора AGM Gel, 12 В, 100 AH.
VRLA

30

продовж. табл. 1.4
1 2 3
6. О чікуваний термін служби акумулятора / 5/4
Гарантія р.
7. Г либина розрядження акумулятора максимум 25% за цикл
8. В заємозамінність акумулятора Li-on, Li-fi, AGM, Lead-
Acid, Lead-gel, Ni-Mh.
9. А втономність установки 3-10 днів
10. Р ежим роботи Автономний
Безпечний або активний
11. Н апруга, що підтримується 10,8 - 14 В., відсічка 10,8 В
акумулятором
12. Р обоча температура -40°C - + 85°C
13. L ED драйвер Вбудований для 12 В
світлодіодних світильників
14. М аксимальний вихідний струм 200-350-500 mA DC
15. М аксимальна потужність споживачів 65 Вт
16. С тупінь захисту IP 66
17. G PRS WEB підключення 850/900/1800/1900 MHz
18. У правління світлом Астрономічний годинник,
365 днів
19. С онячні модулі на одну колону 1-6
20. Р озміри сонячного модуля 1700 мм. / 1000 мм / 700 мм
21. Т ехнологія виготовлення фотоелементів Полікристалічні, ККД 18%
22. П ікова вихідна потужність 95 W
23. Т ермін служби фотоелементів 20 років (80% потужності)
24. З ахист сонячних панелей PC/PMMA (UV-resistant)
25. Р обоча температура -40 C - + 85 C
26. В ага фундаменту 650 кг.
27. Р озмір фундаменту 500 x 600 x 1000 mm
28. М атеріал фундаменту Залізобетон

31

5. Towersun-128, EPS-soltec (Австрія) [76, 61].
Зовнішній вигляд вид фотоелектричної установки Towersun-128, EPS-
soltec представлений на рисунку 1.11.

Рис. 1.11. Зовнішній вигляд фотоелектричної установки Towersun-128
32

Світильники сімейства TOWERSUN є надійними світлодіодними
світильниками у поєднанні з фотоелектричними установками у випадку, коли
електроенергія з мережі не використовується. Завдяки використанню восьми
сонячних модулів, що розміщуються один над одним, навіть при розсіяному
світлі можна отримати високу ефективність ліхтаря. Ідеальні місця
використання фотоелектричних установок TOWERSUN – це вулиці,
тротуари, автостоянки тощо.
TOWERSUN – це вуличний світлодіодний ліхтар на сонячних батареях,
який може встановлюватися у будь-якому місці, де відсутні джерела
електроенергії і потрібна надійна робота навіть в умовах поганої
освітленості. Завдяки кубічній алюмінієвій конструкції з 2x4
фотоелектричними модулями, можна отримати достатньо енергії від
розсіяного світла, особливо в районах із поганими погодними умовами.
Перпендикулярне розміщення модулів перешкоджає відкладенню снігу
взимку. Унікальні функції енергозбереження забезпечують надійну роботу
протягом декількох ночей навіть в погану погоду [28]. У відповідності з
європейським стандартом DIN EN13201, завдяки показниками освітленості,
ліхтарі TOWERSUN рекомендується встановлювати на вулицях житлових
районів, на другорядних дорогах, парковках тощо.
Функціонування. Вбудований акумулятор заряджається протягом дня
за допомогою 8 фотоелектричних модулів, а при наступанні темної пори
доби ця енергія використовується для живлення світлодіодного ліхтаря.
Габаритні розміри Towersun-128 показані на рисунку 1.12.
Технічні характеристики установки Towersun-128 представлені в
таблицях 1.5 та 1.6.

33

Рис. 1.12. Габаритні розміри установки з використанням гвинтових свай
компанії Krinner

34

Таблиця 1.5
Технічні характеристики установки Towersun-128
№ Характеристика Значення
1 Сонячні модулі 8 елементів, монокристалічні кремнієві
2 Вихідна потужність (макс.) 128 Вт ( 8 модулей). Модулі заряджаються
також при розсіяному світлі (від 8% до 15%
від норми)
3 Акумулятор 1х 36 А∙год.
4 Робоча температура -20°С до + 50°С
5 Термін експлуатації Близько 5-6 років (залежить від
акумулятора температури)
6 Гарантія 2 роки
7 Розміри установки 237 мм. х 237 мм. х 1310 мм.
8 Тип захисту IP 65
9 ККД соняч. панелей 18%
Освітлювальний блок
10 Кількість світлодіодів 16 елементів
11 Світловий потік (макс.) 1360 лм
12 Кольорова температура 6500К, холодний білий
13 Термін експлуатації > 50000 годин
світлодіодного елемента
15 Сучасні світлодіоди Світло не приваблює комах
Розміри
16 Загальна висота від рівня 5743 мм
землі
17 В исота лампи від рівня 4200 мм
18 Загал ьна довжина опори 5500 мм
19 Глибина опори в землі 750 мм
20 Матеріали Сталь з порошковим покриттям / чорний
Періоди технічного обслуговування / гарантія
21 Рекомендована заміна через 6 років / через 12 років
акумулятора / світлодіода
22 Гарантія 2 роки (включаючи акумулятор)
23 Гарантія (гарантійний 3 роки, 100-відсоткова гарантія на продукт
термін починається з дати 5 років, гарантія мінімальної
виробництва) продуктивності 90%
35

Таблиця 1.6
Керування електроспоживанням та часом
№ Функціонування Яскравість Час
1 Зменшення яскравості 50% 24:00-5:00
2 Вимкнено 0% 24:00-5:00
3 Постійне освітлення (з керуванням 100% Освітлення на
енергоспоживанням) всю ніч
4 О птимізація витрат енергії див. рис. 1.13

Рис. 1.13. Графік опції оптимізації витрат енергії

Криві розподілу світла світильника, який встановлений в Towersun-128
представлено на рисунку 1.14.
Окрім великих моделей TOWERSUN 128 є також моделі, що
розширюють сферу застосування світильників сімейства TOWERSUN:
− TOWERSUN 64 зі зниженою світловіддачею;
− модель TOWER-LIGHT із додатковою функцією регулювання
напряму світла у варіанті для пішохідних зон і площ;
− STATIONSUN, яка призначена для зупинок громадського транспорту.
36

Рекомендована вартість TowerSun-128 в комплекті з опорою 51 496 грн.
(2024 р.).

Рис. 1.14. Крива розподілу інтенсивності світла DIALux, одна і дві лампи
TowerSun

Зведемо дані по всіх розглянутих у цьому пункті установках для
зовнішнього освітлення до таблиці 1.7.

37

38

Всі вище наведені фотоелектричні установки функціональні і
різноманітні за своїми технічними характеристиками, мають свої переваги та
недоліки. Вони можуть знайти собі повноцінне застосування у тих умовах
для яких вони були спроектовані та розроблені.
В ході порівняльного аналізу ретельно розглянуто всі варіанти. Перший
варіант виключений через неможливість його нормального функціонування в
місцевих кліматичних умовах. Третій і четвертий варіанти є поки ще
несерійною продукцією і мають відносно високу вартість, що робить їх
застосування недоцільним. Вибір залишається між другим і п'ятим варіантом,
продукцією фірми SunShines і моделлю TowerSun фірми EPS-soltec.
Незважаючи на більш високу вартість модель TowerSun-128, на відміну від
SunShines, максимально повно задовольняє всім вимогам. Крім автономності,
вона має наступні переваги:
- найбільш оптимальна конструкція фотоелектричних панелей, які
розташовані вертикально, що перешкоджає відкладенню на них опадів і снігу
в зимові місяці;
- кубічна конструкція фотоелектричної установки більш компактна,
вона менша за інші і не перекриває поле зору пішоходів, що з естетичної
точки зору особливо важливо в рекреаційних зонах відпочинку;
- ефективніша за рахунок використання сучасного контролера з
функцією стеження за точкою максимальної потужності і світлодіодного
світильника з високою світловою віддачею;
- в перспективі, збільшуючи дану систему, можна досягти концепції
автономних фотоелектричних колон-накопичувачів енергії.
Установка фотоелектричних систем дозволяє не тільки економити
електроенергію, яка споживається з мережі, але і зменшити вартість
інфраструктури через відсутність необхідності в підстанціях,
трансформаторах, розподільних пунктах і щитах.
Термін окупності проектів із врахуванням відсутності
енергоспоживання від мережі і зниження витрат на обслуговування, може
39

сягати 20 років, що не перевищує передбачуваний виробником ресурс в 25
років. Традиційна сировинна енергетика приречена на постійне споживання
ресурсів планети.
Подібні малопотужні ФЕУ мають великий потенціал для свого
впровадження і знаходять застосування в міській інфраструктурі,
важкодоступних місцевостях, для освітлення зупинок громадського
транспорту, для тимчасового освітлення, а також у багатьох інших випадках,
у яких необхідна автономна робота малопотужних споживачів, таких як
енергопостачання засобів зв'язку, відеоспостереження, інформаційні засоби
міської інфраструктури тощо.
Незначне застосування фотоелектричних установок освітлення
обумовлено їх високою ціною і високими початковими капітальними
затратами, зменшити які до необхідного рівня зможе тільки локалізація
виробництва або серійний випуск подібної продукції на території України.
Технології, які використовуються в пристроях сонячної енергетики,
мають явну тенденцію до вдосконалення і здешевіння, що в кінцевому
підсумку прискорить поширення і зробить їх застосування більш масовим.

1.4 Висновки до розділу 1

1. Встановлено, що функціонування сучасної альтернативної
енергетики в промисловому масштабі значно обмежене рівнем технологій і
сформованою світовою кон'юнктурою, але використання енергії сонця, як
джерела живлення слабкострумових систем освітлення – це перший логічний
крок на шляху до освоєння можливостей сонячної енергетики і відмінний
приклад можливості функціонування децентралізованої автономної
мікроенергетики.
2. Встановлено, що висока вартість компонентів і традиційних
енергоносіїв збільшують терміни окупності фотоелектричних систем, що в
40

свою чергу потребують багаторазового підвищення їх надійності та рівня
автономності, зниження експлуатаційних витрат і виключення впливу
людського фактору. На основі аналізу встановлено, що установку
фотобатарей здійснюють тільки у напрямку півдня, звідки можна
максимально отримати енергію сонця, з врахуванням коректного кута
нахилу.
Одним з шляхів вирішення цих проблем є розробка автономних
сонячних електростанцій, що накопичують енергію сонячного світла, з
декількома вертикально розташованими статичними фотоелектричними
елементами, які спрямованні не тільки на південь, а й на інші сторони світу.
Це рішення дозволить використовувати модулі в якості оболонки
конструкції, що дасть можливість розміщення всередині накопичувачів
енергії і схеми управління, тим самим знизити загальну матеріаломісткість і
зменшити витрати на логістику.
3. Проведено порівняльний аналіз існуючих на ринку України
сонячних електростанцій для живлення слабкострумових систем освітлення.

41

РОЗДІЛ 2
ОПРАЦЮВАННЯ ТЕОРЕТИЧНИХ АСПЕКТІВ І ВИБІР
КОМПОНЕНТНОЇ БАЗИ ДЛЯ РОЗРОБКИ СОНЯЧНОЇ
ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ
У другому розділі роботи поставлено задачі з дослідження основних
теоретичних аспектів роботи автономних ФЕУ з вертикальним
розташуванням сонячних панелей, які орієнтовані не тільки на південну
сторону, а й інші сторони світу. Така конструкція практично не вивчена і
вимагає детальних методів дослідження, а саме імітаційного і натурного
моделювання для виявлення основних закономірностей і залежностей
величин необхідних для подальшого проектування автономних установок
електроживлення від ВДЕ. Необхідно враховувати кліматичні умови місця
передбачуваного використання.

2.1 Аналіз вихідних даних для моделювання ФЕУ

Вивчення ФЕУ важко собі уявити без розрахунків і моделювання їх
роботи в умовах, наближених до реальних. Імітаційне моделювання
просторових сонячних конструкцій із врахуванням реальних кліматичних
умов натурними методами досить ускладнено в силу присутності безлічі
додаткових чинників впливів, які необхідно враховувати [39, 69, 89]. У цьому
випадку застосовують спеціалізовані програмні продукти, завданням яких є
максимально точно спрогнозувати і змоделювати роботу сонячних систем
електропостачання.
Для отримання інформації та моделювання процесів роботи ФЕУ на
даному етапі дослідження використаємо програмне середовище PVsyst [63].
PVsyst за багатьма оцінками інженерів та науковців, стало стандартом
індустрій в області програмної імітації об'єктів напівпровідникової сонячної
42

енергетики і сонячних колекторів. Даний комплекс враховує як географічні
параметри, положення сонця, так і інформацію про погоду, отриманих в ході
тривалих спостережень і космічної фотозйомки (хмарні структури, альбедо
поверхні, водяна пара тощо).
PVsyst використовує принцип транспозиції – розрахунок освітленості
похилої площини, за даними горизонтальної освітленості і пропонує дві
моделі транспозиції:
Модель Хея (Hay's model), класична і надійна модель, яка дає гарні
результати, навіть якщо інформація про дифузне розсіювання не є особливо
точною.
Модель Переса (Perez-Ineichen model) є більш складною моделлю
вимагає точних (ретельно виміряних) даних горизонтальної освітленості.
Місто Черкаси [78] географічно знаходиться значно північніше зон, де
найвигідніше цілорічне використання сонячної енергії. Графік сонячної
інсоляції для сонячних панелей, що встановлені під кутом 380 і спрямовані
суворо на Південь Черкаської області в річному обчисленні відповідно до
PVsyst розглянуто на рисунку 2.1

Meteо Monthly Computations at Cherkasʹka oblast

Рис. 2.1. Річне виробництво ЕЕ ФЕУ розташованих під кутом 380

43

Таке розташування сонячних панелей забезпечує максимальне річне
виробництво ЕЕ і його традиційно вважають оптимальним. Сонячні промені,
що падають під прямим кутом в теплу пору року забезпечують найбільше
річне отримання сонячної енергії в ідеальних умовах [4, 10, 43]. Як можна
помітити за графіком є яскрава сезонна вираженість, літні максимуми до 5-ти
разів перевершують виробництво ЕЕ в зимові місяці (мінімум складає в
грудні). Для отримання більш збалансованої системи, здатної функціонувати
цілий рік, необхідно зменшити співвідношення між мінімумами і
максимумами, а також зосередитися на збільшенні виробництва енергії в
зимові місяці, а саме у грудні.

2.2 Вертикальне розташування фотоелектричних панелей

Вертикальне розташування ФЕУ, щодо поверхні Землі, які орієнтовані
на південь, має свої переваги і недоліки у порівнянні із традиційним
розташуванням під оптимальним кутом [48, 72, 76, 77].
Недоліки:
• менше (до 25%) виробництва енергії в річному обчисленні;
• велика парусність конструкції;
• збільшення загальної вартості конструкції.
Переваги:
• згладжений графік сонячної генерації, менше співвідношення між
максимумами і мінімумами (до 3 разів);
• більше виробництво енергії в зимові місяці;
• можливість більш ефективно використовувати енергію відбитого від
поверхні Землі розсіяного світла в зимові місяці;
• сприяє додатковому охолодженню панелей за рахунок кращих умов
для конвективного руху повітря;
44

• перешкоджає відкладанню снігу на поверхні сонячних панелей в
зимові місяці.
Основний недолік – це зменшення виробництва енергії в річному
обчисленні, і відповідно, збільшення необхідної площі сонячних панелей, а
також загальної вартості конструкції для отримання порівнянного
результату. Однак, в нашому випадку, для досягнення цілорічного
використання в кліматичних умовах Черкаської області, вирішальним
фактором у виборі стає більш стійка робота установки у зимові місяці. Через
те, що в зимові місяці сонце піднімається над горизонтом максимально
низько (до 120) і високого значення непрямого розсіяного світла, саме
вертикально-орієнтовані панелі можуть забезпечити стійке виробництво ЕЕ.

2.3 Аналіз та дослідження альбедо поверхні Землі

Більшість фотоелектричних елементів отримують випромінювання не
тільки безпосередньо від сонячного диска (пряме випромінювання), а також
із великої ділянки неба (дифузне випромінювання) [2, 11, 21].
Коефіцієнт альбедо – числова характеристика дифузійної відбивної
здатності поверхні предмета, частина (від 0 до 1) глобального
випромінювання відбитого від землі на похилу площину.
Його вплив має місце в процесі обчислення транспозиції
горизонтального опромінення на похилу площину, для горизонтальної
площини воно майже нульове і збільшується із нахилом.
Внесення альбедо пропорційний (1 – cos α) / 2, де α – кут нахилу
площини (див. Hay's model). Це означає 0 для горизонтальної площини, для
вертикальної 0,5 і 0,067 для площини нахиленої під кутом 30° до горизонту.
Приклади значень альбедо для різних поверхонь представлені в таблиці 2.1.

45

Таблиця 2.1
Значення коефіцієнта альбедо для різних поверхонь
Поверхня Значення альбедо
Океан 0,07 – 0,10
Асфальт 0,12
Хвойний ліс 0,09 – 0,15
Листяний ліс 0,15 – 0,18
Земля 0,17
Зелена трава 0,25
Піщана пустеля 0,40
Старий / танучий сніг 0,5 – 0,7
Випавший сніг 0,80 – 0,90

Вагомим аргументом у використанні встановлених вертикально
сонячних панелей в наших кліматичних умовах є максимальне використання
сили розсіяного дифузного світла в зимові місяці року, коли більша частина
поверхні в розглянутій нами зоні застосування, як правило, часто
покривається снігом. Цей момент наочно продемонстрований на знімках,
зроблених з орбіти Землі в різні місяці року (рис. 2.2 та 2.3).

Рис. 2.2. Карта Землі зі знімків з орбіти в серпні 2023 року
46

Рис. 2.3. Карта Землі зі знімків з орбіти в січні 2023 року

Також цей ефект підтверджує графік ступеня сезонної зміни
коефіцієнта альбедо поверхні Землі в залежності від географічної широти,
представленому на рисунку 2.4.

Seasonal difference in Albedo

Рис. 2.4. Сезонна зміна коефіцієнта альбедо поверхні в залежності від
географічної широти
47

Таким чином, змоделювавши фотоелектричну установку з
вертикальними сонячними панелями в програмі PVsyst з урахуванням сезонної
зміни коефіцієнта альбедо поверхні Землі, для умов Черкаської області
отримаємо наступний графік річної сонячної генерації на рисунку 2.5.

Meteо Monthly Computations at Cherkasʹka oblast

Рис. 2.5. Графік виробництва ФЕУ з урахуванням сезонної зміни
коефіцієнта альбедо

Як бачимо, графік є більш «згладженим», а відношення між
мінімумами і максимумами не перевищує 2,5-3 одиниць, а частина розсіяного
дифузного світла у виробництві залишається високим протягом усього року.

2.4 Моделювання всенаправленої кубічної конструкції
фотоелектричної панелі

У програмному продукті Pvsyst змодельовано класичну фотоелектричну
панель, яка встановлена під кутом до горизонту порівняно з кубічною
конструкцією [63, 69], що складається з 4 фотоелектричних панелей,
48

направлених на всі сторони світу. В результаті імітації роботи обох в умовах
Черкаської області в грудні місяці були отримані деякі залежності, які
зображені на рисунку 2.6.

Рис. 2.6. Співвідношення між порівнюваними установками

У результаті проведеного моделювання, досліджено, що при 4-
кратному збільшенні площі поверхні фотоелектричних панелей S (4/1,18) в
«кубічній» конструкції, отримуємо майже в 2 рази більше електричної енергії
W (188/100) в погодних умовах грудня, «найскладнішого» місяця в році.
«Кубічна» конструкція займає при цьому такий же об'єм, що і «класична»
панель.
З одного боку таке збільшення площі фотоелектричних елементів є
непропорційним та недоцільним. Але з іншого боку збільшення вартості
фотоелектричних елементів в сучасній автономній установці, що включає
накопичувач енергії, контролер зарядження і систему керування не зможе
вагомо вплинути на загальну собівартість установки з врахуванням
постійного зниження вартості фотоелементів.

49

2.5 Аналіз будови та основних елементів, які входять до ФЕУ

Незалежно від виробника, вуличні ФЕУ, які використовують енергію
сонця, складаються з 5 основних елементів [6, 21, 44, 47, 76, 81, 88]:
 сонячна панель, що складається з фотоелементів;
 контролер зарядження акумулятора;
 накопичувач електричної енергії (акумулятор);
 світильник (опціонально);
 опора освітлення.
Залежно від конкретної моделі ФЕУ, елементи конструкції можуть
розташовані в просторі будь-де, або входити до складу компактної
високоінтегрованої системи.
1. Сонячна панель – це декілька об'єднаних в електричний ланцюг
фотоелектричних перетворювачів (фотоелементів) – напівпровідникових
пристроїв, які перетворюють сонячну енергію в постійний електричний
струм [22, 46, 60].
Для виробництва традиційних фотоелектричних перетворювачів
використовується кристали кремнію «сонячної» якості (з вмістом кремнію
понад 99,99% за питомою вагою). Розрізняють монокристалічні і
полікристалічні фотоелементи. До монокристалічного кремнію відносяться
злитки вирощені методом Чохральського з первинної сировини високого
ступеня очищення. Полікристалічний кремній отримують із сировини з
меншим ступенем очищення, а також вторинної сировини.
Використовуються менш енергоємні способи отримання заготовок, що
знижує їх кінцеву собівартість виробництва.
У досліджуваних зразках використовуються фотоелементи на основі
монокристалічного кремнію в силу своєї високої ефективності до 20%. У той
же час, у світі частіше використовують тонкоплівкові сонячні панелі, які
виготовлені за технологією CIGS (CuInGaSe) і a-Si (аморфного кремнію),
вартість яких значно нижча за моно- і полікристалічні панелі. На даний
50

момент серійні зразки тонкоплівкових панелей мають відносно низьку
ефективність (близько 10-13%), тому їх застосування в компактних
фотоелектричних системах обмежене [55, 88].
В даний час вітчизняним виробником сонячних панелей є компанія
ТОВ «Квазар» (м. Київ) [60].
ТОВ «Квазар» засновано в 1991 році. Основна спеціалізація ТОВ
«КВАЗАР» – електронне матеріалознавство, напівпровідникові технології.
Володіючи досвідом роботи у наукових, освітніх і промислових
підприємствах електронної промисловості співробітники ТОВ «КВАЗАР»
вдало доповнюють один одного при вирішенні різних наукових,
технологічних і виробничих проблем.
У процесі розвитку підприємства основною сферою діяльності стала
технологія виготовлення високоякісних пластин кремнію для
мікроелектроніки і сонячних елементів, а також виробництво сонячних
панелей і обладнання для їх виробництва.
З широкого спектру пропонованих сонячних панелей для нашої роботи
попередньо можна обрати модель KV 15, яка виконана на основі традиційних
фотоелементів з монокристалічного кремнію, що підходить за своїми
розмірами для створення вертикальної кубічної конструкції. Її
характеристики представлені в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2
Характеристики сонячної панелі KV 15
Модель Потужність, Uнx, Uм, В Ім, А Габарити, Вага, Вартість,
Вт В мм кг грн
KV 15 18 23 19,6 0,9 430x232x43 1,45 2406,4
де:
Uнx – напруга неробочого ходу;
Uм – напруга максимальної потужності;
Ім – струм при напрузі максимальної потужності.
51

Умови вимірювання параметрів модулів – стандартні: 1000 Вт/м2,
АМ 1.5, 25°С
Компанія «Енхол» заснована в 2016 році (м. Енергодар, Запорізька
область) є виробником тонкоплівкових фотоперетворювальних модулів, які
створюють повноцінну високотехнологічну галузь сонячної енергетики як
альтернативу традиційним джерелам енергії [57]. Компанія «Енхол»
використовує тонкоплівкову технологію придбану у компанії Oerlikon Solar.
Технологія, що застосовується на підприємстві «Енхол»: нанесення
покриттів із аморфного і мікроморфного кремнію на базі тонкоплівкової
технології. Перевагами мікроморфної тонкоплівкової технології є низька
вартість виробництва, екологічність, можливість уловлювання розсіяного
світла, що істотно збільшує виробництва електроенергії.
Технологія виробництва компанії базується на застосуванні
мікроморфних покриттів – «тонких плівок» на основі кремнію, що є
наступним поколінням технології, яка вже зарекомендувала себе на ринку
фотоелектричних модулів на основі аморфного кремнію. Типова конструкція
гетероструктурного сонячного елемента на основі аморфного та
мікроморфного кремнію (рис. 2.7) відрізняється від технології минулого
покоління – аморфного кремнію наявністю наноструктурованого
«мікроморфного шару», що дозволяє перетворювати більш широкий спектр
довжин хвиль випромінювання, який падає на фотоелектричний модуль, тим
самим збільшуючи ККД модуля.
На жаль, на даний момент компанія «Енхол» виробляє тільки один
типорозмір сонячних панелей (1300х1100 мм.), що ускладнює їх
використання в компактних фотоелектричних установках. У перегляду
прайс-листів та пропозицій було встановлено технологічну можливість
виробництва різних типорозмірів сонячних панелей на вже існуючому
обладнанні при появі явної економічної доцільності такого варіанту.
52

Рис. 2.7.Структура тонкоплівкових модулів на аморфному кремнії

Як правило показники ефективності вимірюють у стандартних умовах
тестування (STC) при величині випромінювання, що дорівнює 1000 Вт/м2 і
температурі 25° С.
Ефективність (ККД) фотоелементів в міру розвитку технологій стає все
вищим, а собівартість їх виробництва нижчою. ККД перетворення сонячної
енергії в електроенергію різними фотоелементами серійного виробництва, а
також теоретичні максимуми і мінімуми досягнуті в лабораторних умовах
представлені на рисунку 2.8 [38].

Рис. 2.8. ККД технологій перетворення сонячної енергії (2024 рік)
53

На ефективність сонячних модулів можуть впливати і інші фактори.
Особливості будови фотоелементів викликають зниження продуктивності
панелей з ростом температури. Часткове затемнення панелі викликає падіння
вихідної напруги за рахунок втрат в неосвітленому елементі, який починає
виступати в ролі паразитного навантаження. Від даного недоліку можна
позбутися шляхом установки байпасу на кожен фотоелемент панелі.
Типовий термін служби, який гарантується світовими виробниками
кремнієвих панелей складає 10 років на 90% і 20-25 років на 80% від
номінальної потужності напівпровідникових фотоелементів. Термін служби
кремнієвих фотоелементів може сягати 35 років.
2. Контролер зарядження акумуляторів в складі фотоелектричної
установки забезпечує необхідний графік зарядження в залежності від типу
підключеного акумулятора.
З робочих характеристик фотоелектричних панелей видно [7], що для
досягнення найбільшої ефективності потрібний правильний підбір опору
навантаження. Для цього фотоелектричні панелі не підключають
безпосередньо до навантаження, а використовують контролер управління
фотоелектричною системою, який забезпечує оптимальний режим роботи
панелей. Стандартно в контролерах застосовується широтно-імпульсна
модуляція (ШІМ) для забезпечення повного зарядження акумулятора [14].
Сучасні моделі контролерів використовують метод спостереження за
точкою максимальної потужності MPPT (Maximum Power Point Tracking)
сонячної батареї [43, 55, 86, 81].
Типовий MPPT-контролер постійно відстежує струм і напругу на
сонячній батареї, перемножує їх значення і визначає пару струм – напруга,
при яких потужність СБ буде максимальною. Вбудований процесор також
відстежує, на якій стадії зарядження знаходиться акумулятор (наповнення,
насичення, вирівнювання, підтримка) і на підставі цього визначає, який
струм повинен подаватися в акумулятори. Одночасно процесор може
54

видавати команди на індикацію параметрів та табло (при наявності),
зберігати дані тощо.
Положення точки максимальної потужності (ТММ) залежить від
декількох параметрів: від освітленості модуля, температури, різнорідності
використовуваних модулів тощо. Контролер може робити періодичні спроби
трохи «відійти» від знайденої на попередній стадії точки в обидві сторони, і
якщо потужність при цьому збільшується, то він переходить на роботу по цій
уже точці. Теоретично при пошуку ТММ втрачається небагато енергії, але ця
втрата незначна у порівнянні з додатковою енергією, якою забезпечує MPPT
контролер, особливо в хмарні дні. На рисунку 2.9 зображено зміщення точки
максимальної потужності в залежності від зовнішніх умов [16].

Рис. 2.9. Зміщення точки максимальної потужності фотоелемента

В даний час з'являються рішення, які засновані на основі
«Оптимізаторів потужності» сонячних панелей (Power optimiser). По своїй
суті ця оригінальна ідея є методом приєднання до кожної сонячної панелі
індивідуальних, зменшених копій сонячних контролерів зарядження з MPPT
55

за винятком функції контролю і зарядження акумулятора, яку при
необхідності виконує окремий центральний пристрій. Оптимізатори
дозволяють скоротити втрати енергії пов'язані з різницею показників
потужності, яка пов’язана з різною освітленістю сонячних панелей, що
з'єднані у загальний електричний ланцюг за допомогою вбудованого
індивідуального для кожної панелі dc-dc перетворювача.
Найбільш значних успіхів у цій сфері домоглася ізраїльська компанія
SolarEdge [36], вироби якої вже використовуються по всьому світу.
Пропозицією на вітчизняному ринку контролерів зарядження для
систем сонячної енергетики обмежена одним виробником компанією ТОВ
"GreenChip-Україна", що серійно випускає дану продукцію, але її пропозиції
можна використовувати для проектування та розробки ФЕУ [58]. Сонячні
контролери від компанії «GreenChip-Україна» мають високі характеристики,
ефективно використовують алгоритм стеження за точкою максимальної
потужності, але в той же час мають надлишкову потужність для
малогабаритних автономних джерел сонячної енергії, які ми досліджуємо.
У квітні 2016 року був запущений в серію малогабаритний сонячний
контролер TRACER 2210CN МРРТ, який задовольняє всім нашим вимогам.
Його особливості будуть детально розглянуті і описані у розділі 3.
3. Акумулятор. Найбільш поширеним типом акумуляторних батарей
(АБ) є свинцево-кислотні, як з рідким електролітом, так і герметизовані
(VRLA). В автономних системах частіше зустрічаються АБ виконані за
технологією AGM і GEL (гелеві) [15, 34, 45, 77].
AGM (Absorbent Glass Mat, що абсорбує скловолокно) – це технологія
виготовлення свинцево-кислотних акумуляторів. Відмінність батарей AGM
від класичних в тому, що в них міститься абсорбований електроліт,
просочений рідким електролітом пористий заповнювач відсіків корпусу зі
скловолокна, а не рідкий, що дає ряд змін у властивостях акумулятора. [37]
Переваги технології AGM:
− Конструкція не вимагає обслуговування.
56

− Конструкція герметична і має клапанне регулювання, що запобігає
витоку кислоти і корозії клем.
− Висока стійкість до глибоких розрядів (> 0,5C).
− Більш безпечна робота: при правильному зарядженню батарей
виключається можливість виділення газів і небезпеки вибуху.
− Герметична конструкція дозволяє встановлювати батарею майже в
будь-якому положенні (проте установка догори дном не рекомендується).
− Впевнена робота при низьких температурах (нижче -40 0С).
− Підвищена вібростійкість, що збільшує термін служби.
У GEL акумуляторі електроліт згущений силікагелем. Це робить його
ще більш стійким до глибоких розрядів, а й більш дорогим.
У загальному випадку термін служби подібних акумуляторів доходить
до 12 років в буферному режимі. У циклічному режимі кількість
гарантованих циклів розряду в залежності від його глибини може становити
від 500 до 3500.
Менш частіше використовуються літій-іонні акумулятори з літій-
залізо-фосфатним (LiFePO4) катодом в конструкції, які мають високу вартість
та проблеми функціонування при низьких температурах, а також вимог до їх
утилізації. Застосування лужних NiMh акумуляторів вимагає застосування
більш складних контролерів зарядження для компенсації «ефекту пам'яті»,
але їх застосування досить виправдано, так як вони не містять важких
металів, і відповідно, вони не шкідливі для навколишнього середовища і не
вимагають спеціальної переробки при утилізації [5, 6].
На вітчизняному ринку в області електрохімічних накопичувачів
енергії для ФЕУ складається така тенденція. У ході дослідження було
знайдено одного виробника перспективних промислових літій-залізо-
фосфатних (LiFePO4) акумуляторів ТОВ «Atmosfera», застосування яких
дозволить значно збільшити термін служби енергоустановки в цілому.
57

Товариство з обмеженою відповідальністю «Atmosfera» – є дочірнім
підприємством Нідерландської компанії «VICTRON ENERGY». Компанія
«Atmosfera» створена для реалізації в нашій країні проекту з виробництва
сучасних літій-іонних акумуляторів (ЛІА) [59].
Обрана модель LT-LYP200 з мінімальної з доступних у виробника
ємністю комірки акумулятора, характеристики якої представлені в таблиці
3.4 наступного розділу 3.
Варто звернути увагу на те, що крім безперечних переваг, літій-іонні
акумулятори мають один істотний недолік, а саме, якщо заряджати такий
акумулятор при його низькій температурі він швидко виходить з ладу. У той
же час при розрядженні акумулятора при низькій температурі проблем не
виникає. Необхідно передбачити теплоізоляцію і підігрівання літій-іонного
акумулятора для його нормального зарядження в зимовий період. Також
викликає питання низька напруга 3,2 В акумулятора-комірки у зарядженому
стані. Для нормального функціонування більшості сонячних контролерів
зарядження акумуляторів необхідно комплектувати акумуляторну збірку з
напругою стандартного ряду: 12В, 24В, 36, 48 тощо. Ця особливість
сформована під впливом типових напруг свинцево-кислотних акумуляторів,
які широко використовувалися в автономних фотоелектричних установках
раніше, а також це обумовлено значними омічними втратами через відносно
великий струм при низькій напрузі.
Літій-залізо-фосфатні акумулятори (LFP) це лише один з різновидів
сімейства літій-іонних накопичувачів. Актуальні показники густини енергії
для акумуляторів представлені графіком на рис. 2.10.
58

Рис. 2.10. Густина енергії різних типів акумуляторів

В даний час зберігання енергії одне із найбільш слабких місць в
автономних фотоелектричних системах електропостачання. Характеристики
більшості існуючих акумуляторів (табл. 2.3) обмежують їх термін служби 6-7
роками в циклічному режимі. Збільшення термінів експлуатації елементів
можна очікувати внаслідок появи і можливого застосування доступних
іоністорів, що вагомо вплине на вартість експлуатації і окупність подібних
пристроїв.
Таблиця 2.3
Характеристики електрохімічних накопичувачів енергії (2024 р.)
№ Характеристики NiMH Lead Acid Li-ion Li-ion
п / п кислотні polymer
1 2 3 4 5 6
1 Енергетична густина 60-120 30-50 110-160 100-130
W∙год / кг)
2 Внутрішній опір 200-300 <100 150-250 200-300
(включаючи внутрішні при 6В при 12В при 7.2В при
схеми), мОм 7.2В
3 Число циклів повного 300-500 200-300 500- 300-500
зарядження / розрядження 1000
59

Продовж. табл. 2.3
1 2 3 4 5 6
4 Час швидкого зарядження 2-4 год. 8-16 год. 2-4 год. 2-4 год.
5 Стійкість до низька висока дуже низька
перезарядження низька
6 Саморозрядження за 30% 5% 10% ~10%
місяць (при кімнатній
температурі)
7 Напруга елемента ном. 1.25В 2В 3.6В 3.6В
8 Струм навантаження 5C 5C >2C >2C
- піковий 0.5C і 0.2C 1C і 1C и
- оптимальний нижче нижче нижче
9 Температура при -20 до -20 до -20 до 0 до
експлуатації
(тільки розрядження) 60°C 60°C 60°C 60°C
10 Типова вартість $60 $25 $100 $100
(для порівняння US $) (7.2В) (6В) (7.2В) (7.2В)
11 Вартість на цикл (US $) $0.12 $0.10 $0.14 $0.29
12 Початок комерційного 1990 1970 1991 1999
використання

4. Джерело світла. У всіх ФЕУ застосовуються світильники на
твердотільних світлодіодних джерелах освітлення. Вони оптимальні з точки
зору ефективності, довговічності, часу включення і регулювання світлового
потоку. Також вони мають низьковольтне живлення, що дозволяє уникнути
використання інвертора в своїй конструкції [34, 50, 55, 71].
Сучасні світлодіодні джерела володіють світловіддачею понад 100
лм/Вт і високим коефіцієнтом кольоропередачі. При оптимальній
схемотехніці джерел живлення, застосування якісних компонентів і
забезпеченні належного теплового режиму термін служби світлодіодних
систем освітлення при збереженні прийнятних для загального освітлення
показників може досягти 36-72 тисяч годин.
5 Опори виконують роль кріплення джерела електропостачання або
вуличного освітлення в повітрі на висоті, необхідній для його нормального
функціонування за умови мінімального затінення. При використанні
60

планарних плоских сонячних панелей великої площі необхідно враховувати
зростаюче несуче і вітрове навантаження. У випадках високоінтегрованих
фотоелектричних систем поверхня опори освітлення може покриватися
фотоелементами, а зсередини наповнюватися необхідною електронікою і
накопичувачами енергії, що в перспективі призведе до появи поняття
автономних опор електроживлення та освітлення.

2.6 Висновки до розділу 2

1. Проаналізовано основні теоретичні аспекти роботи всенаправлених
кубічних конструкцій ФЕУ. Було отримано залежності і закономірності, що
підтверджують можливість успішного функціонування розглянутих
установок в кліматичних і географічних умовах Черкаської області.
2. Досліджено основні теоретичні аспекти роботи автономних ФЕУ з
вертикальним розташуванням сонячних панелей, які орієнтовані по напрямку
не тільки на південну сторону, а й інші сторони світу.
3. У програмному продукті Pvsyst змодельовано класичну
фотоелектричну панель, що складається з 4 фотоелектричних панелей,
направлених на всі сторони світу з урахуванням сезонної зміни коефіцієнта
альбедо поверхні Землі. Результати імітації отримані для роботи за погодних
умов Черкаської області.
4. Проведено аналіз будови та основних елементів, які
використовуються у фотоелектричних установках. Виявлено проблемні місця
і вузли, пошук і вивчення яких необхідно продовжувати далі, а саме – це
контролер зарядження і пристрій термостаткування для акумулятора.

61

РОЗДІЛ 3
РОЗРОБКА СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ ДЛЯ ЖИВЛЕННЯ
СЛАБКОСТРУМОВИХ СИСТЕМ ОСВІТЛЕННЯ

У третьому розділі необхідно вирішити задачу проектування та
розробки сонячної електростанції для живлення слабкострумових систем
освітлення.
При постановці завдання у роботі прийнято рішення в якості
компонентної бази використовувати переважно вітчизняні елементи з метою
локалізації та здешевлення вартості можливого виробництва. Виробнича база
елементів для фотоелектричних установок в громадському секторі України
слабко розвинена, але є виробники, які займаються виробництвом у даному
напрямку [57-60].

3.1 Вихідні дані для розробки

В ідеальних умовах необхідно починати розробку з визначення
необхідних критеріїв і чіткого технічного завдання. В даному випадку за
прототип взято ФЕУ Towersun («Сонячна вежа») австрійської компанії EPS-
soltec [76], нижче наведені її основні характеристики:
В даний час повсякденно впроваджуються ФЕУ на території України
для живлення споживачів у побуті та виробництві, але виявлені недоліки,
пов'язані в основному з недостатньою ємністю і відносно коротким терміном
служби акумуляторів, необхідність заміни якого регламентовано строком в
п'ять років.

62

Таблиця 4.1
Технічні характеристики установки Towersun-128
№ Характеристика Значення
1 Сонячні модулі 8 елементів, монокристалічні кремнієві
2 Вихідна потужність 128 Вт ( 8 модулей). Модулі заряджаються
(макс.) також при розсіяному світлі (від 8% до 15%
від норми)
3 Акумулятор 1х 36 А∙год.
4 Робоча температура -20°С до + 50°С
5 Термін експлуатації Близько 5-6 років (залежить від температури)
акумулятора
6 Гарантія 2 роки
7 Розміри установки 237 мм. х 237 мм. х 1310 мм.
8 Тип захисту IP 65
9 ККД соняч. панелей 18%
Освітлювальний блок
10 Кількість світлодіодів 16 елементів
11 Світловий потік (макс.) 1360 лм
12 кольорова температура 6500К, холодний білий
13 Термін експлуатації > 50000 годин
світлодіодного елемента
15 Сучасні світлодіоди Світло не приваблює комах

3.2 Вибір основних елементів сонячної електростанції для
живлення слабкострумових систем освітлення

Незалежно від виробника, вуличні ФЕ установки, що використовують
енергію сонця, складаються з 3 основних елементів [6, 21, 44, 47, 76, 81, 88]:
• Сонячна панель, що складається з фотоелементів;
• Контролер зарядження акумулятора;
• Накопичувач електричної енергії, акумулятор.
Всі вони увійдуть до складу нашої фотоелектричної системи.
63

3.2.1 Сонячна панель

Ефективним кроком могло б стати використання фотоелектричних
панелей на основі поліаморфних кремнієвих тонкоплівкових технологій
фірми «Енхол» [57], які забезпечують високу робочу напругу одного модуля
(90-100В) при відсутності додаткових з'єднань, як у класичних моно- та полі-
кристалічних сонячних панелях, який впливає на загальну надійність всієї
установки в цілому.

Таблиця 3.1
Характеристики сонячної панелі Енхол
Електричні характеристики при стандартних тестових умовах *
Номінальна пікова потужність (±3%) [Wp] 120 125
Напруга при номінальній потужності [V] 99 100
Сила струму при номінальній потужності [А] 1,22 1,25
Напруга відкритого контуру [V] 130 131
Струм короткого замикання [А] 1,44 1,45

Застосування панелей із високою робочою напругою можливо тільки в
разі застосування контролера зарядження акумулятора із функцією стеження
за точкою максимальної потужності (MPPT), і дозволяє більш ефективно
працювати в умовах низької освітленості (хмарності або похмурій погоді). В
цьому випадку напруга як і раніше залишається досить високою для її
ефективного (з високим ККД) перетворення в DC-DC-конверторі MPPT-
контролера для зарядження акумулятора. Також варто відмітити невисоку
вартість таких панелей разом із високими механічними харатеристиками і
легкістю застосування тонкоплівкових панелей. З недоліків слід зазначити
відносно низький ККД перетворення, який наближено дорівнює 10%.
64

В нашому конкретному прикладі застосування таких панелей на даний
момент неможливо через те, що виробник обмежує асортимент продукції
одним типорозміром (1000х1300мм.). У онлайн-спілкування з представником
фірми «Енхол», з'ясовано, що виробництво інших типорозмірів на існуючому
обладнанні технологічно можливо, але на даний момент недоцільно з
економічних міркувань. Потенціал їх застосування відкладемо на майбутнє.
У результаті залишається прийняти для використання другий варіант, у
вигляді класичних монокристалічних панелей KV 15 провідної компанії з
виробництва панелей ТОВ «Квазар» [60].
Таблиця 3.2
Характеристики сонячної панелі KV 15
Модель Потужність, Uнх, В Uм, В Ім, А Габарити, Вага, Вартість,
Вт мм кг грн
KV 15 18 23 19,6 0,9 430x232x43 1,45 2406,4
де:
Uнx – напруга неробочого ходу;
Uм – напруга максимальної потужності;
Ім – струм при напрузі максимальної потужності.

Для забезпечення необхідної потужності і габаритів вибираємо 3
послідовно з'єднані панелі KV 15 на одну сторону «вежі», у сумі це складе 12
панелей на одну установку. Загальна потужність панелей буде досягати 216
Вт. Робоча напруга уздовж одного ланцюжка 54 В.
У нашому випадку обраний нетиповий спосіб розташування сонячних
модулів – вертикально з їх напрямком на чотири сторони світу, як в проекті
«сонячної вежі» (Towersun) [76], який прийнятий за основу, як прототип. Як
не дивно інженери «вежі» Towersun не є винахідниками цього способу
компонування сонячних панелей. Такий метод досить давно
використовувався в космічній сфері при створенні штучних супутників Землі
малого і надмалого форматів CubeSat (рис. 3.1, перший опис стандарту
65

системи накопичення енергії якого датований 1999 роком [42, 73]. Схема
з'єднання сонячних панелей в загальний ланцюг живлення добре описано і
було запозичена з даного джерела [73].

Рис. 3.1. Штучний супутник стандарту CubeSat

Підключення панелей у ФЕУ «вежа», здійснюємо послідовно-
паралельним ланцюгом згідно зі схемою, яка представлена на рисунку 3.2.
У схемі застосовуються блокуючі і шунтуючі діоди. Кожний ланцюг –
це 3 послідовно з'єднані панелі, які спрямовані на одну сторону світу. Чотири
сторони вежі – чотири ланцюги, які з'єднані паралельно через блокуючий
діод, який призначений для зменшення впливу один на одного по-різному
освітлених ланцюгів. Шунтуючі діоди застосовуються для виключення
локальної повної затемненості фотоелементів однієї панелі і, як правило уже
встановлені в панелях фабричного виробництва.
В якості блокуючих і шунтуючих діодів доцільно застосування діоди
Шоттки [14], що мають мінімальне падіння напруги при прямому включенні
(0,2-0,4 В відповідно до 0,6-0,7В кремнієвих), що дозволить отримати більшу
кількість енергії.
66

Рис. 3.2. Схема з’єднання сонячних панелей

3.2.2 Контролер зарядження акумуляторів

У складі фотоелектричної установки контролер зарядження, забезпечує
необхідний графік зарядження в залежності від типу підключеного
акумулятора.
З робочої характеристик фотоелектричної панелі (табл. 3.2) видно, що
для досягнення найбільшої ефективності необхідно зробити правильний
вибір опору навантаження. Для цього фотоелектричні панелі не підключають
безпосередньо до навантаження, а використовують контролер управління
фотоелектричними системами, що забезпечує оптимальний режим роботи
панелей. Стандартно в контролерах застосовується широтно-імпульсна
модуляція (ШІМ) для забезпечення повноти зарядження акумулятора.
67

Сучасні моделі контролерів використовують метод стеження за точкою
максимальної потужності MPPT (Maximum Power Point Tracking) сонячної
батареї. MPPT контролер постійно відстежує струм і напругу на сонячній
батареї і здатний змінювати їх співвідношення, рухаючись по вольтамперній
характеристиці в ту чи іншу сторону, помножує їх значення і визначає пару
струм-напруга, при яких потужність СБ буде максимальною. Вбудований
процесор також стежить, на якій стадії зарядження знаходиться акумулятор
(наповнення, насичення, вирівнювання, підтримка) і на підставі цього
визначає, який струм повинен подаватися в акумулятори. Одночасно
процесор може давати команди на індикацію параметрів на табло (при
наявності), зберігання даних, і т. п.
Положення точки максимальної потужності (ТМП) залежить від
декількох параметрів – від освітленості модуля, температури, різнорідності
використовуваних модулів і т. п. Контролер періодично намагається трохи
«відійти» від знайденої на попередній стадії точки в обидві сторони, і якщо
потужності при цьому збільшується, то він переходить на роботу в цій точці.
Теоретично, при пошуку ТМП втрачається трохи енергії, але ця втрата дуже
незначна порівняно з тією додатковою енергією, яку забезпечує MPPT
контролер, особливо у хмарні дні. На рисунку 2.9. розділу 2 зображено
зміщення точки максимальної потужності в залежності від зовнішніх умов
[14].
Для реалізації поставлених задач обраний сонячний контролер Tracer
2210CN МРРТ (рис. 3.3) фірми GreenChip (Україна) [58]. Контролер
розрахований для роботи в фотоелектричних системах малої потужності при
струмі зарядження до 20 А і напруги акумуляторів 12 або 24В (з боку
сонячних панелей напруга може бути до 100 В). Даний виріб являє собою
контролер зарядження акумуляторних батарей, виконаний по технології
MPPT (Maximum Power Point Tracking).
68

ККД до 98% дозволяє не тільки збирати всю сонячну енергію майже
без втрат, але і дає можливість обійтися без вентиляторів охолодження, що в
рази збільшує надійність приладу.
Технології, що використовуються в контролері, дозволяють по
максимуму використовувати можливості сонячної електростанції, а широкий
діапазон вхідних напруг дозволяє використовувати будь-які сонячні панелі і
збірки з них. Так само можна використовувати будь-які типи акумуляторів.
Зарядження включає в себе три стадії з буферним режимом.

Рис. 3.3. Контролер зарядження Tracer 2210CN МРРТ (GreenChip)

69

Ключові переваги:
• Висока швидкодія, а отже ефективність вище від 10% (у порівнянні з
іншими МРРТ контролерами) до 40% порівняно з ШІМ-контролерами
(PWM).
• ККД 98% і відсутність вентиляторів охолодження.
• Допустима напруга на вході контролера до 100 В.
• Температурна компенсація і корекція режимів зарядження для
продовження терміну служби акумулятора.
• Вихід для підключення навантаження або силового реле (електронне
реле управління зовнішніми пристроями).
• Можливість підключення літій-залізо-фосфатних (LiFePO4)
акумуляторних батарей з BMS.
• Трьохстадійне зарядження з буферним режимом.
• Автоматичне підключення/відключення навантаження при
зарядженні/розрядженні АБ.
• Тропічне виконання: плата контролера захищена вологонепроникним
покриттям (лаком), що мінімізує шкідливий вплив підвищеної вологості і
комах.
• Можливість оновлення вбудованого програмного забезпечення.
Захисні механізми контролера:
• Захист від неправильної полярності підключення СП.
• Захист від короткого замикання на вході СП.
• Захист від короткого замикання в навантаженні.
• Захист від перегрівання.
• Відключення СП після досягнення кінцевої напруги зарядження АКБ.
• Відключення навантаження при неприпустимо низькій напрузі на
АКБ.
• Захист від обриву в ланцюзі АКБ.
• Запобігання розрядження АКБ через СП в нічний час.
• Електронний запобіжник.
70

Вагомої конкуренції на ринку України з виробництва сонячних
контролерів немає, тому даний прилад було обрано як єдиний із варіантів.
Його основні характеристики представлені у таблиці 3.3.

Таблиця 3.3
Характеристики контролера Tracer 2210CN МРРТ виробництва
GreenChip (Україна)
Напруга акумуляторної батареї 12/18/24 В (авто)
Максимальний струм зарядження до 20A
Максимальна потужність, що 12В: 240Вт / 18В: 360Вт / 24В: 480Вт
отримується з PV масиву (потужність
сонячних панелей може бути і вищою)
Максимальна напруга 100В
розімкнутого PV масиву
Мінімальна напруга PV масиву 0 В
Енергоспоживання в режимі Не більше 0,2 Вт
очікування
Максимальний ККД 98% (АКБ 24 В, СП (PV) 90 В. Струм
зарядження 20А)
Тип використовуваних акумуляторів GEL, AGM, Закриті, відкриті
кислотні, літій-залізо-фосфатні
Температурний сенсор Зовнішній
Температурна компенсація (авто) -3mV / 1°С на 2В на 1 комірку батареї
Захист Захист від перегрівання і зниження
потужності при високій температурі.
PV короткого замикання і PV захист
від зворотної полярності.
Робоча температура -40°C до 60°C зі зменшенням струму
на виході при ↑t°C всередині корпусу
65°C
Охолодження Природне / Примусове (при
необхідності можна встановити
вентилятор на радіатор)
Вологість (без конденсату) 95%
Макс. переріз проводу 6 мм2
Матеріал корпусу, колір Алюміній / пластик
71

Продовж. табл. 3.3
Клас захисту IP 40
Установка Вертикальне настінне кріплення
Вага, кг 1,2 кг
Розміри, мм 122х155х87 мм

3.2.3 Акумулятор

В даний час зберігання ЕЕ одне із слабких місць в автономних
фотоелектричних системах електропостачання. Характеристики більшості
існуючих акумуляторів обмежують їх термін служби 6-7 роками в
циклічному режимі. Збільшення термінів експлуатації елементів можна
очікувати внаслідок появи і можливого застосування доступних іоністорів,
що вагомо вплине на вартість експлуатації та окупність подібних пристроїв,
але в даний час їх вартість висока, а характеристики недосконалі.
Для збільшення загального терміну служби всього пристрою в цілому,
прийнято рішення використовувати літій-залізофосфатні акумулятори
вітчизняного виробництва (LiFePo4), в тому числі, як єдиний, що серійно
випускається в Україні.
Обрана модель LT-LYP200 (рис. 3.4) компанії «Atmosfera» [59], з
мінімальною ємністю зарядження із усіх доступних акумуляторів,
характеристики якої представлені в таблиці 3.4. Чотири таких акумулятора
будуть послідовно об'єднані в ланцюг із загальною напругою в 12,8 В. Це
мінімальний рівень напруги, необхідний для нормального узгодження з
обраним вище контролером зарядження акумуляторів.
72

Рис. 3.4. Літій-залізо-фосфатний акумулятор LT-LYP 200

Виробник рекомендує використовувати систему контролю і управління
процесом зарядження/розрядження акумуляторів (Battery Management
System, BMS). Ця система забезпечує відстеження і зберігання багатьох
параметрів процесу зарядження/ розрядження, а також зрівнювання
потенціалів у кожній окремій комірці, які послідовно з'єднані в акумуляторну
батарею. Дана вимога обумовлена особливостями двоетапного процесу
зарядження літій-іонних акумуляторів і спрямована на збільшення їх
максимального терміну служби.
Зарядження літій-іонних акумуляторів здійснюється в дві стадії
методом CC/CV (постійного струму і постійної напруги). На початку,
зарядження відбувається постійним струмом до моменту досягнення
коміркою акумулятора значення порогової напруги, а потім зарядження
здійснюється з підтримкою цієї постійної напруги і поступовим зниженням
струму зарядження. На етапі зарядження постійним струмом акумулятор
заряджається до 70% від номінальної ємності, решту 30% він отримує на
другому етапі. Тривалість часу, який витрачається на перший і другий етапи
73

приблизно однакові. Заряд акумулятора вважається закінченим при зниженні
струму зарядження до 5-10мА.
При планованій глибині розряду, яка не перевищую 30% ємності
акумулятора можна досягти максимального його ресурсу до 7000 циклів
зарядження/розрядження, що означає збільшення терміну служби до 20 років
щоденної цілорічної роботи.
Варто звернути увагу на те, що крім безперечних переваг, літій-іонні
акумулятори володіють одним істотним недоліком, пов’язаним із
зарядженням акумулятора при його низькій температурі, внаслідок чого він
швидко виходить з ладу. У той же час розрядження акумулятора при низькій
температурі не викликає ніяких проблем. Необхідно передбачити
теплоізоляцію і підігрівання літій-іонного акумулятора для його нормального
зарядження у зимовий період.

Таблиця 3.4
Основні характеристики LT-LYP200
Тип Габарити Маса Ціна
(з ПДВ)
В Ah Довжина, Ширина, Висота, кг грн.
мм мм мм
LT- 3,2 200 163 117 337 9,95 5 600
LYP200
Основні характеристики акумуляторів LT-LYP при 25 °С
Номінальна ємність, А * г 200/240/380/770, 300
Номінальна напруга, В 3,2
Питома енергія за масою, Вт.г / кг 105
Рекомендовані режими експлуатації
Безперервний розряд, C 0,5
Струм зарядження, C 0,5
Номінальна
напруга

Номінальна
ємність

74

Продовж. табл. 3.4
Заряд при температурі, ° С от 0 до +30
Розряд при температурі, ° С от -30 до +50
Граничні робочі режими
Безперервний розряд, C 3
Струм зарядження, C 3
Максимальна напруга зарядження, В 3,9
Мінімальна напруга на акумуляторі, В 2,5
Заряд при температурі, ° С от -10 до +30
Розряд при температурі, ° С от -40 до +50
Зберігання при температурі, ° С от 0 до +30
Ресурс, заряд / розряд при глибині 3000
розрядження до 80%, циклів
Саморозряд повністю зарядженого <3
акумулятора при зберіганні (+ 25°С),
% в місяць

3.2.4 Термостатування акумулятора

Враховуючи зазначену вище особливість акумуляторів LiFePO4
необхідно передбачити підігрівання акумулятора під час його зарядження
при від’ємній температурі навколишнього середовища. Це можна здійснити
за допомогою звичайного нагрівального елемента, встановленого усередині
системи, який підключається безпосередньо до виходу живлення сонячних
панелей, в момент початку сонячної генерації при від’ємній температурі
акумуляторів (акумулятори заряджати неможна). Після досягнення нульової
температури вся енергія знову направляється по стандартному шляху для
накопичення її в підігрітих акумуляторах. На цій стадії температура
акумуляторів підтримується плюсовою завдяки електрохімічним процесам,
які відбуваються усередині накопичувачів.
З іншого боку таке рішення може виявитися надмірним, оскільки
пошкодження акумулятора LiFePO4 під час його зарядження при низькій
75

температурі досліджено при струмах зарядження від 0,5 С і вище (С=200 А).
В нашому випадку, зарядження у холодну пору року буде відбуватися
струмом багато менше 0,1 С. Існує гіпотеза, що ця ситуація не призведе до
пошкоджень внутрішньої структури акумулятора, але гіпотеза вимагає
перевірки, в тому числі дослідним шляхом.
Малі штучні супутники, що нормально функціонують на
навколоземній орбіті Землі в умовах циклічної різкої зміни температури при
проходженні тіньового і сонячного відрізка орбіти, застосовують у своєму
складі подібні літій-іонні акумулятори [42, 73]. Системи термостатування
акумуляторів в них, як правило, не застосовуються.
Питання виходить за рамки даного дослідження і вимагає подальшої
роботи, опрацювання і практичних експериментів.

3.2.5 Компонування системи

Зібравши всі блоки і модулі, отримаємо конкурентний пристрій, що за
багатьма показниками перевершує фотоелектричну установку Towersun, яка
була взята за прототип. Всі елементи розміщаються в одному корпусі
об’ємом із габаритами 840х240х240 мм. Модулі пошарово і компактно можна
розмістити усередині корпусу, який створений сонячними панелями,
розміщеними по периметру «вежі», заповнюючи практично весь корисний
об'єм усередині.
Основні характеристики розробленої системи автономного
електропостачання малопотужних споживачів і зовнішнього освітлення з
використанням сонячної енергії зведемо у порівняльну таблицю 3.5.

76

Таблиця 3.5
Основні характеристики
Характеристика Towersun Розроблена система
Потужність 144 Вт. 144 Вт.
встановлених
фотоелементів
Ємність, тип 12В 27А*г. (SLA AGM) 12,8В 200 А*г.(LiFePo4)
накопичувача
Термін служби 10-12 років До 20 років
Акумулятор до 5 років
Вартість більше 86 489 грн. До 41 767 грн.

3.3 Висновки до розділу 3

1. В ході дослідження було розглянуто світовий досвід і прийняті до
реалізації основні рішення в області проектування всенаправленної кубічної
конструкції фотоелектричної панелі. Розроблено основу для створення
прототипу сонячної електростанції для живлення слабкострумових систем
освітлення з подальшим його налагодженням та випробуванням.
2. Обрано схему з'єднання фотоелементів, яка здатна максимально
ефективно перетворювати сонячну енергію у випадках різних величин
освітленості, а також низької освітленості при роботі в похмуру погоду.
3. У розробленій сонячній електростанції для живлення
слабкострумових систем освітлення використані тільки вітчизняні
компоненти, вибір яких може бути доцільний для малогабаритних
фотоелектричних установок. Також виявлено проблемні місця, вивчення
яких необхідно продовжувати далі, а саме – це необхідність використання
пристроїв термостатування для літій-залізо-фосфатної акумуляторної батареї
в кліматичних умовах Черкаської області у зимовий період.
4. При розробці сонячної електростанції для живлення
слабкострумових систем освітлення, отримано вагомі теоретичні
характеристики, які значно перевищують показники еталонного пристрою
77

(прототип Towersun). Одна з головних переваг розробленої системи – це
збільшення можливого терміну служби без необхідності додаткового
обслуговування електростанції і зниження загальної вартості. Все це
зменшить термін окупності та збільшить рентабельність застосування
автономної сонячної електростанції для живлення слабкострумових систем
освітлення.

78

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що функціонування сучасної альтернативної
енергетики в промисловому масштабі значно обмежене рівнем технологій і
сформованою світовою кон'юнктурою, але використання енергії сонця, як
джерела для живлення слабкострумових систем освітлення – це перший
логічний крок на шляху до освоєння можливостей сонячної енергетики і
відмінний приклад можливості функціонування децентралізованої
автономної мікроенергетики.
2. Встановлено, що висока вартість компонентів і традиційних
енергоносіїв збільшують терміни окупності фотоелектричних систем, що в
свою чергу потребують багаторазового підвищення їх надійності та рівня
автономності, зниження експлуатаційних витрат і виключення впливу
людського фактору. На основі аналізу встановлено, що установку
фотобатарей здійснюють тільки у напрямку півдня, звідки можна
максимально отримати енергію сонця, з врахуванням коректного кута
нахилу.
Одним з шляхів вирішення цих проблем є розробка автономних
установок малої потужності, що накопичують енергію сонячного світла, з
декількома вертикально розташованими статичними фотоелектричними
елементами, які спрямованні не тільки на південь, а й на інші сторони світу.
Це рішення дозволить використовувати модулі в якості оболонки
конструкції, що дасть можливість розміщення всередині накопичувачів
енергії і схеми управління, тим самим знизити загальну матеріаломісткість і
зменшити витрати на логістику.
3. Проведено порівняльний аналіз існуючих на ринку України
сонячних електростанцій для живлення слабкострумових систем освітлення з
використанням сонячної енергії.
79

4. Проаналізовано основні теоретичні аспекти роботи всенаправлених
кубічних конструкцій ФЕУ. Було отримано залежності та закономірності, що
підтверджують можливість успішного функціонування розглянутих
установок в кліматичних і географічних умовах Черкаської області.
5. Досліджено основні теоретичні аспекти роботи автономних ФЕУ з
вертикальним розташуванням сонячних панелей, які орієнтовані по напрямку
не тільки на південну сторону, а й інші сторони світу.
6. У програмному продукті Pvsyst змодельовано класичну
фотоелектричну панель, що складається з 4 фотоелектричних панелей,
направлених на всі сторони світу з урахуванням сезонної зміни коефіцієнта
альбедо поверхні Землі. Результати імітації отримані для роботи за погодних
умов Черкаської області.
7. Проведено аналіз будови та основних елементів, які
використовуються у фотоелектричних установках. Виявлено проблемні місця
і вузли, пошук і вивчення яких необхідно продовжувати далі, а саме – це
контролер зарядження і пристрій термостаткування для акумулятора.
8. В ході дослідження було розглянуто світовий досвід і прийняті до
реалізації основні рішення в області проектування всенаправленної кубічної
конструкції фотоелектричної панелі. Розроблено основу для створення
прототипу сонячної електростанції для живлення слабкострумових систем
освітлення з подальшим її налагодженням та випробуванням.
9. Обрано схему з'єднання фотоелементів, яка здатна максимально
ефективно перетворювати сонячну енергію у випадках різних величин
освітленості, а також низької освітленості при роботі в похмуру погоду.
10. У розробленій сонячній електростанції для живлення
слабкострумових систем освітлення використані тільки вітчизняні
компоненти, вибір яких може бути доцільний для малогабаритних
фотоелектричних установок. Також виявлено проблемні місця, вивчення
яких необхідно продовжувати далі, а саме – це необхідність використання
80

пристроїв термостатування для літій-залізо-фосфатної акумуляторної батареї
в кліматичних умовах Черкаської області у зимовий період.
11. При розробці сонячної електростанції для живлення
слабкострумових систем освітлення з використанням сонячної енергії,
отримано вагомі теоретичні характеристики, які значно перевищують
показники еталонного пристрою (прототип Towersun). Одна з головних
переваг розробленої системи – це збільшення можливого терміну служби без
необхідності додаткового обслуговування фотоелектричної установки і
зниження загальної вартості. Все це зменшить термін окупності і збільшить
рентабельність застосування автономної фотоелектричної установки для
живлення слабкострумових систем освітлення в сучасних умовах.

81

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Актуальні тенденції розвитку сонячної енергетики в Україні
[Електронний ресурс] / Режим доступу: https://prel.prom.ua/n229889-aktualni-
tendentsiyi-rozvitku.html
2. Альтернативна енергія [Електронний ресурс] / Режим доступу::
http://altenergiya.uа
3. Аналіз сонячного та вітроенергетичного потенціалу України /
С.А.Величко // Ученые записки. Сер. География / Таврический нац. ун-т им.
В.И.Вернадского. – Симферополь, 2003. – Т. 16, № 1. – С.58-63.
4. Андрєєв В.М. Нанотехнології для сонячної фотоенергетики /
В.М.Андрєєв / / Альтернативна енергетика та екологія. С. 93-98.Андреев С.В.
Солнечные электростанции - М.: Наука 2002.
5. Базилевський, А.Б. Ідентифікація моделі сонячної батареї /
О.Б.Базилевський, М.В.Лук'яненко // Вісник Національного аерокосмічного
університету ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут». -
2017. №4. -С. 115-117.
6. Бєляєв, Ю.К. Надійність технічних систем: Довідник / Ю.К. Бєляєв,
В.А. Богатирьов, В.В. Болотин та ін; За ред. І.А. Ушакова. – К.: Техніка, 1975.
– 368 с.
7. Бессонов, Л.А. Теоретичні основи електротехніки. Електромагнітне
поле [Текст]: Навч. для електротехн., Енерг. та приладобудує. спец. вузів / Л.
А. Безсонов. - 8-е вид., Перераб.та доп. - 1986. - 262с: іл.
8. Використання енергії Сонця: Навч. посіб. / С.Ю.Паранчич. – Чернівці:
Рута, 2002. – 47 с.
9. Віссаріонов В.І. Сонячна енергетика: навчальний посібник для вузів/
Віссаріонов та ін. - Видавничий дім МЕІ, 2008.- 276 с.
10. Відновлювана енергетика України – стан і перспективи розвитку
// Новини енергетики. – 2003. - № 9. – С.35-37.
82

11. Відновлювані джерела енергії: Навч. посіб. / С.Ю.Паранчич. –
Чернівці: Рута, 2002. – 68 с.
12. Будіщев М. С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна
техніка. Підручник. —. Львів: Афіша, 2001. — 424 с. ISBN 966-7760-33-2.
13. Все про альтернативну енергію [Електронний ресурс] / Режим
доступа: https://nauka.ua/card/shcho-take-alternativna-energetika-yaki-isnuyut-
dzherela-dlya-neyi-chi-mozhu-ya-yih-vikoristovuvati
14. Гершунський О.В. Електроніка і мікросхемотехніка [Текст]:
підручник / Ю. П. Колонтаєвський, А. Г. Сосков. – К. : Каравела, 2009. – 416
с.
15. Глобальна енергетика Енергоефективна автономна
енергоустановка нового покоління [Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/Tezy_2024.pdf
16. Голіцин М.В. Альтернативні Енергоносії. -К.: Наукова думка,
2004 - 356 с.
17. Данилов І.А. Загальна електротехніка з основами електроніки:
Навч. посібник. - К.: Вища школа, 2005 - 465 с.
18. ДБН В.2.5-28-2006. Природне і штучне освітлення.
19. ДСТУ 4462.0.01:2005 Нетрадиційна енергетика. Сонячна
енергетика. Терміни та визначення.
20. ДСТУ 4462.0.02:2005 Нетрадиційна енергетика. Модулі сонячні
фотоелектричні. Типи і основні параметри.
21. Європейська фотоенергетика / А.Конеченко, Р.Цицикан //
Електропанорама. - 2003. - № 10. - С.45-46.
22. Енергетика XXI століття. Шляхи розвитку та перспективи /
О.Б.Гуменюк, Н.В.Семенюк // Вісн. Технол. ун-ту Поділля. Ч. 2. Техн. науки.
– 2003. - № 4. – С.152-156.
23. Енергетичний потенціал нетрадиційних джерел енергії України /
Г.М.Забарний, А.В.Шурчков; НАН України. Ін-т техн. теплофізики. – К.,
2002. – 211 с.
83

24. Енергоефективність та відновлювані джерела енергії/ С. М. Бевз
та ін.; НАН України. – К.: Укр. енциклопедії. знання, 2007. – 560 с. –
(Енергетика України на початку XXI ст. Т. 4). – Бібліогр.: 533 назв. - ISBN
978-8578-08-3.
25. Закон України. Про альтернативні джерела енергії: від 20 лютого
2003 р., № 555-IV // Офіц. вісн. України. – 2003. - № 12. – С.73-78.
26. Інформаційний портал про світовий клімат [Електронний ресурс]
/ Режим доступу: http://www.climatedata.info/ (дата відвідування: 10.02.2024).
27. Інформаційний портал про акумуляторні джерела енергії
[Електронний ресурс] / Режим доступу: http://batteryuniversity.com/
28. Інформаційний ресурс про застосування сонячної енергії та
енергозбереження [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://solarsoul.net.
29. Випробування фотоелектричних перетворювачів за умов
екстремальних температурних коливань / С.В.Шутов, Е.С.Аппазов,
А.І.Марончук // Автоматика. Автоматизація. Електротехн. Комплекси та
системи. - 2003. - № 1. - С.113-115.
30. Дослідження доцільності застосування заломлюючих
концентраторів для фотоелектричного перетворення сонячного
випромінювання / О.Северін // Еста. Енергозбереження та автоматизація. -
2002. - № 10. - С.52-55.
31. Касаткіна А.С., Нємцов М.В. Електротехніка: ACADEMІA, 2005 -
215 с.
32. Кашкаров А.П. Вітрогенератори, сонячні батареї та інші корисні
конструкції / О.П. Кашкарів. – К.: ДМК Прес, 2011. – 144 с.
33. Ковальов О.П. Відновлювані джерела енергії та
енергозабезпечення автономних споживачів // Праці ЧНУ. Вип. 134.
Теплоенергетика. - Чернівці: Вид-во ЧНУ, 2003. 16 – 20 с.
34. Компанія Solaredge [Електронний ресурс] / Режим доступу:
http://www.solaredge.com/ (дата відвідування: 20.10.2024).
84

35. Косяченко, I.A. Проблеми ефективності фотоелектричного
перетворення на тонкоплівкових сонячних елементах / Л.А.Косяченко //
Фізика та техніка напівпровідників, 2006.- том 40. вип. 6. - С. 730-746.
36. ККД сонячних перетворювачів / В.І.Орел, А.Ф.Рожко // Нові
технології. – 2003. - № 2. – С.34-37.
37. Крюченко, Ю.В. “Моделювання натурних характеристик
вертикальних тандемних сонячних елементів a-Si:I Imc-Si:H. 2. Аналіз
результатів та порівняння з експериментом” / Ю.В. Крюченко, О.В. Саченко,
О.В. Бобиль, В.П. Костильов, Є.І. Теруков, А.С. Абрамов, В.М. Вербицький,
С.А. Кудряшов, К.В. Ємцев, І.О. Соколовський, ФТП, 49, 707 (2014) С. 33-34.
38. Кудря С.О. Відновлювані джерела енергії / За заг. ред. С.О.
Кудрі. – Київ: Інститут відновлюваної енергетики НАНУ, 2020. – 392 с
39. Основи використання відновлюваних джерел енергії
[Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://cdn.hneu.edu.ua/rozvitok19/thesis02-21.html
40. Математичне моделювання процесів, що відбуваються в
теплоприймачі-акумуляторі космічної сонячної енергетичної установки / Л.І.
Книш // Вісн. Дніпропетр. ун-ту. – 2003. – Вип. 6: Ракетно- косм. техніка. –
С.51-55.
41. Методи і засоби раціонального перетворення та акумулювання
енергії Сонця та вітру в автономних енергосистемах: Автореф. дис… канд.
техн. наук / І.М.Кирпатенко; НАН України. Ін-т електродинаміки. – К., 2003.
– 20 с.
42. Моделювання впливу неоднорідності електричної системи на
оптимальність її режиму / П.Д. Лежнюк, Д.І. Оболонський, Л.Р. Пауткіна //
Вісник ВПІ. – 1996. – №4. – С. 44-49.
43. Матвійчук А. Я. Електротехніка: навчально-методичний
посібник/ Матвійчук А. Я., В. Л. Стінянський; Вінницький державний
педагогічний університет ім. М. Коцюбинського.– Вінниця, 2017. -270 с.
85

44. Напівпровідникова сонячна енергетика в Україні / А.В.Макаров,
В.П.Костильов // ЕСТА. Енергозбереження та автоматизація. – 2002. - № 10.
– С.32-33.
45. Кириленко О.В. Технічні аспекти впровадження джерел
розподільної генерації в електричних мережах / О.В. Кириленко, В.В.
Павловський, Л.М. Лук`яненко // Технічна електродинаміка. – 2011. – №1. –
46-53 с.
46. Національна лабораторія поновлюваної енергетики США
[Електронний ресурс] / Режим доступу: http://www.nrel.gov/ (дата
відвідування: 10.09.2024).
47. Про стратегію ЄС у сфері відновлюваних джерел енергії / А. А.
Лебедєв // Екологія пром. пр-ва.- 2002. - № 2. - С.52-53.
48. Вуличний ліхтар на сонячній батареї AT-0300B 100W
[Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://ledster.com.ua/ulichnie_led_solar_fonari/at_0300b_100w.html (дата
відвідування: 18.10.2024).
49. Перспективи розвитку відновлюваних джерел енергії в Україні /
Е.С.Гудз // Регіон. перспективи. – 2003. - № 4-5. – С.12-14.
50. Перетворювачі, датчики, детектори. Фотоефекти, світло. Сонячна
батарея – принцип роботи. Сучасні сонячні батареї. М.С. Сомінський
[Електронний ресурс] / Режим доступу: http://sensorse.com/page40.html (дата
відвідування: 12.10.2024).
51. Про реалізацію пілотного інноваційного проекту розроблення і
виробництва новітніх автономних інтегрованих систем електропостачання з
використанням сонячних енергетичних систем, вітроустановок та
енергонакопичувачів на базі міжнародної науково-промислової корпорації
«Веста»: пост. Кабінету Міністрів України від 27 серпня 2002 р., № 1244 //
Держ. вісн. України. – 2002. - № 18. – С.17.
52. Прянішніков В.А. Електроніка: Санкт-Петербург: "Корона
принт.", 2003 - 198 с.
86

53. Раушенбах Г. Довідник із проектування сонячних елементів: Пер.
з англ. 2013 – 226 с.
54. Рубан С.С. Нетрадиційні джерела енергії, 2003. - 134 с.
55. Сайт компанії «Енхол». [Електронний ресурс] / Режим доступу:
http://www.enhol.com.ua. (дата відвідування: 18.11.2024).
56. Сайт ТОВ «GreenChip-Україна» [Електронний ресурс] / Режим
доступу: http://greenchip.com.ua. (дата відвідування: 18.11.2024).
57. Сайт ТОВ «Атмосфера» [Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://www.atmosfera.ua. (дата відвідування: 18.11.2024).
58. Сайт ТОВ «Квазар» [Електронний ресурс] / Режим доступу:
http://www.kvazar.com (дата відвідування: 18.11.2024).
59. Світлові колони Touche [Електронний ресурс] / Режим доступу:
http://www.priess.dk/en-GB/Priess-2010/Environmental-Lighting- Columns/T
ouch%C3%A9 .aspx (дата відвідування: 11.11.2024).
60. Сибікін Ю.Д. Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії. К.:
Наука, 2012. - 240 с.
61. Система імітаційного моделювання фотоелектричних установок
PvSyst [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.pvsyst.com/en/
62. Схеми [Електронний ресурс] / Режим доступу:: http://cxem.net.
(дата відвідування: 10.10.2024).
63. Сонячні батареї космічних апаратів / В.А.Летин. 2003. - № 6. –
С.34-40.
64. Сонячна енергетика в Україні: проблеми і перспективи розвитку /
О.О.Лящук // Вісн. Укр. держ. ун-ту вод. госп-ва та природокористування:
Зб. наук. пр. – Рівне, 2002. – Вип. 5, ч. 1. – С.83-88.
65. Сонячна енергетика України: Концепція розвитку до 2030 року /
М.Рабінович, І.Толстих // Зелена енергетика. – 2003. - № 1. – С.6-7.
66. Схеми комплексного використання поновлюваних джерел енергії
/ Б.Х.Драганов, О.С.Бессараб, А.В.Міщенко, В.В.Шутюк // Проектування
87

систем теплопостачання сіл. госп-ва: Навч. посіб. – К., 2003. – Розд. 9.1. –
С.83-88.
67. Чупринюк В.А. Оптимізаційна задача енергетичних систем з
джерелами сонячної енергії / В.А. Чупринюк, О.О. Ситник / Збірник тез
доповідей студентської науково-практичної конференції ЧДТУ: 23–24 квіт.
2024 р. [Електронний ресурс] / [упоряд.: Єгорова О. В., Захарова О. В.,
Тичков В.В. та ін.]; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т.
– Черкаси: ЧДТУ, 2024.– С. 52-53.
68. Удалов С. Н. Солнечные электростанции : учебник / С. Н.
Удалов. - LAP LAMBERT Academic Publish, 2012. - 103 с.
69. Уличные светильники Sun Shines [Электронный ресурс] - Режим
доступа: http: //sun-shines.ru/product/street-light
70. Уточнення напрямків розробки фотоелектричних систем /
Л.В.Накашидзе, Г.І.Зарівняк, С.О.Митрохов // Косм. наука і технол. Дод. –
2002. – Т. 8, № 1. – С.25-27.
71. Формат малых (сверхмалых) искусственных спутников Земли
CubeSat: [Електронний ресурс] / Режим доступу: - http://www.cubesat.org/
(дата відвідування: 10.10.2024).
72. Фотоелектричний ринок: Вплив фінансових стимулів на розвиток
фотоенергетики / Г.Шмідт // Зелена енергетика. – 2003. - № 1. – С.8-11; № 2.
– С.12-14.
73. Фотоенергетика / А. Є. Конеченко // Електропанорама. - 2002. -
№ 3. - С.49-50.
74. Фотоелектричні установки EPS-Soltec [Електронний ресурс] /
Режим доступу: http://www.eps-soltec.com/en/produkte/strasen-wege-und-
platzbeleuchtung/. (дата відвідування: 10.09.2024).
75. Харченко Н.В. Індивідуальні сонячні установки.- К.: Наукова
думка, 1991. - 208 с.
88

76. Черкаси – Вікіпедія [Електронийй ресурс] - Режим доступа:
https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B5%D1%80%D0%BA%D0%B0%
D1%81%D0%B8 (дата відвідування: 15.11.2024).
77. Шальнєв В.Г. Проектування та експлуатація установок
нетрадиційної та відновлюваної енергетики: навч.-метод. посібник / В. Г.
Шальн, Н. В. Зубова, С. Н. Удалов. – : Вид-во НДТУ, 2010. – 76 с.
78. Шишкін Н.Д. Малі енергоекономічні комплекси із
відновлюваними джерелами енергії. - Х.: Готика, 2000 - 124 с.
79. Елементи сонячних батарей та додаткові компоненти
[Електронний ресурс] / Режим доступу: https://www.beny.com/uk/solar-system-
components/
80. Antonio, L. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering.
/Antonio Luque. N. Y.: John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate,
Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England. 2013. p. 205 - 700.
81. Bernardi, M. Solar Energy Generation in Three Dimensions:
[Электронный ресурс] Marco Bernardi, Nicola Ferralis, Jin H. Wan, Rachelle
Villalon, Jeffrey C. Grossman; [Електронний ресурс] / Режим доступу:
http://arxiv.org/abs/1112.3266 (дата відвідування: 10.02.2024).
82. Kolodziej A.Staebler-Wronski effect in amorphous silicon and its
alloys // Opto-Electron. Rev., 12, no. 1, 2014 – 129 р.
83. Miller D. Selling Solar. The Diffusion of Renewable Energy in
Emerging Markets. – London: Sterling, VA, 2009. – 306 p.
84. Saito, K. Outdoor performance of triple stacked a-Si photovoltaic
module in various geographical locations and climates / K. Saito, M. Sano, K.
Matzuda, et al. // Techn. Digest, 11th Int. Photovoltaic Science and Engineering
Conf, Tanaka Printing, Kyoto, 2009. P. 229.
85. Torchynska T.V. III-V material solar cells for space application / T.V.
Torchynska, G.P.Polupan // Semiconductor Physics, Quantum Electronics &
Optoelectronics.- 2002.- V. 5 No. 1. 63-70 p.
89

86. Werner, J.H. Perspectives of Crystalline Silicon Thin Film Solar Cells
// Technical Digest of 13th Sunshine Workshop on Thin Film Solar Cells, NEDO,
Tokyo, 2010. P. 41.
87. Wurfel, P. Physics of solar cells / P.Wurfel. - Wiley-VCH, 2005.-186
p.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets