Модернізація автономної енергетичної установки на фотоелектричних перетворювачах шляхом введення екстремального регулювання потужності сонячних батарей

Денисов, Вадим Анатолійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8207

Title:	Модернізація автономної енергетичної установки на фотоелектричних перетворювачах шляхом введення екстремального регулювання потужності сонячних батарей
Authors:	Плахотний, Олександр Петрович Денисов, Вадим Анатолійович
Keywords:	фотоелектричні системи;регулювання потужності
Issue Date:	30-Jan-2023
Abstract:	В першому розділі наведено огляд структурних схем автономних фотоелектричних енергетичних установок та їх елементів. Розглянуті характеристики, режими експлуатації сонячних і акумуляторних батарей, а також енергоперетворююче обладнання установок з фотоелектричними перетворювачами сонячної енергії. Визначені основні принципи проектування автономних фотоелектричних енергетичних установок та способи підвищення їх енергетичної ефективності. В другому розділі проведений огляд методів визначення параметрів і характеристик автономних фотоелектричних енергетичних установок, виявлені їх основні особливості та недоліки. Запропонована методика проектування АФЕУ, заснована на розрахунках енергобалансу та статистичних значеннях графіка інсоляції, що дозволяє в процесі проектування оптимізувати структуру і технічні параметри енергетичної установки. Проведений порівняльний аналіз енергетичної ефективності та параметрів автономних фотоелектричних енергетичних установок різних структур. В третьому розділі розглянуто перетворювачі потужності сонячних батарей, застосовані в контролерах заряду акумуляторних батарей з екстремальним регулюванням потужності СБ. Розглянуті способи регулювання максимуму потужності сонячних батарей та виявлений найбільш раціональний з них. У четвертому розділі приводяться результати розробки автономної фотоелектричної енергетичної установки АФЕУ-0,5 з екстремальним кроковим 4 регулюванням потужності сонячних батарей, а також розробки контролера заряду з екстремальним кроковим регулюванням потужності сонячних батарей. Представлені результати експериментальних досліджень енергетичної ефективності АФЕУ-0,5 та їх порівняння з результатами моделювання. В п’ятому розділі досліджені вимоги до техніки безпеки при роботі з сонячними батареями.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8207
Appears in Collections:	144 Теплоенергетика (Теплоенергетика)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Денисов.pdf Restricted Access		7.65 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

3
Анотація

На магістерську кваліфікаційну роботу на тему: «Модернізація автономної
енергетичної установки на фотоелектричних перетворювачах шляхом введення
екстремального регулювання потужності сонячних батарей».
Виконавець: ст. гр. мТЕ-78 Денисов Вадим Анатолійович
Керівник: д.т.н., доцент Плахотний О.П.
Захищено: "____"____________2022 р.
121 с.; 48 рис.; 16 табл.; 47 використаних джерел.
В першому розділі наведено огляд структурних схем автономних
фотоелектричних енергетичних установок та їх елементів. Розглянуті
характеристики, режими експлуатації сонячних і акумуляторних батарей, а також
енергоперетворююче обладнання установок з фотоелектричними
перетворювачами сонячної енергії.
Визначені основні принципи проектування автономних фотоелектричних
енергетичних установок та способи підвищення їх енергетичної ефективності.
В другому розділі проведений огляд методів визначення параметрів і
характеристик автономних фотоелектричних енергетичних установок, виявлені їх
основні особливості та недоліки.
Запропонована методика проектування АФЕУ, заснована на розрахунках
енергобалансу та статистичних значеннях графіка інсоляції, що дозволяє в процесі
проектування оптимізувати структуру і технічні параметри енергетичної
установки.
Проведений порівняльний аналіз енергетичної ефективності та параметрів
автономних фотоелектричних енергетичних установок різних структур.
В третьому розділі розглянуто перетворювачі потужності сонячних батарей,
застосовані в контролерах заряду акумуляторних батарей з екстремальним
регулюванням потужності СБ. Розглянуті способи регулювання максимуму
потужності сонячних батарей та виявлений найбільш раціональний з них.
У четвертому розділі приводяться результати розробки автономної
фотоелектричної енергетичної установки АФЕУ-0,5 з екстремальним кроковим
4
регулюванням потужності сонячних батарей, а також розробки контролера заряду
з екстремальним кроковим регулюванням потужності сонячних батарей.
Представлені результати експериментальних досліджень енергетичної
ефективності АФЕУ-0,5 та їх порівняння з результатами моделювання.
В п’ятому розділі досліджені вимоги до техніки безпеки при роботі з
сонячними батареями.

5
Зміст

Вступ ................................................................................................................................. 7
РОЗДІЛ 1. Підвищення енергетичної ефективності автономних фотоелектричних
установок .......................................................................................................................... 9
РОЗДІЛ 1. ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ АВТОНОМНИХ
ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ УСТАНОВОК ........................................................................ 9
1.1. Структурні схеми автономних фотоелектричних енергетичних установок .. 10
1.2. Характеристика та режими експлуатації сонячних та акумуляторних батарей
...................................................................................................................................... 12
1.3. Енергоперетворююче обладнання установок з фотоелектричними
перетворювачами сонячної енергії ........................................................................... 23
1.4. Способи підвищення енергетичної ефективності установок з
фотоелектричними перетворювачами сонячної енергії ......................................... 26
Висновки до першого розділу ................................................................................... 29
РОЗДІЛ 2. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТА ХАРАКТЕРИСТИК
АВТОНОМНИХ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК ........ 30
2.1. Методи визначення параметрів та характеристик автономних
фотоелектричних енергетичних установок.............................................................. 31
2.2. Методика проектування автономних енергетичних установок, основана на
розрахунках енергобалансу та статистичних значеннях графіка інсоляції .......... 35
2.3. Порівняльний аналіз енергетичної ефективності та параметрів автономних
фотоелектричних енергетичних установок.............................................................. 42
Висновки до другого розділу .................................................................................... 46
РОЗДІЛ 3. CИСТЕМИ ЕКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ
СОНЯЧНОЇ БАТАРЕЇ ................................................................................................... 47
3.1. Перетворювачі потужності сонячних батарей .................................................. 48

МКР 22.144.47 ПЗ
Зм н. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Денисов Зміст Літ. Арк. Акрушів
Пе ревір. Плахотний магістерської
кваліфікаційної роботи
Н. Контр. ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калейніков
6
3.2. Способи регулювання максимуму потужності сонячних батарей ................. 56
3.3. Моделювання систем екстремального крокового регулювання потужності
сонячної батареї .......................................................................................................... 60
Висновки до третього розділу ................................................................................... 73
РОЗДІЛ 4. РОЗРОБКА ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З ЕКСТРЕМАЛЬНИМ
КРОКОВИМ РЕГУЛЮВАННЯМ ПОТУЖНОСТІ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ ........ 74
4.1. Автономна фотоелектрична енергетична установка з екстремальним
кроковим регулюванням потужності сонячних батарей ........................................ 75
4.2. Розробка контролера заряду з екстремальним кроковим регулюванням
потужності сонячних батарей ................................................................................... 77
4.3 Експериментальні дослідження енергетичної ефективності АФЕУ-0,5 ......... 84
Висновки до четвертого розділу ............................................................................. 100
РОЗДІЛ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ
....................................................................................................................................... 101
5.1. Техніка безпеки при установці та роботі з сонячними батареями ............ 102
5.2. Екологічні характеристики сонячної енергетики ........................................ 103
5.3. Розрахунок опору комбінованого заземлювача .......................................... 105
5.4. Безпека при роботі з акумулятором .............................................................. 109
5.4.1. Рекомендації при експлуатації акумулятора ............................................ 111
5.4.2. Утилізація та знешкодження акумуляторів.............................................. 111
5.5. Забезпечення пожежної безпеки електрообладнання та місце знаходження
установки .................................................................................................................. 112
5.6. Утилізація та знешкодження фотоелементів ............................................... 115
Висновок до п’ятого розділу ................................................................................... 116
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ............................................................................................ 117
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................... 118

7
Вступ

Коефіцієнт перетворення сонячної енергії сучасних автономних
фотоелектричних енергетичних установок не перевищує 5-10 %. У ясну, сонячну
погоду на кожний квадратний метр площі, перпендикулярної до сонячного
вектора, падає до 1 кВт сонячної енергії, але з виходу автономних
фотоелектричних енергетичних установок до споживача надходить значно менша
кількість енергії. Факторами, що зменшують кількість перетвореної енергії, є
невисокий ККД кремнієвих сонячних батарей (СБ) (монокристалічні 17-23%,
полікристалічні 12-15%, аморфні 6-8%) та недовикористання генеруючих
можливостей сонячної батареї.
Недовикористання енергії сонячних батарей до 30 % пояснюється відсутністю
в більшості автономних фотоелектричних енергетичних установок (АФЕУ) систем
регулювання максимуму потужності СБ, хоча їх використання доцільне при
проектуванні та створенні АФЕУ, як з рухомими (система автоматичного
наведення СБ на сонце), так і нерухомими сонячними батареями.
Відомий ряд способів екстремального регулювання потужності (ЕРП)
сонячних батарей, але на даний момент не досліджено перевагу будь-якого з них у
відношенні систем на основі фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії.
Також не визначено оптимальне співвідношення параметрів системи ЕРП СБ.
Для визначення структури та параметрів фотоелектричних енергетичних
установок існує ряд методик, представлених в основному на сайтах виробників.
Ефективність та адекватність результатів таких методик нічим не підтверджена та
найчастіше спрямована на збільшення розмірів і вартості АФЕУ з метою
штучного завищення ціни та отримання вигоди.
В даній роботі поставлено та вирішено завдання підвищення енергетичної
ефективності автономних енергетичних установок на основі фотоелектричних
перетворювачів сонячної енергії за рахунок реалізації екстремального крокового
регулювання потужності сонячних батарей та розрахунків параметрів АФЕУ з
урахуванням енергобалансу та статистичних значень графіка інсоляції конкретної
місцевості.
8
Об'єкт дослідження - автономні енергетичні установки на основі
фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії з екстремальним регулюванням
потужності сонячних батарей.
Предмет дослідження - спосіб екстремального крокового регулювання
потужності сонячних батарей та методика проектування автономних
фотоелектричних енергетичних установок.
Метою роботи є підвищення енергетичної ефективності автономної
фотоелектричної енергетичної установки з екстремальним регулюванням
потужності сонячних батарей.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
1. Дослідити структуру автономних енергетичних установок на основі
фотоелектричних перетворювачів;
2. Розробити систему екстремального крокового регулювання потужності
сонячних батарей;
3. Розробити та виготовити контролер заряду акумуляторних батарей з
екстремальним кроковим регулюванням потужності сонячних батарей;
4. Провести експериментальні дослідження та обґрунтування технічних
характеристик і параметрів контролера заряду акумуляторних батарей;
5. Провести експериментальні дослідження технічних характеристик АФЕУ з
екстремальним кроковим регулюванням потужності сонячних батарей.
6. Розробити техніку безпеки при установці та роботі з сонячними батареями.

9

РОЗДІЛ 1. ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ
ЕФЕКТИВНОСТІ АВТОНОМНИХ
ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ УСТАНОВОК

МКР 22.144.47 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Денисов РОЗДІЛ 1. Підвищення Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Плахотний енергетичної ефективності
автономних фотоелектричних
Н. Контр. установок ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калейніков
10
1.1. Структурні схеми автономних фотоелектричних енергетичних
установок

Автономні фотоелектричні енергетичні установки складаються з масиву
фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), акумуляторних батарей (АБ), інвертора –
перетворювача постійної напруги в змінну напругу та контролера заряду-розряду
акумуляторних батарей (КЗАБ). З'єднання даних елементів системи проводиться
згідно зі структурною схемою АФЕУ, що представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структурна схема автономної фотоелектричної енергетичної установки.

В залежності від місця розташування та умов експлуатації до складу
фотоелектричної установки можуть залучатись додаткові джерела енергії:
вітрогенератор і дизельгенератор (бензогенератор). Структурна схема такої
гібридної АФЕУ представлена на рис. 1.2, де ДГ – дизельгенератор, ВГ –
вітрогенератор. Підключення додаткових елементів системи проводиться
аналогічно, через контролер.
Відома структура фотоелектричної установки [1] (рис. 1.3), у якій реалізовано
як екстремальне регулювання потужності сонячних батарей, так і автоматичне
наведення СБ на сонце. На схемі прийняті наступні позначення: СБ – сонячна
батарея; КНС – контролер наведення СБ на сонце; ДКД1, ДКД2 – драйвери
керування кроковими двигунами; М1, М2 – крокові двигуни; Р1–Р4 – редуктори;
КЗАБ – контролер заряду акумуляторних батарей; І – інвертор; АБ – акумуляторна
батарея.
11

Рис. 1.2. Структурна схема гібридної енергетичної установки.

Рис. 1.3. Структурна схема АФЕУ з функцією наведення сонячних батарей на
сонце та екстремальним регулюванням потужності СБ.

Склад і структура фотоелектричної установки в основному залежать від умов
експлуатації та вимог кінцевого споживача. На даний момент відомі різні методи
визначення структури, параметрів і характеристик АФЕУ. В основному це
автоматичні програми розрахунків, представлені в інтернет-магазинах фірм-
виробників і постачальників енергетичних установок, які не оптимальні та
найчастіше штучно збільшують кількість складових та вартість АФЕУ для вигоди
постачальника.
12
1.2. Характеристика та режими експлуатації сонячних та акумуляторних
батарей

Сонячні батареї – основна частина фотоелектричної енергетичної установки.
Перетворення енергії у ФЕП засновано на фотоелектричному ефекті, що виникає
при впливі сонячного випромінювання в неоднорідних напівпровідникових
структурах [2].
Неоднорідність структури ФЕП може бути отримана легуванням того самого
напівпровідника різними домішками (створення p-n переходів) або шляхом
з'єднання різних напівпровідників з неоднаковою шириною забороненої зони -
енергії відриву електрона з атома (створення гетеропереходів), або ж за рахунок
зміни хімічного складу напівпровідника, що приводить до появи градієнта ширини
забороненої зони. Можливі також різні комбінації перерахованих способів.
Ефективність перетворення залежить від електрофізичних характеристик
неоднорідної напівпровідникової структури, а також оптичних властивостей ФЕП,
серед яких найбільш важливу роль відіграє фотопровідність. Вона обумовлена
явищами внутрішнього фотоефекта в напівпровідниках при випроміненні їх
сонячним світлом.
Втрати енергії у фотоелектричних перетворювачах пов'язані:
- з відображенням сонячного випромінювання від поверхні перетворювача;
- проходженням частини випромінювання через ФЕП без поглинання в
ньому;
- розсіюванням на теплових коливаннях решітки надлишкової енергії
фотонів;
- рекомбінацією утворених фото-опар на поверхнях і в об’ємі ФЕП;
- опором ФЕП;
- іншими фізичними процесами.
Для зменшення втрат енергії у ФЕП проводяться наступні заходи:
- створення текстурованої фронтальної поверхні;
- використання напівпровідників з оптимальною для сонячного
випромінювання шириною забороненої зони;
13
- поліпшення властивостей напівпровідникової структури шляхом її
оптимального легування та створення вбудованих електричних полів;
- перехід від гомогенних до гетерогенних напівпровідникових структур;
- оптимізація конструктивних параметрів ФЕП (глибини залягання p-n-
переходу, товщини базового шару, частоти контактної сітки та ін.);
- застосування багатофункціональних оптичних покриттів, що забезпечують
просвітлення, терморегулювання та захист ФЕП від космічної радіації;
- розробка ФЕП, прозорих у довгохвильовій області сонячного спектра за
краєм основної смуги поглинання;
- створення каскадних ФЕП зі спеціально підібраних по ширині забороненої
зони напівпровідників, що дозволяють перетворювати в кожному каскаді
випромінювання, що пройшло через попередній каскад;
- створення перетворювачів із двосторонньою чутливістю (до 80 % до вже
наявного ККД на одній стороні);
- застосування люмінесцентно перевипромінюючих структур;
- попереднє розкладання сонячного спектра на дві або більше спектральних
областей за допомогою багатошарових плівкових світлодільників з наступним
перетворенням кожної ділянки спектра окремим ФЕП.
У фотоелектричних енергетичних установках можна використовувати різні
типи ФЕП, але не всі вони задовольняють комплекс вимог до таких систем:
- висока доступність сировини та можливість організації масового
виробництва;
- прийнятні з погляду строків окупності витрати на створення системи
перетворення;
- висока надійність при тривалому ресурсі роботи;
- зручність техобслуговування.
На даний момент на ринку сонячних батарей для наземних фотоелектричних
енергетичних установок представлено кілька різних видів фотоелектричних
перетворювачів. Вони діляться на дві основні групи: кремнієві та плівкові.
Кремнієві у свою чергу можна розділити на полікристалічні, монокристалічні та
аморфні. Плівкові виготовляються на основі теллуріда кадмію (Cdte), селеніду
14
міді-індію (CuІnSe2) – полімерні [3].
Найбільше застосування в наземних АФЕУ отримали ФЕП на основі кремнію.
Пояснюється це широким поширенням кремнію в земній корі, його відносною
дешевизною та відносно високим показником продуктивності в порівнянні з
деякими іншими видами сонячних батарей.
Монокристалічні СБ являють собою силіконові гнізда, об'єднані між собою.
Для їх виготовлення використовують максимально чистий кремній. Після
затвердіння готовий монокристал розрізають на тонкі пластини товщиною 250-
300 мкм, які пронизують сіткою з металевих електродів. Дана технологія є
порівняно дорогою, тому і коштують монокристалічні батареї більше, чим
полікристалічні або аморфні. Вибирають даний вид сонячних батарей за високий
показник ККД (17-22 %) [4].
Для отримання полікристалів кремнієвий розплав зазнає повільного
охолодження. Така технологія вимагає менших енерговитрат, отже, і собівартість
кремнію, отриманого за її допомогою, менша. Єдиний мінус – полікристалічні
сонячні батареї мають більш низький ККД (13-16 %) [3].
У фотоелектричних перетворювачах на основі аморфного кремнію
використовується не кристалічний кремній, а силан, або кремнієводень, який
тонким шаром наноситься на матеріал основи ККД таких батарей становить 5-6%.
Сонячні батареї на основі теллуріда кадмію є одними із самих перспективних
у наземній сонячній енергетиці. Значення ККД становить порядку 11%, у
порівнянні із кремнієм ця цифра менша, але вартість вата потужності таких СБ на
20-30% менша, ніж у кремнієвих [5].
Сонячна батарея на основі селеніду міді-індію здатна перетворити 15-18%
падаючого на неї сонячного випромінювання в електричну енергію. По ККД цей
вид мало чим відстає від монокристалічної кремнієвої батареї.
У якості світлопоглинаючих матеріалів у полімерних сонячних батареях
використовуються органічні напівпровідники, такі як поліфенилен, вуглецеві
фуллерени, фталоцианін міді та ін. Полімерні сонячні батареї мають на
сьогоднішній день ККД 5-6%. Але їх головними перевагами вважаються низька
вартість виробництва, низька вага, відсутність шкідливого впливу на навколишнє
15
середовище. Застосовуються полімерні батареї в областях, де найбільше значення
має механічна еластичність та екологічність утилізації [6].
Існують сонячні батареї на основі арсеніду галію. Найсучасніші
гетероструктурні арсенід-галлієві ФЕП забезпечують перетворення сонячної
енергії в електричну із ККД 35-40%, а тришарові арсенід-галлієві 45%. Але ці
високоефективні панелі не можуть масово використовуватися в наземних АФЕУ
через високу вартість [7]. Сонячні батареї автономних фотоелектричних
енергетичних установок використовуються при доволі мінливих умовах
експлуатації. Вони сильно піддані впливу навколишнього середовища [8].
Вольт-ватні характеристики (ВВХ) мають яскраво виражений максимум
генерованої потужності, положення якого суттєво змінюється в залежності від
умов експлуатації (ресурсу, температури, освітленості) [8-11].
Основний вплив на ВАХ фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії
виявляють ступінь освітленості та температура. Освітленість ФЕП падає при зміні
орієнтації відносно сонця, тобто з появою кута α між сонячним вектором та
вектором нормалі до панелей СБ. При куті α>180° і попаданні в тінь, освітленість
падає практично до нульового значення. Пропорційно зміні освітленості
змінюється і струм СБ (рис. 1.4) [9].

Рис. 1.4. ВАХ і ВВХ модуля KV 160/24M при різному ступені освітленості
(освітленість: висока – 950 Вт/м2; середня – 650 Вт/м2; слабка – 300 Вт/м2).
16
Часткове затінення СБ веде до зменшення її потужності, а також до
виникнення високих зворотних напруг на затіненні та паралельно з ними
з'єднаних фотоперетворювачах, перегріву і деградації СБ [12]. Навіть при
повному усуненні негативного впливу часткових затінень і електризації,
прогнозоване зменшення потужності СБ може становити 15-20 % до кінця
п'ятого року експлуатації та 30 % після 10 років роботи СБ [13].
Найбільш істотні зміни ВАХ відбуваються в момент виходу сонця через
хмари після тривалого затінення панелей. У літню пору, при середній температурі
20÷25 0С та відсутності вітру температура панелей сонячної батареї може
підвищитися до 50÷70 0С. У цьому випадку напруга холостого ходу та
оптимальної робочої точки може зменшитись на 25 %. Час прогріву панелей СБ
залежить від конструкції та розташування, і як правило, не перевищує 20 хвилин.
При інтенсивності освітлення, що відповідає сонячній фотоЕРС
перетворювачів із кремнію лінійно падає при збільшенні температури із
градієнтом 1,5÷2,5 мВ/К [12]. При зміні температури від +70 °С до -30 °С напруга
оптимальної робочої точки кремнієвої СБ збільшується орієнтовно в 1,5 разів
(напруга кремнієвого фотоелемента змінюється в діапазоні 0,5÷0,75 В) [11].
Зміна температури панелей СБ веде до зсуву ВАХ вздовж осі напруги. При
цьому струм СБ незначно залежить від температури (рис. 1.5).

Рис. 1.5. ВАХ і ВВХ модуля KV 160/24M у температурному діапазоні -30÷70 °С.
17
Іншими факторами, що впливають на параметри СБ, є радіаційні впливи,
механічні ушкодження та електризація.
Акумуляторні батареї є невід'ємною частиною АФЕУ і служать для
накопичення електричної енергії та віддачі її споживачеві в темний час доби, а
також при нестачі сонячної енергії (наприклад, у похмуру погоду). Час автономної
роботи фотоелектричної установки визначається ємністю акумуляторних батарей.
Крім ємності, найважливішими параметрами акумуляторів АФЕУ є максимальне
число циклів заряду/розряду та термін служби.
Вибір акумуляторної батареї з більшим життєвим ресурсом - складна
проблема при розробці АФЕУ через агресивну електрохімічну природу АБ,
великої залежності їх характеристик від умов експлуатації, способів заряду,
методів контролю параметрів і захисту акумуляторів.
Основні вимоги до акумуляторних батарей АФЕУ:
- електроживлення від акумуляторних батарей на протязі темного часу доби;
- максимально короткий час заряду;
- можливість часткового розряду з наступним дозарядом;
- надійність і відсутність технічного обслуговування протягом усього терміну
служби системи;
- відсутність необхідності в спеціальному приміщенні або системі вентиляції;
- вага та габарити (як правило, не критичні).
По режиму експлуатації акумуляторні батареї можна умовно розділити на
групи [15]:
- для роботи в буферному режимі (періоди розряду батареї, у порівнянні з
періодами заряду нетривалі);
- для роботи в циклічному режимі (цикли заряду та розряду постійно
чергуються);
- стартерні - використовуються для запуску різних двигунів (для даного
режиму характерний короткочасний розряд більшим струмом).
В АФЕУ акумулятор функціонує в циклічному режимі з неповним розрядом
протягом доби та у буферному режимі – протягом світлового (сонячного) дня. По
типу активних компонентів АБ можна розділити: на срібно-цинкові (Ag-Zn);
18
срібно-кадмієві (Ag-Cd); нікель-залізні (Ni-Fe); нікель-кадмієві (Ni-Cd); нікель-
металгідридні (Ni-mh); свинцево-кислотні; літій-іонні (Li-Ion); літій-полімерні (Li-
polymer); гелеві;
Срібно-цинкові та срібно-кадмієві акумулятори
Активними матеріалами даних АБ є оксид срібла на позитивному, і цинк або
кадмій – на негативному електродах відповідно, електролітом є розчин лугу.
Характеризуються високою питомою енергією, низьким саморозрядом, але досить
високовартісні, а також мають низький ресурс. В енергоємних акумуляторних
батареях срібно-цинкової електрохімічної системи (90-120 Вт·год/кг) при
збільшенні числа циклів заряду-розряду ємність суттєво падає, і при 103÷104
циклах складає не більше 30% від початкової. Застосовуються в основному для
живлення портативних приладів та апаратів у військовій техніці [16].
Нікель-кадмиієві (Ni-Cd) акумулятори
Реагентами в нікель-кадмієвих акумуляторах використовуються гідрооксид
нікелю та кадмій, електролітом - розчин гідрооксиду калію, тому вони відносяться
до лужних акумуляторів. Існують три основні види нікель-кадмієвих
акумуляторів: негерметичні з ламельними (ламельні акумулятори) та спеченими
електродами (безламельні акумулятори) і герметичні [17]. Найбільш дешеві
ламельні нікель-кадмієві акумулятори характеризуються плоскою розрядною
кривою, високим ресурсом та міцністю, але низькою питомою енергією. Питома
енергія, швидкість розряду Ni-Cd акумуляторів зі спеченими електродами вища.
Вони працездатні при низьких температурах, але дорожчі, характеризуються
ефектом пам'яті та здатністю до теплового розгону.
Герметичні Ni-Cd акумулятори характеризуються горизонтальною
розрядною кривою та здатністю функціонувати при низьких температурах.
Недоліком даного типу акумуляторів є застосування токсичного кадмію.
Для Ni-Cd акумуляторів переважний швидкий заряд і повільний розряд до
стану повного розряду. Також необхідний повний періодичний розряд: інакше на
пластинах елементів формуються великі кристали, що значно знижують їх ємність
(так званий "ефект пам'яті"). Застосовуються для живлення стаціонарного
обладнання, засобів зв'язку, запуску дизелів та авіаційних двигунів та т.п.
19
Нікель-залізні акумулятори
У цих акумуляторах використовується залізо. Через виділення водню із
самого початку заряду, ці акумуляторні батареї виготовляють тільки в
негерметичному варіанті. Вони дешевші нікель-кадмієвих, мають довгий термін
служби та високу механічну міцність. Але характеризуються високим
саморозрядом, низькою віддачею по енергії, практично непрацездатні при
температурі нижче -10 °С. Використовуються в основному як тягові джерела
струму в шахтних електровозах, електрокарах та промислових підйомниках [18].
Нікель-металгідридні акумулятори (Ni-MH)
Активним матеріалом негативного електрода є інтерметалід, зворотньо
сорбуючий водень, тобто, фактично, негативний електрод є водневим електродом,
у якого відновлена форма водню перебуває в абсорбованому стані. Розрядна крива
Ni-MH акумулятора аналогічна кривій Ni-Cd акумулятора. Питома ємність і
енергія нікель-металгідридних акумуляторів в 1,5-2 рази вище питомої енергії
нікель-кадмієвих акумуляторів, крім того, вони не містять токсичний кадмій.
Застосовуються для живлення портативних приладів та апаратури.
Свинцево-кислотні акумулятори
Свинцеві АБ є найпоширенішими з існуючих на даний момент хімічних
джерел струму. Їх масштабне виробництво відзначається як відносно низькою
ціною, обумовленою доступністю вихідних матеріалів, так і розробкою різних
варіантів цих акумуляторів, що відповідають вимогам широкого кола споживачів.
На електричних і експлуатаційних характеристиках, герметичних свинцевих
акумуляторних батарей великої ємності значно позначаються відмінності в
конструкції електродів (поверхневого типу, панцирні або стрижневі), а також
відмінності в сплавах, що використовують для виготовлення струмоведучих основ.
Герметичні свинцеві акумуляторні батареї працездатні в інтервалі
температур від -30 до +50 °С, частіше гарантується працездатність при температурі
не нижче -15 °С. При більш низьких температурах можливості розряду заважає
замерзання електроліту. Працездатність акумуляторів при низьких температурах
може бути забезпечена збільшенням концентрації електроліту, як це й робиться в
спеціальних акумуляторах.
20
Саморозряд у даному типі акумуляторів становить 40 % у рік при 20 °С та
15 % при 5 °С. При більш високих температурах зберігання саморозряд
збільшується (при 40 °С батареї втрачають 40 % ємності за 4-5 місяців).
Найбільший вплив на термін служби герметизованого свинцево-кислотного
акумулятора виявляють: робоча температура, глибина розряду та величина
перезаряду. Перерозряд також шкідливий для свинцево-кислотних батарей, як і
перезаряд. При багаторазових перерозрядах зменшується розрядна ємність та
знижується термін служби акумулятора. Такі ж зміни можуть відбуватися і при
тривалому зберіганні батарей у розрядженому стані.
Сучасні герметизовані свинцево-кислотні акумуляторні батареї мають досить
високі питомі енергетичні характеристики (до 40 Вт·год/кг та 100 Вт·год/л). Вони
дієздатні в буферному режимі при нормальній температурі протягом тривалого
періоду (більше 10 років), а при циклуванні забезпечують декілька сотень циклів
при втраті до 20 % ємності [17].
Літій-іонні (Li-ion) акумулятори
Більшість Li-ion акумуляторів виготовляють у призматичних варіантах,
оскільки основне їх призначення - забезпечення роботи стільникових телефонів та
ноутбуків. Конструкція відрізняється абсолютною герметичністю, ця вимога
визначається як неприпустимістю витікання рідкого електроліту (негативно
діючого на апаратуру), так і неприпустимістю влучення в акумулятор кисню та
парів води з навколишнього середовища. Кисень і пари води реагують із
матеріалами електродів і електроліту та повністю виводять акумулятор з ладу.
Технологічні операції виробництва електродів та інших деталей, а також
виготовлення акумуляторів проводять в особливих сухих кімнатах або в
герметичних боксах в атмосфері чистого аргону. При збірці акумуляторів
застосовують складні сучасні технології зварювання, конструкції гермовиводів та
ін. Із зростанням струму розряду ємність акумулятора знижується незначно, але
зменшується робоча напруга. Такий же ефект з'являється в розряді при
температурі нижче 10 °С. Крім цього, при низьких температурах має місце
початкове просідання напруги.
При циклюванні Li-ion акумуляторів серед можливих механізмів зниження
21
ємності найчастіше розглядаються наступні:
- руйнування кристалічної структури катодного матеріалу;
- розшарування графіту;
- осадження металевого літію;
- механічні зміни структури електрода в результаті об'ємних коливань
активного матеріалу при циклюванні.
Звичайно ресурс комерційних Li-ion акумуляторів до зниження розрядної
ємності на 20 % становить 500-1000 циклів. Зі зменшенням глибини циклювання
ресурс підвищується. Підвищення терміну служби пов'язують зі зменшенням
механічних напружень, що викликані змінами об’єму електродів впровадження,
які залежать від ступеню їх зарядженості [17].
Перевагами Li-ion акумуляторів є: мала вага; висока ємність; можливість
віддачі великих струмів; незначний «ефект пам'яті»; низький рівень саморозряду –
не більш 5 % на місяць; можливість швидкого заряду.
Недоліки: вузький температурний робочий діапазон, при якому ємність
струму, що віддається, залишається на прийнятному рівні (вимагають акуратної та
дбайливої експлуатації); обмежений термін служби.
Літій-полімерні (Li-pol) акумулятори
В основі ідеї літій-полімерного акумулятора лежить відкрите явище переходу
деяких полімерів у напівпровідниковий стан у результаті впровадження в них
іонів електроліту. Провідність полімерів при цьому збільшується більш ніж на
порядок.
Сучасні літій-полімерні акумулятори забезпечують питомі характеристики,
порівняно з характеристиками літій-іонних акумуляторів. Завдяки відсутності
рідкого електроліту, вони більш безпечні у використанні, ніж літієві джерела
струму, що перезаряджаються. Li-pol акумулятори компактні та можуть бути
виконані в будь-якій конфігурації. Робоча густина струму незначна, і електричні
характеристики Li-pol акумуляторів помітно погіршуються при зниженні
температури через кристалізацію полімеру.
Для зниження внутрішнього опору Li-pol батарей використовують
добавляння гелевого електроліту. Більшість літій-полімерних батарей насправді є
22
гібридними, що представляють собою щось середнє між літій-іонними та літій-
полімерними акумуляторами, у яких використовується гелевий електроліт. Процес
заряду подібний до заряду літій-іонних.
Гелеві
Гелевий акумулятор - це варіант необслуговуючого свинцево-кислотного
акумулятора. Він обладнаний клапаном, що відкривається для викиду зайвого
накопиченого газу, в основному водню.
Електроліт, згущений за допомогою силікагелю, під час експлуатації АБ
поступово твердіє. Пари водню та кисню затримуються всередині речовини та,
реагуючи між собою, перетворюються на воду, що стікає по стінках акумулятора,
зволожуючи гель. Таким чином, майже всі випаровування повертаються назад в
акумулятор. Але частину випаровувань рекомбінувати не вдається, і при
надлишковому тиску газ скидається через запобіжні клапани. У процесі
експлуатації гелевих акумуляторів, через неминучі втрати води при відкриванні
клапана, відбувається осушення гелю.
Перевагами герметизованих гелевих акумуляторів є: низький саморозряд;
можливість експлуатації практично в будь-якому положенні; при руйнуванні
корпуса електроліт не витікає; можна використовувати безпосередньо у
виробничих та житлових приміщеннях із природньою вентиляцією. Зараз гелеві
батареї широко використовуються в альтернативній енергетиці, у домашніх
потужних АФЕУ, а також електротранспорті.
З аналізу технічних характеристик, переваг і недоліків розглянутих
акумуляторних батарей випливає, що найбільш оптимальними для використання в
автономних фотоелектричних енергетичних установках невеликої потужності є
нікель-кадмієві акумулятори (можливість швидкого заряду). А в системах великої
потужності – гелеві, через високу ємність та низьку вартість. Літій-іонні та літій-
полімерні акумулятори не можуть бути використані в автономних
фотоелектричних енергетичних установках через високу вартість та малу
поширеність в автономних системах електропостачання [19].

23
1.3. Енергоперетворююче обладнання установок з фотоелектричними
перетворювачами сонячної енергії

Контролер заряду-розряду АБ, елемент в АФЕУ, який виконує функції
забезпечення ефективної роботи сонячної батареї, регулювання струму заряду та
розряду АБ (запобігаючи глибокому розряду та перезаряду, продовжуючи тим
самим термін служби).
На даний момент існує кілька типів контролерів – із широтно-імпульсною
модуляцією струму заряду (ШІМ) та контролери (із ШІМ) з функцією
екстремального регулювання потужності СБ. Основним недоліком ШІМ
контролерів є те, що для заряду акумуляторної батареї необхідно, щоб напруга СБ
відповідала напрузі АБ, інакше енергія фотоелектричних перетворювачів буде
недовикористовуватися. Тобто, для заряду 12 В акумулятора потрібна сонячна
батарея з 36 сонячними елементами, з'єднаними послідовно.
Контролери з ЕРП СБ технічно складніші, ніж звичайні ШІМ контролери, але
на 30 % ефективніші. Асортимент контролерів на сучасному ринку досить
великий, вони відрізняються вхідними та вихідними параметрами, сумісністю з
різними типами акумуляторних батарей. Основна відмінність - спосіб регулювання
максимуму потужності сонячної батареї та підвищення за рахунок цього
енергетичної ефективності СБ.
Відомі контролери заряду-розряду акумуляторних батарей з реалізацією
функції екстремального регулювання потужності сонячних батарей фірм США,
Німеччини, Китаю та Канади: Outbackflexmax [20-22], Morningstar [22-24],
Epsolartracer [25-27], Stecasolarix [28-30], Prosolarsunstar [31-33] та інші.
Контролер заряду Epsolartracer (Китай) розрахований для роботи у
фотоелектричних системах малої та середньої потужності при струмові заряду
10/20/40 А та номінальній напрузі акумуляторних батарей 12 і 24 В. Обладнання
здійснює спостереження за точкою максимуму потужності СБ методом ітерацій
навколо поточної робочої точки (Perturb& Observe). Максимальна вхідна напруга
100 В. Енергетична ефективність 97% [22].
У контролері заряду фірми StecaSolarix (Німеччина) спостереження за
24
точкою максимуму потужності здійснюється методом ітерацій навколо поточної
робочої точки. Даний контролер дозволяє сполучати фотоелектричні модулі з
напругою оптимальної робочої точки, при температурі навколишнього
середовища +25 °С, рівною 36 В та номінальній напрузі акумуляторних батарей
12 і 24 В. Енергетична ефективність ЕРП 97% [22, 28, 29].
Контролер заряду фірми ProsolarSunStar (Китай) (рис. 1.6, а) має кілька
режимів регулювання напруги фотоелектричних модулів: метод ітерацій навколо
поточної робочої точки; робота в знайденій під час початкового сканування точці
(Scan&Hold); робота при напрузі, що становить певну частку від напруги
холостого ходу (%Voc); робота при певній вхідній напрузі (HIV). Можливе
використання акумуляторних батарей 12, 24, 36, і 48 В. Енергетична ефективність
пошуку екстремуму потужності 97,5 % [22, 26, 27, 35].
Контролер заряду фірми Outback (США) (рис. 1.6, б) здійснює регулювання
напруги фотоелектричних модулів двома методами: метод ітерації навколо
поточної робочої точки; робота при напрузі, що становить певну частку від
напруги холостого ходу.
Обладнання сумісне з акумуляторними батареями, номінальна напруга яких
12, 24, 36, 48 і 60 В. Максимальна вхідна напруга 150 В, тому вони підходять для
більшості аморфних модулів, які, як правило, мають напругу холостого ходу
близько 110 В. Енергетична ефективність пошуку екстремуму потужності 97,5 %.

а) б)
Рис. 1.6. Контролери заряду: а) ProsolarSunStar; б) Outback.
25
У контролері заряду фірми Xantrex (Канада) спостереження за точкою
максимуму здійснюється методом ітерацій навколо поточної робочої точки.
Також реалізований режим роботи при напрузі, що становить певну частку від
напруги холостого ходу. Контролер може працювати з акумуляторними батареями,
номінальна напруга яких 12, 24, 36, 48 і 60 В. Здійснює заряд АБ з номінальною
напругою меншою, ніж у сонячної батареї. Контролер розраховано на
максимальну вхідну напругу 150 В. Енергетична ефективність пошуку екстремуму
потужності 97,5 % [22, 34]. У табл. 1.1 наведені характеристики деяких моделей
контролерів з ЕРП СБ.

Таблиця 1.1
Параметри й характеристики контролерів з ЕРП СБ
Модель EPSolarTracer StecaSo ProsolarSunStar OutbackFlex Xantrex
MPPT larix MPPT Max

Параметри 2210/ 4210/ MPPT SS-80C SS-40 SS-80 FM-60 FM-80 XW
2215 4215 2010 CX CX MPPT
Максимальний 20 40 20 80 40 80 60 80 60
струм заряду АБ, А
Діапазон ЕРП, В 12-100/12-150 17-100 16-112 16-192 12-140 12-140
Максимальна 100/150 100 140 240 150 150
напруга, В
Напруга АБ, В 12/24 12/24 12/24/36/48 12/24/36/48/60 12/24/36/48/60
Енерг. ефективність
пошуку екстремуму,% 97 97 97,5 97,5 97,5
Стадій заряду 4 4 4 5 5
Комунікаційні немає немає RJ45-USB5 немає XanВus
можливості

Допустима напруга на вході контролера до 200 В, що дозволяє створити
масив із трьох сонячних панелей, підключених послідовно з номіналом 24 В
(напруга відкритого ланцюга кожної з них (без навантаження) може досягати
45 В). Даний контролер працює з акумуляторними батареями, номінальна напруга
яких 12, 24, 36, 48 і 96 В. Енергетична ефективність пошуку екстремуму
потужності 97 %. ККД при повному навантаженні 95-97%.

26
1.4. Способи підвищення енергетичної ефективності установок з
фотоелектричними перетворювачами сонячної енергії

Підвищити коефіцієнт перетворення сонячної енергії АФЕУ до максимально
можливого рівня дозволяє одночасна реалізація наступних системних засобів:
- реалізація режиму екстремального регулювання потужності сонячних
батарей (відбір потужності в оптимальній робочій точці вольт-амперної
характеристики сонячної батареї);
- безперервне автоматичне спостереження СБ за Сонцем;
- оптимізація конструкції сонячної батареї з метою досягнення мінімального
нагрівання фотоелементів, а також застосування концентраторів.
Фактором, що значно зменшує кількість енергії, є недовикористання
генеруючих можливостей сонячних батарей. Сумарна енергетична ефективність
більшості фотоелектричних енергетичних установок не перевищує 5-10%.
Реалізація режиму екстремального регулювання потужності СБ доцільна для
енергетичних установок як у системах з безперервним автоматичним
спостереженням за Сонцем, так і в системах з нерухомими сонячними батареями
(наприклад, на дахах будинків). ЕРП може з успіхом застосовуватися для СБ
будь-якої потужності. Відмінність параметрів сонячних батарей від різних
виробників також не має особливого значення, оскільки пошук оптимуму
проводиться автоматично.
Ефект застосування екстремального регулювання залежить від діапазону
зміни температури панелей сонячних батарей. При здійсненні безперервного
регулювання напруги СБ в оптимальній робочій точці використання сонячної
батареї за потужністю збільшується до 30 %.
Безперервне автоматичне спостереження СБ за Сонцем також дозволяє значно
підвищити енергетичну ефективність автономних фотоелектричних енергетичних
установок (не менше ніж на 25-30 %). Однак, технічна реалізація систем
безперервного автоматичного спостереження за Сонцем досить складна, так як
повинна містити крім різних механічних обладнань і пристосувань електричні
приводи вертикального та горизонтального обертання з редукторами, блоки
27
керування та фотоелектричні датчики.
На даний момент виробництвом фотоелектричних енергоустановок зі
спостереженням за Сонцем займається ряд відомих фірм: Селтек (Україна),
DITRAS (Україна), Sunpower (США), KonzaPortableSolarTrackers (США), Gintech
(Китай), CanadianSolar (Канада), Motech (Тайвань), FirstSolar (США),
YingliGreenEnergy (Китай), Titantracker (Іспанія), Sunpowert20 Tracker (США),
MerlinPowerSystems (США), та інші.
На рис. 1.8 наведено енергетичні установки фірми Селтек. Дана конструкція
дозволяє розміщати сонячні батареї площею до 6 м2. У системі спостереження
використовуються електродвигуни, контролер та датчики наведення СБ на Сонце.
Наведення системи здійснюється з точність до 1 градуса.

Рис. 1.8. Енергетичні установки фірми Селтек.

Невелика поширеність систем безперервного автоматичного спостереження
панелей за Сонцем пояснюється тим, що в багатьох випадках СБ розташовуються
на дахах будинків. У випадку розташування ФЕП на відкритих майданчиках
виникає питання доцільності та економічної вигоди, так як технічна реалізація
складна і не визначені області раціонального використання систем безперервного
автоматичного спостереження залежно від рівня вихідної потужності або площі
сонячної батареї. Реалізація таких систем технічно утруднена і, найчастіше,
економічно недоцільна.
У деяких фотоелектричних енергетичних установках з автоматичним
наведенням СБ на Сонце використовують сонячну батарею разом з лінзами
Френеля. Це складена лінза, яка складається з окремих, примикаючих одне до
28
одного концентричних кілець невеликої товщини, які в перерізі мають форму
призм спеціального профілю (рис. 1.9). Лінзи Френеля діляться на кільцеві та
поясні. Кільцеві – направляють світловий потік в одному напрямку. Промені від
точкового джерела, поміщеного у фокусі лінзи, після переломлення в кільцях
виходять практично паралельним пучком. Поясні лінзи посилають світло від
джерела в усіх напрямках у певній площині. Діаметр лінзи може становити від 10-
20 см. до декількох метрів.

а) б)
Рис. 1.9. Поперечний переріз лінзи Френеля (а) та звичайної лінзи (б).

Застосування лінз Френеля в АФЕУ дозволяє збільшити світловий потік, що
доводиться на одиницю площі фотоелектричних перетворювачів, що підвищує
енергетичну ефективність установки в цілому. Однак, внаслідок застосування лінз,
збільшується температура ФЕП та швидкість їх деградації.
Ще одним методом підвищення енергетичної ефективності є оптимізація
конструкції сонячної батареї з метою досягнення мінімального нагрівання
фотоелементів, так як з підвищенням температури ефективність роботи СБ
знижується. Інформації про роботи з дослідження ефективності конкретних
заходів та обладнання примусового охолодження ФЕП практично немає.

29
Висновки до першого розділу

1. Автономні фотоелектричні енергетичні установки призначені для роботи як
самостійно, так і разом з вітрогенератором або дизельгенератором, залежно від
місця розташування та умов експлуатації системи. Структура АФЕУ містить у собі
сонячні батареї, акумуляторні батареї, контролер заряду АБ та інвертор струму.
2. Найбільш оптимальними для використання в АФЕУ невеликої потужності є
нікель-кадмієві акумулятори, завдяки можливості швидкого заряду, а в системах
середньої та великої потужності – гелеві, через високу ємність та меншу вартість.
3. ФЕП сонячних батарей мають нестабільні вольт-амперні та вольт-ватні
характеристики, що змінюються у великих діапазонах. Для підвищення
енергетичної ефективності АФЕУ необхідне застосування контролерів із
системою екстремального регулювання потужності сонячних батарей.
4. Реалізація системи безперервного автоматичного спостереження
фотоелектричних панелей за Сонцем технічно складна та економічно невигідна.
Доцільне застосування даних систем в пересувних та мобільних фотоелектричних
енергетичних установках спеціального призначення, завданням яких є
максимальна енергетична ефективність при малих габаритах сонячних батарей.
5. Відомі методи розрахунків структури та параметрів автономних
фотоелектричних енергетичних установок базуються на даних, представлених в
фірм-виробників АФЕУ, які не раціональні та часто завищують розрахункові
значення параметрів джерел енергії – сонячних і акумуляторних батарей.

30

РОЗДІЛ 2. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТА
ХАРАКТЕРИСТИК АВТОНОМНИХ
ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ
УСТАНОВОК

МКР 22.144.47 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Денисов Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Плахотний РОЗДІЛ 2. Визначення параметрів та
характеристик автономних
Н. Контр. фотоелектричних енергетичних
установок ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калейніков
31
2.1. Методи визначення параметрів та характеристик автономних
фотоелектричних енергетичних установок

На даний момент відомі різні способи та методи визначення параметрів і
характеристик фотоелектричних установок, що дозволяють із певним ступенем
точності розрахувати необхідні параметри її вузлів для заданих умов експлуатації.
Вони відрізняються математичним апаратом, закладеним в розрахунки
характеристиками складових частин системи, різним часовим проміжком.
Інтервал часу, для якого вибудовується кліматична характеристика,
варіюється від одного місяця [16] до декількох годин [17]. При цьому
використовуються або середні багаторічні характеристики типового дня місяця
[16], або тимчасові ряди вихідних даних, що включають температуру повітря,
сонячну радіацію та швидкість вітру для кожного інтервалу в межах усього
розрахункового періоду [17]. Використання точних погодинних даних дозволяє
врахувати локальні особливості клімату, що приводять до стійкої асиметрії в
добовому ході метеоданих. Такі точні кліматичні характеристики реєструються
вкрай обмеженим числом метеостанцій, у результаті чого безпосереднє
використання подібних розрахункових методів може бути складним, так як
можливостей моделювання необхідних вихідних даних по інтегральних місячних
характеристиках вони найчастіше не мають [27].
Комп'ютерні програми розрахунків фотоелектричних установок можна
розділити на дві основні групи - ті що проектують (розрахункові програми) і
моделюючі програми. Ці групи відрізняються як за вихідними даними, так і за
вихідними результатами. Програми, що проектують, дозволяють за один
розрахунковий цикл визначити параметри АФЕУ для заданого навантаження. Для
моделюючих програм параметри системи повинні бути задані. Базовий
алгоритм моделюючих полягає в послідовному визначенні балансу енергії на
кожному кроці моделювання та фіксації основних параметрів роботи системи.
Програми, що відносяться до класу проектуючих алгоритмів повинні не
тільки моделювати розподіл енергетичних потоків у системі, але і визначати склад
енергоустановки, виходячи із заданого переліку компонентів. Характерною рисою
32
даних програм є те, що параметри АФЕУ визначаються без обліку енергобалансу
на повному річному або, в окремому випадку, сезонному циклі роботи установки.
Часто рівняння енергобалансу, що включає як акумуляторну, так і сонячну батареї,
взагалі не розглядається. Сонячна батарея повинна забезпечити роботу
навантаження протягом місяця з найгіршим співвідношенням інсоляції та
енергоспоживання [18, 19]. У результаті, подібні алгоритми дають мінімум
інформації про можливі параметри АФЕУ (значення пікової потужності СБ і
ємності АБ). Знайдена пара значень відповідає максимальній реально необхідній
потужності СБ і, відповідно, мінімальній з можливих ємностей акумулятора. При
таких параметрах системи сонячна батарея протягом року буде виробляти
надлишкову енергію. У той же час, можна собі представити фотоелектричну
станцію, у якій СБ виробляє енергії рівно стільки, скільки потрібно для
навантаження з урахуванням можливих втрат у системі. Потужність таких СБ буде
мінімально можливою, а відповідна ємність АБ - максимальною для даної системи.
Параметри цього та інших варіантів із проміжними співвідношеннями потужності
та ємності існуючі проектуючі програми визначити не в змозі.
Для розрахунків системи потрібно визначити та розглянути безліч її
працездатних варіантів. Для пошуку цієї безлічі використовується метод перебору
варіантів. Працездатність чергового варіанта перевіряється за допомогою
моделюючих програм [20]. За результатами моделювання параметри системи
коректуються, розрахунковий цикл повторюється з новими вихідними даними
доти, поки не будуть отримані задовільні результати.
Відома методика розрахунків потужності автономних сонячних
електростанцій (АСЕ) [21], яка полягає в розрахунках вихідної потужності
автономної електростанції, ємності акумуляторної батареї, потужності зарядного
обладнання, потужності основної шини; потужності сонячних батарей і
автономних інверторів напруги.
На першому етапі розрахунків необхідно скласти список споживачів
електроенергії, їх потужність та напругу. Потім проводиться оцінка часу,
протягом якого використовуються електроприлади, і визначається щоденна
потреба в електроенергії. Далі складається таблиця загального енергоспоживання
33
за добу та графік енергоспоживання, на основі якого проводяться розрахунки
сумарної потужності енергоспоживання навантаженням і необхідної вихідної
потужності АСЕ за формулою:

Pос,i=Pн,i /ηi,

де Pн,i – потужність i-го споживача; Pос,i – потужність i-го споживача,
перерахована на основну шину АСЕ; ηi – ККД i-го автономного інвертора
напруги.
На другому етапі проводяться розрахунки ємності акумуляторної батареї
виходячи з потреби електроживлення навантаження в нічний час доби за
формулою:
С 100Р
Н = н ∆tнв ,
S pU н

де Pн – номінальна потужність навантаження; Uн – номінальна напруга
навантаження; Δtнв – інтервал нічного часу доби (у літню пору Δtнв=10 год.,
узимку – Δtнв=16 год.); Sp – ступінь розрядженості акумуляторної батареї.
Третій етап полягає в розрахунках потужності зарядного обладнання АСЕ.
Проводиться вибір методу заряду акумуляторної батареї (при сталості струму або
сталості напруги). Заряд при сталості струму проводиться значенням від 0,2 до 0,3
ємності акумулятора. Недолік такого способу заряду – необхідність постійного
контролю та регулювання зарядного струму [31]. У заряді при сталості напруги
рівень зарядженості акумуляторної батареї визначає значення зарядної напруги.
Струм зарядного пристрою в перший момент включення може досягати 40÷50 А та
більше. Тому ЗП повинен забезпечуватися схемними рішеннями, що обмежують
максимальний струм заряду [31].
Для прискореного заряду акумуляторних батарей застосовується заряд у два
етапи – при постійному струмі, а потім при постійній напрузі. Метод дозволяє
значно скоротити час заряду АБ.
34
Далі слід зробити розрахунки потужності та кількості сонячних батарей,
необхідних для заряджання та електроживлення АСЕ. Основна увага приділяється
погодним умовам місцевості, у якій передбачається експлуатація АСЕ.
Враховується кількість сонячної енергії, на яку можна розраховувати, а також
середньомісячні значення сонячної радіації при найгірших погодних умовах.
В завершення проводиться вибір інвертора напруги на основі отриманих
значень розрахунків потужності навантаження в системі.
Також відомий реверсивно-балансовий метод визначення параметрів АФЕУ
[32]. Основна його відмінність у тому, що визначаються параметри
альтернативних варіантів фотоелектричних станцій, які можуть бути зведені до
декількох найбільш «вигідних» варіантів шляхом оптимізуючих розрахунків.
Даний метод дозволяє досліджувати закономірності побудови фотоелектричних
установок, оцінити вплив параметрів та кліматичних даних у їх взаємозв'язку на
експлуатаційні характеристики.
Відома стаття [33], у якій описана імітаційна модель автономної системи
електроживлення на основі СБ, АБ та навантаження. Керування станом сонячної
та акумуляторної батарей забезпечується контролером СБ. Функціонування
моделі відповідає логіці функціонування АФЕУ в реальному часі. На рис. 2.1
наведено модель АФЕУ та зображені параметри системи, які можуть задаватися
користувачем.

Рис. 2.1. Імітаційна модель автономної фотоелектричної установки.

Дана модель адекватно відображає роботу сонячної батареї, акумуляторної
35
батареї, контролера сонячної батареї та навантаження, що дозволяє
використовувати дану модель при проектуванні АФЕУ.
В основному методики розрахунків параметрів автономних фотоелектричних
енергетичних установок полягають в узгодження графіків генерації та
споживання енергії. Наявність у системі поновлюваних джерел енергії приводить
до того, що повне узгодження цих графіків у більшості випадків неможливо або
невигідно, тому що робота поновлюваних джерел залежить від кліматичних
факторів. Як правило, в методиці розрахунок проводиться виходячи із
середньорічної або середньомісячної оцінки погодних умов, а іноді, враховуючи
лише тривалість нічного часу доби. У всіх цих випадках основним недоліком є те,
що не враховуються ситуації, при яких, не дивлячись на високе значення
середньомісячної інсоляції, є тривалий період часу (кілька днів) без сонця. У
таких випадках системи, розраховані на середньомісячні або середньорічні
кліматичні показники, не будуть забезпечувати безперебійне електроживлення
споживача. Можлива і зворотна ситуація, коли при низькому рівні
середньомісячної інсоляції кількість послідовних днів без сонця буде менше, і при
розрахунках система виявиться з надлишково закладеною потужністю.

2.2. Методика проектування автономних енергетичних установок,
основана на розрахунках енергобалансу та статистичних значеннях графіка
інсоляції

Завдання проектування автономних енергетичних установок полягає у
визначенні їх необхідної потужності, виборі типу та параметрів сонячних і
акумуляторних батарей, а також визначенні параметрів енергоперетворюючих
приладів. Умовою енергобалансу є рівність нулю розрядної ємності АБ
наприкінці розрахункового періоду, тобто енергія АБ, що витрачається при
перевищеннях потужності навантаження над потужністю СБ, наприкінці
розрахункового періоду повинна бути повністю відновлена.
Основними необхідними даними для розрахунків потужності АФЕУ є
параметри графіка енергоспоживання, який формується на основі наступних дій:
36
- визначення споживачів електроенергії та їх потужності;
- визначення типу споживача (змінної або постійної напруги);
- оцінка часу та тривалості роботи даних споживачів протягом доби.
Як приклад, на рис. 2.2 представлений довільно складений типовий графік
енергоспоживання приміщення житлового або виробничого призначення в літній
період пори року, де t1 – t2 – тривалість світлового дня.

Рис. 2.2. Типовий графік енергоспоживання приміщення житлового або
виробничого призначення.

При складанні графіка важливо оптимізувати навантаження та, по
можливості, зменшити споживання енергії. При наявності споживачів енергії, які
не можна виключити, необхідно розглянути варіант, при якому вони будуть
включені тільки в періоди з достатньою освітленістю сонячних батарей, а також
розподілити підключення споживачів у часі так, щоб вихідна потужність АФЕУ
прагнула до мінімуму.
Споживча навантаженням добова енергія розраховується за формулою:

24
W24 = ∫ Pнdt , (2.1)
0

Рн - споживча добова потужність.
Основними умовами, що впливають на вибір акумуляторів є:
37
- стійкість до циклічного режиму роботи;
- здатність витримувати глибокий розряд;
- низький саморозряд;
- стійкість до порушення умов заряду й розряду;
- довговічність, простота в обслуговуванні.
Кількість, ємність та номінальна напруга акумуляторних батарей
визначається на основі отриманого розрахункового графіка енергоспоживання. У
більшості випадків рекомендується використовувати герметичні необслуговувані
гелеві АБ загального призначення, які мають найбільш оптимальні
експлуатаційно-економічні параметри [24, 25].
Експлуатація акумуляторів при глибокому розряді приводить до необхідності
їх більш частої заміни та до подорожчання системи. Глибину розряду
акумуляторів у сонячних системах прагнуть обмежити на рівні 30...40 %, що
досягається відключенням навантаження (зниженням потужності) або
використанням акумуляторів більшої ємності [26].
Номінальна напруга АБ може становити 12, 24, 48 В, вона впливає на
параметри інвертора та контролера заряду. Фотоелектричні енергетичні установки,
що виробляють менше 1000-1500 Вт·год за день, краще за все поєднуються з
напругою в 12 В, ті що виробляють 1000-3000 Вт·год - 24 В, а установки, що
виробляють більше 3000 Вт·год за день, необхідно використовувати 48 В або
вище [34].
Ємність акумуляторних батарей для забезпечення енергобалансу енергетичної
установки доцільно вибирати з розрахунку кількості послідовних днів без сонця.
На рис. 2.3 наведено графік, що показує рівень сонячної радіації в м. Черкаси за
липень 2022 р., складений на основі даних інтернет ресурсу з календарем погоди. З
аналізу графіка випливає, що кількість послідовних днів без сонця не перевищує
трьох. Аналогічний графік рівня інсоляції можна отримати для будь-якої необхідної
місцевості.
38

Рис. 2.3. Графік рівня інсоляції в м. Черкаси за липень 2022 р.

Таким чином, ємність акумуляторної батареї визначається за формулою:

С W24 ⋅ N
АБ = , (2.2)
U АБ ⋅η р

де САБ – необхідна ємність акумуляторної батареї, А·год; W24 – споживча
добова енергія, Вт; N – кількість послідовних днів без заряду АБ від СБ; U АБ –
номінальна напруга акумуляторної батареї, В; ηp – глибина розряду, %.
Аналіз графіків рівня інсоляції в різних регіонах України показує, що в
південних областях країни кількість послідовних днів без сонця, як правило, не
перевищує двох, і загальний рівень інсоляції близький до максимальної оцінки.
Протягом світлового дня сонячні батареї заряджають АБ та постачають
енергією споживачам. Енергія від СБ, необхідна для живлення навантаження
протягом періоду (k+m), визначається за формулою:

24 t1 t2 t3
WСБ (k+m ) = m ⋅1,2∫ Pнdt + k ⋅1,2∫ Pн(тінь )dt + k ∫ Pн(світ )dt + k ⋅1,2∫ Pн(тінь )dt, (2.3)
0 0 t1 t2

де k - дні з достатньою (середньою) освітленістю; m - дні без сонця; 1,2 -
коефіцієнт, що враховує ККД АБ.
Кількість днів k і m визначається за графіком інсоляції конкретної
місцевості.
39
Необхідна добова енергія від СБ розраховується за формулою:

W
W = СБ (k+m )
СБ (24 ) , (2.4)
k

Для визначення необхідної площі фотоелектричних панелей необхідно знати:
- номінальну потужність обраних фотоелектричних модулів;
- запланований період використання АФЕУ;
- графік інсоляції конкретної місцевості;
- орієнтацію фотоелектричних модулів щодо сонця (нерухома установка ФЕП
під заданим кутом, наявність системи автоматичного спостереження
фотоелектричних панелей за Сонцем);
- наявність системи екстремального регулювання потужності СБ.
В сучасних АФЕУ переважно використовуються фотоелектричні модулі
номінальною потужністю 120÷180 Вт/м2 [27]. Кількість виробленої електроенергії
сонячною батареєю прямо залежить від періоду (пори року) використання АФЕУ
та погодних умов. Значення графіка інсоляції для тієї або іншої місцевості можна
знайти в спеціальних виданнях на карті інсоляції, а також у таблицях приходу
сонячної енергії на інтернет-ресурсах.
Підвищити енергетичну ефективність сонячної батареї можливо наступними
основними способами [1]:
- реалізацією режиму безперервного автоматичного спостереження
фотоелектричних панелей за Сонцем;
- реалізацією режиму відбору потужності в оптимальній робочій точці вольт-
амперної характеристики СБ (реалізацією режиму екстремального регулювання
потужності (ЕРП) сонячних батарей).
Енергетична ефективність із застосуванням двоосьової системи
автоматичного спостереження за Сонцем фотоелектричних панелей становить до
50 %. Але такі системи мають складну конструкцію та досить дороговартісні,
через що не завжди виправдовують себе.
Ефект від реалізації режиму ЕРП СБ залежить від діапазону зміни
40
температури фотоелектричних панелей. Аналіз показує, що в порівнянні із
системами з паралельним з'єднанням СБ і АБ (робоча напруга СБ дорівнює напрузі
АБ), енергетична ефективність реалізації режиму екстремального регулювання
потужності СБ може досягати 30 % [48].
Ґрунтуючись на необхідних вихідних даних, необхідна площа сонячної
батареї може бути розрахована за формулою:

W
S = СБ (24 )
CБ , (2.5)
W
СБм2 (24 )

де W
СБм2 (24 ) – добова енергія, вироблена 1 м2 сонячної батареї, що
розраховується за формулою:

Р 2 ⋅ (t − t )⋅ K
W = СБм 2 1 ЕРП
СБм2 (24 ) (2.6)
Квст

де Р
СБм2 – потужність одного м2 СБ (за нормальних умов) зазначена в
технічних параметрах експлуатації; t1–t2 – тривалість світлового дня; КЕРП –
коефіцієнт збільшення енергетичної ефективності при екстремальному
регулюванні потужності СБ щодо паралельно-послідовного з'єднання СБ та АБ
(орієнтовно рівний 1,3); Кпоп– поправочний коефіцієнт встановлення СБ у просторі.
Поправочний коефіцієнт встановлення СБ у просторі, підтверджений на
моделях і може приймати різні значення:
− при наявності двохосьової системи спостереження за Сонцем значення
коефіцієнта приймається рівним одиниці;
− при установці СБ під кутом, рівному широті місця розташування та
орієнтованому на Південь, значення – 1,25;
− при відсутності двоосьової системи спостереження за Сонцем та
встановленням СБ у положенні, близькому до горизонтального, значення
коефіцієнта приймається 1,5.
41
Більш точні значення коефіцієнтів можна отримати на імітаційній моделі
АФЕУ з урахуванням температури, освітленості та інших умов.
Контролер заряду АБ і регулювання потужності СБ є важливим елементом
АФЕУ, тому що забезпечує ефективну роботу сонячної батареї, регулює струм
заряду та розряду АБ, захищаючи її від глибокого розряду та перезаряду,
продовжуючи тим самим термін служби.
При виборі контролерів необхідно враховувати робочі значення напруг СБ та
АБ, а також значення номінального струму. Контролер із ШІМ вибирається по
струму короткого замикання СБ із запасом 20-25%. Контролер з ЕРП СБ
вибирається залежно від потужності системи з урахуванням напруги
акумуляторних батарей в розрядженому стані. Крім того, швидкодія контролера з
ЕРП повинна забезпечувати стійкий пошук точки екстремуму потужності при
дрейфі ВАХ та ВВХ сонячної батареї.
Для перетворення постійного струму джерел живлення в змінний необхідний
інвертор. Для всіх типів інверторів основний параметр ККД повинен бути більше
90 % [26].
Вихідна напруга інверторів становить 220 В (50/60 Гц), а в інверторах
потужністю вище 10 кВт - 380 В. Вхідна напруга підбирається з ряду 12, 24, 48 В.
До форми вихідного сигналу автономних інверторів пред'являються менш жорсткі
вимоги. У ряді випадків (залежить від навантаження) можливе застосування
інверторів із трапецієподібним вихідним сигналом. Їх вартість у кілька разів
нижче інверторів із синусоїдальним вихідним сигналом [26].
До інвертора автономної фотоелектричної енергетичної установки
пред'являються наступні вимоги [26]:
- здатність витримувати перевантаження (як короткочасні, так і тривалі);
- низькі втрати при малих навантаженнях та на холостому ходу;
- стабілізація вихідної напруги;
- низький коефіцієнт гармонік;
- високий ККД.
При виборі інвертора необхідно враховувати всю сумарну потужність
споживання електричних приладів, що підключаються до інвертора та збільшити
42
це значення на 40 %. Обраний на цю потужність перетворювач дозволить
забезпечувати включення таких електроприладів, як компресорний холодильник,
насоси та ін., з пусковими потужностями, що перевищують паспортні значення.
Таким чином, запропонована методика проектування автономних
енергетичних установок, заснована на розрахунках енергобалансу та статистичних
значеннях графіка інсоляції конкретної місцевості, полягає в поетапному
вирішенні наступних завдань:
- визначення необхідної потужності проектованої енергетичної установки;
- вибір типу та параметрів акумуляторних батарей;
- визначення площі та параметрів сонячних батарей;
- вибір параметрів контролера заряду АБ і регулювання потужності СБ;
- вибір параметрів інвертора.

2.3. Порівняльний аналіз енергетичної ефективності та параметрів
автономних фотоелектричних енергетичних установок

Розроблена методика проектування АФЕУ дозволяє визначити оптимальні
параметри, а також, залежно від умов експлуатації та конкретних вимог кінцевого
споживача, варіювати склад системи. Методика дозволяє проектувати
фотоелектричні установки в наступних конфігураціях:
1) при встановленні сонячних батарей АФЕУ, що орієнтовані на Південь під
кутом, рівним широті місця розташування та стабілізації напруги СБ на заданому
рівні (АФЕУ – ШМ);
2) при встановленні сонячних батарей АФЕУ, що орієнтовані на Південь під
кутом, рівним широті місця розташування з екстремальним кроковим
регулятором потужності СБ (АФЕУ – ШМ ЕРП);
3) при двохосьовому спостереженні сонячних батарей за Сонцем і
стабілізації напруги СБ на заданому рівні (АФЕУ – ДО);
4) при двохосьовому спостереженні СБ за Сонцем та ЕРП СБ (АФЕУ – ДО
ЕРП).
Для порівняльного аналізу параметрів та енергетичної ефективності
43
фотоелектричних енергетичних установок різних параметрів і конфігурації за
розробленою методикою проведений розрахунок АФЕУ, призначеної для
електроживлення житлового приміщення в теплу пору року. Для розрахунків
використані дані графіка енергоспоживання (рис. 2.4) та графік інсоляції
(рис. 2.5).

Рис. 2.4. Графік енергоспоживання житлового приміщення.

Рис. 2.5. Графік рівня інсоляції за липень 2022 р.

Згідно з методикою, розрахунок спожитого навантаження добової енергії
проводиться за формулою (2.1):

24
W24 = ∫ Pнdt ≈ 5600 Вт ⋅ год .
0

Розрахунок ємності акумуляторної батареї проводиться за формулою (2.2):
44
С W24 ⋅ N 5600 ⋅ 2
АБ = = ≈ 335 А ⋅ год.
U АБ ⋅η р 48 ⋅ 0,7

Виходячи з отриманих даних, доцільне використання чотирьох послідовно
з'єднаних свинцево-кислотних акумуляторних батарей (12 В, 90 А·год) загальною
номінальною ємністю не менше 360 А·год та сумарною напругою 48 В.
Енергія від СБ, необхідна для електропостачання навантаження протягом
періоду (k+m), розраховується за формулою (2.3):

24 t1 t2 t3
WСБ (k +m ) = m ⋅1,2∫ Pнdt + k ⋅1,2∫ Pн(тінь )dt + k ∫ Pн(світ )dt + k ⋅1,2∫ Pн(тінь )dt =
0 0 t1 t2
= 2 ⋅1,2 ⋅5600 + 5 ⋅1,2 ⋅800 + 5 ⋅ 2400 + 5 ⋅1,2 ⋅ 2400 = 44600 Вт ⋅ год

Необхідна добова енергія СБ розраховується за формулою (2.4):

W
W CБ (k +m ) 44600
СБ (24 ) = = = 8920 Вт ⋅ год.
k 5

Сумарна добова енергія, згенерована ФЕП, безпосередньо залежить від
структури та умов експлуатації СБ. Нижче наведені розрахунки для кожного із
варіантів структури АФЕУ, результати яких зведено в табл. 2.1.
180 ⋅10
1) Структура АФЕУ – ШМ: W = =1440 Вт ⋅ год.
СБм2 (24 )
1,25
2) 180 ⋅10 ⋅1,3
Структура АФЕУ – ШМ ЕРП: W 2 ( ) = =1872 Вт ⋅ год.
СБм 24 1,25
3) Структура АФЕУ – ДО: W 180 ⋅10
= =1800 Вт ⋅ год.
СБм2 (24 ) 1
4) Структура АФЕУ – ДО ЕРП: W 180 ⋅10 ⋅1,3
2 ( ) = = 2340 Вт ⋅ год.
СБм 24 1
Необхідна площа сонячної батареї розраховується за формулою (2.5):
1) S 8920
СБ = ≈ 6,2м2;
1440
45
2) S 8920 2
СБ = ≈ 4,8м ;
1872
3) S 8920
СБ = ≈ 4,95м2;
1800
4) S 8920
СБ = ≈ 3,8м2.
2340
Для розрахунків кількості сонячних батарей використані фотоелектричні
перетворювачі «HH-MONO180W» потужністю 180 Вт та площею 1,3 м2. Вартість
розрахована, виходячи зі середньоринкової на комплектуючі АФЕУ та показує
орієнтовну ціну кінцевої структури фотоелектричної установки.

Таблиця 2.1 – Зведена таблиця залежності необхідної площі фотоелектричних
перетворювачів від структури АФЕУ

Структура АФЕУ Площа Необхідна кількість Орієнтовна вартість
ФЕП, м2 панелей СБ, шт. конфігурації, грн.
1) АФЕУ – ШМ 6,2 5 117 380
2) АФЕУ – ШМ ЕРП 4,8 4 110 860
3) АФЕУ – ДО 4,95 4 183 500
4) АФЕУ – ДО ЕРП 3,8 3 173 820

Таким чином, після проведення порівняльного аналізу енергетичної
ефективності та параметрів АФЕУ виявлено, що обрана структура установки дуже
впливає на необхідну площу сонячних батарей для того самого графіка
енергоспоживання. У варіантах структур із двохосьовим спостереженням за
сонцем з ЕРП СБ та структурі з встановлених сонячних батарей, орієнтованих на
Південь під кутом, рівним широті місця розташування та стабілізації напруги СБ
на заданому рівні, кількість СБ може варіюватися від 3 до 5 штук для АФЕУ малої
потужності. Ефект від застосування системи ЕРП сонячних батарей схожий із
системою автоматичного спостереження СБ за сонцем, але в рази дешевше, а
також простіше в реалізації.

46
Висновки до другого розділу

1. Відомі різні способи та методи визначення параметрів і характеристик
фотоелектричних установок, що дозволяють із тим чи іншим ступенем точності
розрахувати необхідні параметри її вузлів, але найчастіше вони мають надлишкову
потужність або розраховуються, виходячи з даних інсоляції, які не дають точної
річної картини в конкретній місцевості.
2. Розроблена методика проектування автономних енергетичних установок,
основана на розрахунках енергобалансу та статистичних значеннях графіка
інсоляції конкретної місцевості, що дозволяє в процесі проектування порівнювати
та вибирати раціональний варіант структури і технічні параметри енергетичної
установки для заданих умов експлуатації і графіка енергоспоживання.
3. Порівняльний аналіз енергетичної ефективності та параметрів автономних
фотоелектричних енергетичних установок показав, що ефект від застосування
системи екстремального регулювання потужності сонячних батарей подібний з
ефектом від системи автоматичного спостереження СБ за сонцем, але ЕРП значно
простіше реалізується.
4. Вартісний порівняльний аналіз структур автономних фотоелектричних
енергетичних установок з установкою сонячних батарей, орієнтованих на Південь
під кутом, рівним широті місця розташування та стабілізації напруги СБ на
заданому рівні, а також із двохосьовим спостереженням СБ за Сонцем та ЕРП
потужності СБ показав, що найбільш раціональним і вигідним варіантом
побудови АФЕУ є структура із встановленням сонячних батарей, орієнтованих на
Південь та ЕРП.

47

РОЗДІЛ 3. CИСТЕМИ ЕКСТРЕМАЛЬНОГО
РЕГУЛЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ СОНЯЧНОЇ
БАТАРЕЇ

МКР 22.144.47 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Денисов Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Плахотний РОЗДІЛ 3. Cистеми екстремального
регулювання потужності сонячної
Н. Контр. батареї
ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калейніков
48
3.1. Перетворювачі потужності сонячних батарей

Одним з найважливіших завдань, що виникають при проектуванні та створенні
перетворювачів потужності (зарядних пристроїв) автономних фотоелектричних
енергетичних установок, є узгодження рівнів напруги джерел енергії. Враховуючи,
що напруга робочої точки вольт-амперної характеристики відповідно до
максимальної потужності нестабільна, перетворювач повинен бути регульованим.
Необхідність забезпечення широкого діапазону регулювання напруги СБ при
пошуку точки максимальної потужності суттєво впливає на структуру побудови
контролера заряду акумуляторних батарей та ускладнює визначення його
енергетичних параметрів, а також розрахунки електрорадіоелементів силової
схеми [20].
Контролери заряду будуються на основі безтрансформаторних перетворювачів
постійної напруги, що забезпечують високе значення ККД за рахунок малої кількості
силових елементів. Однак, ці схеми мають обмежений діапазон регулювання, що
ускладнює узгодження рівнів напруги сонячної та акумуляторної батарей.
Узгодження досягається шляхом послідовного або паралельного з'єднання
елементарних джерел, що складають АБ або СБ, що дозволяє налаштувати рівні
напруги джерел таким чином, щоб діапазон регулювання перетворювача містив у
собі точку максимальної потужності ВВХ із врахуванням її можливого дрейфу. При
цьому не завжди вдається досягнути прийнятних енергетичних характеристик
системи [20].
Розповсюдженим варіантом КЗАБ на основі перетворювачів постійної
напруги є найпростіший понижувальний перетворювач, представлений на
рис. 3.1, а. Перевагою схеми є стабільний струм заряду акумулятора, що
забезпечується великою вихідною індуктивністю, однак переривчасте імпульсне
споживання вхідного струму вимагає установки громіздкого C-фільтра.
Регулювальна характеристика такого перетворювача за умови безперервності
струму дроселя, описується співвідношенням:

49
U ВИХ γ
= , (3.1)
U ВХ 1+ RL R
1 H

де γ – відносна тривалість відкритого стану транзистора; RL1 – активний опір
дроселя L1; RН – опір навантаження.

Рис. 3.1. Регульовані перетворювачі енергії сонячної батареї: а) перетворювач
пониження; б) перетворювач підвищення; в) перетворювач Кука.

Регулювальна характеристика (3.1) відповідає роботі перетворювача від джерела
ЕРС. При живленні перетворювача від сонячної батареї, що має нелінійну ВАХ, і
роботі на акумуляторну батарею, яка є навантаженням з непостійним опором,
характеристики суттєво зміняться. Використовуючи вираз 3.1 і враховуючи, що
регульованим параметром є напруга СБ, отримаємо вираження:

RL R I
1 L1 ВИХ
∗ U 1+ R R 1+ ⋅ IВИХ 1+ ⋅ R
U = СБ = L U
1 H = АБ U
= АБ γ 1
= + L I
1 СБ
СБ ⋅ .
U 2
АБ γ γ γ γ U АБ γ

У зв'язку з істотною складністю виразів, що описують ВАХ СБ, скористаємося
50
математичною моделлю СБ, запропонованою в [21], де ВАХ задано трьома
характерними точками:
- напругою холостого ходу UХХ;
- струмом короткого замикання IКЗ;
- оптимальними значеннями струму I0 та напруги U0:

 U XX −UСБ
   U 
XX −U0
IСБ = ІКЗ 1 І
− 0 
 1− 
І  , (3.2)
  КЗ  


використовуючи яке, отримаємо рівняння:

U −U
∗  XX СБ
1 R   І  U 
XX −U0
∗ 
UСБ = + L1 0
2 1− 1−  , (3.3)
γ γ   ІКЗ  
 

що поєднує регульований параметр UСБ із відносною тривалістю імпульсу
керування γ. Опір втрат у дроселі зручно виразити відносною величиною
R ∗
L = RL ⋅ IКЗ U АБ .
1 1
Важливим параметром, що характеризує енергетичну ефективність КЗАБ, є
коефіцієнт використання СБ - КР, обумовлений співвідношенням фактично
спожитої потужності від СБ з потужністю оптимальної точки ВАХ:

К Р U І
= СБ = СБ ⋅ СБ
р .
Р ∗
СБ _ тах U 0 І0

Інший розглянутий критерій енергетичної ефективності – коефіцієнт
корисної дії перетворювача (η), який при зневазі втратами в транзисторі VT1, тобто
при врахуванні тільки втрат у дроселі L1, можна отримати за виразом:
η 1 І 1 1
= ⋅ ВИХ
∗ =
U ∗ ⋅ .
СБ ІВХ UСБ γ
51

Таким чином, задаючи ВАХ СБ за допомогою виразу (3.2), можна визначити
залежності енергетичних параметрів перетворювача від керуючого впливу γ.
Доцільним є визначення енергетичних характеристик КЗАБ в крайніх точках
його діапазону регулювання, тобто при ВАХ, відповідно до крайніх значень
напруги U0. У результаті проведених досліджень встановлено, що для панелі KV
160/24M максимальне значення напруги оптимальної точки відповідає
температурі 30 °С, при цьому ВАХ1 має параметри UХХ=52 В, IСБ=4,8 А,
U01=43,1 В, I01=4,3 A. Мінімальне значення напруги оптимальної точки відповідає
слабкій освітленості панелей при температурі від +60 до +70 °С. ВАХ2 у цьому
випадку має параметри UХХ=25,2 В; IКЗ=2,1 А; U02=21,8 В; I02=1,8 A. Графічно
характеристики СБ представлено на рис. 3.2.

Рис. 3.2. ВАХ та ВВХ фотоелектричних перетворювачів KV 160/24M.

Характеристики понижуючого перетворювача при роботі на ВАХ (рис. 3.2)
при напрузі акумулятора UАБ=24 В та відносних втратах у дроселі R *
L1 =0,05
наведено на рис. 3.3. При температурі –30 °С вхідна потужність перетворювача
має максимум при γ=0,59, що відповідає близькому до одиниці коефіцієнту
використання КР→1. Коефіцієнт корисної дії в цій точці має мінімум і становить
0,93%. Слід зазначити, що у всьому діапазоні регулювання γ напруга СБ
52
перевищує напругу АБ, тобто UСБ*>1. Збільшення напруги СБ обмежено напругою
холостого ходу СБ, що досягається при γ=0,46. У випадку подальшого зменшення γ
перетворювач переходить у режим переривчастого струму і його параметри не
можуть описуватися характеристикою (3.3), що отримана за умови безперервності
струму дроселя.
Зменшення напруги оптимальної точки ВАХ до значення U0=21,8 В при
UАБ=24 В не дозволяє ефективно застосовувати перетворювач понижуючого типу,
про що свідчать характеристики, представлені на рис. 3.3, б. Видно, що діапазон
регулювання перетворювача в цьому випадку дуже вузький, обмежений в
інтервалі 24–25 В і не охоплює точку ВВХ із максимальною потужністю.
Коефіцієнт використання в цьому випадку КР=0,33 при γ=1. Результати говорять
про ефективність застосування в цьому випадку підвищувального
перетворювача, що дозволяє отримати напругу СБ менше напруги АБ (UСБ <UАБ).
Підвищуючий перетворювач (рис. 3.1, б) має на вході дросель L1, що
забезпечує безперервність вхідного струму та стабільність робочої точки ВАХ по
струму. Враховуючи імпульсний режим заряду конденсатора С1, необхідний
вихідний дросель L2, що забезпечує заряд АБ постійним струмом. Регулювальна
характеристика підвищуючого перетворювача при роботі від ідеального джерела
напруги за умови безперервності струму дроселя L1 описується
співвідношенням:

U 1− γ
ВИХ = ( )2 . (3.4)
U ВХ 1− γ + RL R
1 H

Характеристика ідеального перетворювача показує збільшення напруги у
всьому діапазоні регулювання, але наявність втрат на вхідному дроселі приводить
до її викривлення при більших значеннях γ, що пов'язано з різким зростанням
вхідного струму відносно вихідного [22]. Для визначення регулювальної
характеристики, відповідно до режиму роботи від СБ на навантаження у вигляді
АБ, зроблені перетворення, аналогічні проведеним для понижувального
53
перетворювача та отримано вираз:

 U XX −UСБ 
U ∗ = R ∗  I  U XX −U0
СБ L 1− 1− 0  
  + (1− γ ). (3.5)
1  I 
  КЗ  

Характеристики підвищувального перетворювача, отримані за формулою
(3.5) при тих же параметрах, наведено на рис. 3.3. Результати показують, що
перетворювач підвищувального типу має лінійну регулювальну характеристику,
при цьому обумовлена втратами вхідного дроселя нелінійність, властива
рівнянню (3.4), у рівнянні (3.5) відсутня, що пояснюється тим, що робоча точка СБ
у цьому випадку перебуває на лінії стабілізації струму. Практичним висновком є
неможливість цієї схеми налаштуватись на точку ВАХ СБ із максимальною
потужністю при U0 >UАБ, в результаті чого коефіцієнт використання СБ становить
КР=0,65 та відповідає γ=0.
Досягнути успішного регулювання точки ВАХ з максимальною потужністю
при будь-якому співвідношенні напруг UАБ і U0 можна за допомогою складеного
широкодіапазонного перетворювача, наприклад, перетворювача Кука, що має
вхідний каскад на основі підвищувального, а вихідний на основі понижувального
перетворювача (рис. 3.1, в). Регулювальна характеристика перетворювача Кука
описується співвідношенням [22]:

U ВИХ γ 1
= ⋅ 2 ,
U ВХ 1− γ
R  γ 
L RH ⋅   + RL R +1
1 1− γ H
 2

при цьому для співвідношення струмів виконується умова:

ІВИХ 1− γ
= .
ІВХ γ

54
Отримати характеристики перетворювача Кука при роботі від СБ на АБ
можна, розв'язавши рівняння відносно змінної γ, при підстановці ψ 1− γ
=
γ
рівняння прийме вигляд:

R R
U ∗
СБ =ψ 2 L2 ⋅ ІСБ +ψ + L1 ⋅ ІСБ
U АБ U АБ

та матиме один позитивний корінь:

U 2 + 4R I (U − R I
ψ = АБ L2 СБ Сб L1 СБ ) −U АБ ,
2RL I
2 СБ

який з врахуванням (3.2) дозволяє отримати шуканий аналітичний зв'язок.
Результати рішення рівняння представлено на рис. 3.3. Видно, що
перетворювач Кука дозволяє регулювати напругу СБ у точках, близьких до
максимальної потужності, тобто отримати КР→1 як у випадку U0>UАБ при γ=0,38
з ККД, рівним η=0,91, так і при U0 <UАБ при γ=0,58 та η =0,92.
Таким чином, за інших рівних умов перетворювач Кука є єдиним
безтрансформаторним перетворювачем, що дозволяє отримати близький до
одиниці коефіцієнт використання СБ при будь-якому співвідношенні напруг U0 та
UАБ. Слід врахувати, що перетворювач Кука робить подвійне перетворення
енергії та має завищену – стосовно розглянутих схем – габаритну потужність
силових елементів. Це проявляється при виборі транзистора, комутуючого
сумарний струм АБ і СБ, а також в наявності відразу двох дроселів L1 і L2.
Погіршення ККД перетворювача пов'язано із введенням додаткового дроселя,
можна спостерігати за даними табл. 3.1 та рис. 3.3.
Для спрощення порівняльного аналізу дані розрахунків зведено в табл. 3.1.

55

а) б)
Рис. 3.3. Характеристики перетворювача енергії сонячної батареї на основі
понижуючого перетворювача (1), підвищуючого (2), перетворювача Кука (3) при
U *
АБ=24В, RL1 =0,05 та параметрах: а) ВАХ1 U0>UАБ; б) ВАХ2 U0<UАБ

Таблиця 3.1 – Параметри схем перетворювачів постійної напруги
ВАХ1 (U0>UАБ) ВАХ2 (U0<UАБ)
Схема перетворювача ККД, η KP ККД, η KP
Перетворювач пониження 0,93 1 0,98 0,33
Перетворювач підвищення 0,95 0,65 0,95 1
Перетворювач Кука 0,91 1 0,92 1

56
Порівняння перетворювачів постійної напруги за критеріями коефіцієнта
використання потужності сонячної батареї та коефіцієнта корисної дії показує, що
перетворювач Кука, за рахунок широкого діапазону регулювання, має кращий КР
фактично при будь-яких умовах роботи (КР→1), але гірші значення ККД.
Перетворювач підвищення працює в режимах СБ, що спостерігаються при
затіненні або виході сонця з тіні. Вони, як правило, короткочасні, тому
застосування даного перетворювача в КЗАБ недоцільно.
Перетворювач пониження найбільш просто узгоджується із системами
екстремального регулювання потужності сонячних батарей шляхом регулювання
скважності роботи силових ключів і при стандартних ВАХ найбільш оптимальний
для застосування в контролерах заряду АФЕУ з ЕРП СБ.

3.2. Способи регулювання максимуму потужності сонячних батарей

Для отримання максимальної енергії від сонячної батареї необхідно
здійснювати пошук точки оптимуму ВАХ фотоелектричних перетворювачів.
Пошук і підтримка оптимального енергетичного режиму дозволяє отримати
додаткову енергію, підвищивши тим самим енергетичну ефективність
фотоелектричної установки [23, 24, 25].
Існує ряд систем екстремального регулювання з різними способами організації
пошуку екстремуму: кроковим, обчислення похідної, напруги холостого ходу,
струмового розгорнення, гібридним, нечіткої логіки. Багато виробників контролерів
заряду мають фірмові назви для свого методу пошуку точки максимальної
потужності СБ, але в остаточному підсумку всі ці методи є варіаціями крокового
способу (ітерації навколо точки екстремуму).
У кроковому способі система пошуку екстремуму ВАХ на невелику
величину змінює вхідний опір, внаслідок чого змінюється напруга масиву
фотоперетворювачів. Після чого проводиться вимір потужності, якщо потужність
збільшується – контролер продовжує змінювати напругу в цьому ж напрямку, поки
потужність не буде зменшуватися. Алгоритм крокового способу представлено на
рис. 3.4. Поширеність даного способу обумовлена простотою його реалізації,
57
незважаючи на те, що він приводить до коливань потужності [26, 27].

Рис. 3.4. Алгоритм крокового способу пошуку екстремуму.

Спосіб обчислення похідної, оснований на тому, що значення похідної в
точці максимуму потужності ВАХ сонячної батареї дорівнює нулю. Контролер
робить обчислення для визначення знака зміни потужності відносно напруги, щоб
передбачити ефект від зміни напруги. Відповідно до алгоритму способу
обчислення похідної (рис. 3.5) контролер проводить обчислення, визначаючи
точку максимальної потужності та порівнюючи значення IΔ/UΔ з I/U [28, 29].
За умови рівності величин (I/V= IΔ/VΔ) вихідна напруга відповідає значенню
максимальної потужності. Екстремальний регулятор підтримує цю напругу, поки
не зміняться умови освітленості, після чого цикл алгоритму повторюється. Цей
спосіб більш вимогливий до обчислювальної потужності контролера, але при
швидкозмінній інсоляції здатний відслідковувати точку максимуму краще
крокового.
58

Рис. 3.5. Алгоритм способу пошуку екстремуму по похідній.

Також відомий спосіб напруги холостого ходу (постійної напруги). Термін
«спосіб постійної напруги» у класифікації способів ЕРП СБ застосовується
авторами для опису різних технік. Найчастіше це спосіб, при якому вихідна
напруга регулюється постійною величиною незалежно від умов, або спосіб, у
якому величина визначається відношенням поточної вихідної напруги до напруги
холостого ходу. Робоча точка в цьому випадку не є точкою максимальної
потужності, але цей спосіб у постійних швидкозмінних умовах інсоляції, на
відміну від інших, продовжує працювати. Найчастіше використовується разом з
іншими способами регулювання максимуму потужності.
Система екстремального регулювання, що функціонує по цьому способу,
відключає СБ від навантаження та проводить вимірювання напруги холостого
59
ходу, після чого задає робоче значення напруги з постійним коефіцієнтом.
Внаслідок чого робоча точка фотоелектричного модуля знаходиться поруч або
безпосередньо в точці оптимуму ВАХ СБ [29].
Гібридний спосіб пошуку точки максимальної потужності ВАХ СБ поєднує
в собі кілька способів пошуку екстремуму. Одна з найпоширеніших комбінацій –
це кроковий спосіб і спосіб напруги холостого ходу. Алгоритм представлено на
рис. 3.6. Під час першого циклу пошуку точка максимуму потужності з малою
точністю оцінюється на основі способу напруги холостого ходу. Після чого під час
другого циклу алгоритму на основі крокового способу проводиться точне
визначення екстремуму ВАХ СБ.

Рис. 3.6. Цикл алгоритму гібридного способу пошуку екстремуму.

Кроковий спосіб і спосіб обчислення похідної можуть визначити локальний
максимум потужності та забезпечити дійсну точку екстремуму ВАХ СБ.
Основним мінусом крокового способу є те, що система, перебуваючи в
оптимальній точці ВАХ, створює коливання вихідної потужності ФЕП навіть при
постійному рівні освітленості, що приводить до незначних втрат потужності.
Спосіб обчислення похідної у порівнянні із кроковим може визначити
екстремум без коливань вихідної потужності. Але, при швидкозмінних умовах
інсоляції може працювати хаотично. Цей спосіб більш вимогливий до
обчислювальної потужності контролера, що може привести до зниження частоти
дискретизації та додаткових втрат енергії сонячної батареї.
60
У способі напруги холостого ходу під час проведення вимірів втрачається
вироблена СБ енергія. Також наведена величина відношення точки максимальної
потужності до напруги холостого ходу (як правило, 76 %) не завжди є точною для
конкретного випадку.

3.3. Моделювання систем екстремального крокового регулювання
потужності сонячної батареї

Вимоги до екстремальних систем і особливості ВАХ СБ обумовлюють
необхідність досліджувати точність регулювання екстремуму залежно від
крокової зміни напруги стабілізації СБ (ΔUст) та визначити швидкодію
екстремального регулятора, що гарантує стійкість системи при дрейфі вольт-
амперної характеристики.
При проектуванні автономних фотоелектричних енергетичних установок з
ЕРП із метою прогнозування їх енергетичної ефективності необхідно знати
залежність точності регулювання екстремуму від крокової зміни напруги
стабілізації СБ. Для цього побудована імітаційна модель АФЕУ в графічному
середовищі імітаційного моделювання Маtlab Simulink (рис. 3.7).
Модель складається із сонячної та акумуляторної батарей, навантаження (Н),
контролера заряду з функцією екстремального регулювання потужності СБ
(Контролер MPPT) і ключів (SW1, SW2) для перемикання між режимами роботи
енергетичної установки (електроживлення навантаження від АБ або СБ). Нижче
представлені моделі кожного блоку системи.

Рис. 3.7. Імітаційна модель АФЕУ.
61
Модель контролера заряду АБ з функцією ЕРП СБ (рис. 3.8) складається з
датчиків струму та напруги (С.М.1, С.V.1), силової частини (перетворювач
пониження) і блоку контролера, реалізованого за допомогою Маtlab Function. У
функції реалізований алгоритм екстремального крокового регулювання
потужності з можливістю зміни його параметрів (частота кроку регулювання,
величина кроку).

Рис. 3.8. Модель контролера заряду АБ з функцією ЕРП СБ.

На рис. 3.9 представлена розроблена модель сонячної батареї, у якій
передбачена можливість задання таких параметрів, як струм короткого замикання,
напруга холостого ходу сонячного елемента, температура навколишнього
середовища, рівень освітленості ФЕП, кількість фотоелектричних перетворювачів
у СБ. Модель, побудована на основі джерела струму та Маtlab Function, а також
блоку J, за допомогою якого задається освітленість СБ.

Рис. 3.9. Модель сонячної батареї.
62
На рис. 3.10, а представлена модель акумуляторної батареї, що входить до
складу АФЕУ, яка реалізована на основі джерела напруги з можливістю задання
номінальної ємності та напруги, а також можливістю заряду і розряду (рис. 3.10,б).
Усі виміри проводяться за допомогою блоків вольтметрів, амперметрів і
осцилографів. Параметри всіх блоків моделі АФЕУ були задані з урахуванням
технічних характеристик, а також на основі отриманих експериментальних даних.
Розроблена модель АФЕУ адекватно відображає логіку роботи реальної
енергетичної установки, що дозволяє використовувати її при проектуванні таких
систем. Вольт-амперні та вольт-ватні характеристики фотоелектричних панелей
KV 160/24M при різних значеннях температури та освітленості, що вимірюються
в різну пору року, наведено на рис. 3.11, з аналізу яких випливає, що значення
згенерованої потужності суттєво залежить від місця розташування сонячної
батареї та умов її експлуатації, реальні практичні значення Uопт перебувають у
межах 22÷44 В.
а)
б)
Рис. 3.10. Модель АБ що входить до складу АФЕУ: а) структура моделі;
б) Subsystem.
63
Діапазон зміни Uопт=22÷35 В панелей KV 160/24M, наведений у технічних
характеристиках виробника СБ, відрізняється від експериментально вимірюваних
значень. Це пояснюється тим, що виробник фотоелектричних панелей приводить
технічні характеристики при температурі модуля 25 оС.
Температура фотоелектричних панелей суттєво залежить від конструкції,
інтенсивності охолодження потоками вітру та рівня освітленості, і навіть узимку
на відкритих майданчиках при слабкому вітрі перевищує температуру повітря на
10-20 градусів. Влітку, в закритих від вітру місцях, перегрів панелей сонячної
батареї може досягати 30÷40 °С. Таким чином, з аналізу ВАХ і ВВХ сонячних
батарей випливає, що при проектуванні енергетичних установок з ЕРП необхідно
приймати робочий температурний діапазон фотоелектричних модулів від -30 до
+70 °С, що веде до зміни Uопт і Uхх стандартних фотоелектричних панелей,
наприклад KV 160/24M на 25 В.

Рис. 3.11. Вольт-амперна і вольт-ватна характеристика фотоелектричних панелей
KV 160/24M при різній температурі та ступені освітленості.

Отже, робочий діапазон пошуку екстремуму потужності повинен бути не
менше 30 В (20÷50 В) (рис. 3.7).
64
На рис. 3.12-3.20 представлено тимчасові діаграми, отримані за допомогою
розробленої моделі АФЕУ. На них наведені характеристики контролера заряду АБ
(струм, напруга, потужність) у режимі екстремального крокового регулювання
потужності СБ, при постійному рівні освітленості та різних параметрах ЕРП.

Рис. 3.12. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 0,5 В, частота кроку – 1 Гц).

Рис. 3.13. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 0,5 В, частота кроку – 2 Гц).
65

Рис. 3.14. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 0,5 В, частота кроку – 5 Гц).

Рис. 3.15. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 1 В, частота кроку – 0,5 Гц).

66

Рис. 3.16. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 1 В, частота кроку – 2 Гц).

Рис. 3.17. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 1 В, частота кроку – 5 Гц).

67

Рис. 3.18. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 2 В, частота кроку – 0,5 Гц).

Рис. 3.19. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 2 В, частота кроку – 2 Гц).

68

Рис. 3.20. Часові діаграми характеристик контролера заряду в режимі ЕРП
(величина кроку – 2 В, частота кроку – 5 Гц).

На основі результатів моделювання розрахована залежність енергетичної
ефективності використання СБ потужності РСБ/Рмакс.СБ від значення змін UСБ (∆Uст),
результати наведено в табл. 3.2 та на рис. 3.21, де Рнд – недовикористана
потужність СБ. З аналізу значень енергетичної ефективності використання СБ по
потужності випливає, що при покрокових змінах UСБ, до 2 В гарантується відбір
максимальної потужності від СБ із точністю не менше 98% (РСБ< 2% Рмакс.СБ).

Таблиця 3.2 – Значення енергетичної ефективності використання СБ по
потужності від значення крокових змін
Параметр Значення
∆Uст, В 0,5 1 1,5 2
PСБ/Pмакс.СБ, % 99,7 99,6 99,2 98,5

69

Рис. 3.21. Залежність енергетичної ефективності використання СБ по потужності
від значення крокових змін.

У системі автоматичної оптимізації крокового типу при незмінних умовах
експлуатації теоретично можлива мінімальна кількість кроків два або три [30].
Двокроковий режим пошуку екстремуму потужності здійснюється, коли робоча
точка на ВВХ при черговій кроковій зміні UСБ попадає в область оптимального
значення потужності СБ (рис. 3.22) і при кожній другій кроковій зміні UСБ
відбувається зменшення потужності, згенерованої СБ.

Рис. 3.22. Діаграма двокрокового режиму пошуку екстремуму потужності СБ.

Трьохкроковий режим теоретично можливий в аналогових системах
вимірювань потужності СБ і наявності гістерезису в системі порівняння потужності
при кожній кроковій зміні UСБ (∆Uст). У системі автоматичної оптимізації
крокового типу із цифровими системами вимірювань потужності СБ
70
трьохкроковий режим практично неможливий.
Характеристики СБ (ВАХ, ВВХ) автономних енергетичних установок
змінюються при зміні умов експлуатації. При затіненні фотоелектричних панелей
хмарами змінюється освітленість. Час настання затінення як правило становить 5-
10 секунд, однак при цьому змінюється рівень генерованої потужності, але
практично не встигає змінитися температура панелей, тому яких-небудь ускладнень
регулювання екстремуму потужності не відбувається. При великій швидкості зміни
освітленості теоретично система може перейти в однокроковий режим, тобто
напрямок пошуку екстремуму потужності змінюється після кожного кроку.
Схематично процес регулювання в цьому випадку наведено на рис. 3.23.
Вимірювання потужності екстремальним регулятором проводиться в точках 2' і 3'
[14].

Рис. 3.23. Діаграми регулювання екстремуму потужності СБ при затіненні
фотоелектричних панелей хмарами.

Експериментально встановлено (рис. 3.24), що охолодження
фотоелектричних панелей після їхнього щільного затінення хмарами до
температури навколишнього повітря відбувається за 10-12 хвилин. З появою
сонця температура фотоелектричних панелей може максимально підвищитися на
40 °С за 10-12 хвилин, тобто максимальне значення швидкості дрейфу ВВХ (VUСБ)
може становити ≈0,03 В/с [14].
71

а) б)
Рис. 3.24. Залежність зміни температури СБ від часу при нагріванні (а) та
охолодженні (б) фотоелектричної панелі.

Необхідна швидкодія екстремального регулятора залежно від значення кроку
∆Uст перебуває з вираження [31]:

∆τ=1/fЕШР ≤ ∆Uст/VUСБ, (3.6)

де VUСБ – швидкість зміни напруги СБ в оптимальній точці.
Але дана умова є достатньою лише для випадків горизонтального дрейфу
ВВХ СБ, тобто при РСБмакс(t)=const. Такий режим можливий тільки теоретично,
при пропорційному впливі на дрейф ВВХ температури та освітленості. Так як в
переважній більшості випадків дрейф ВВХ при прогріві панелей СБ
супроводжується зменшенням екстремального значення потужності, то при
некоректному виборі частоти кроку, близькому до критичного значення ∆Uст/VСБ,
можливий реверс системи внаслідок зменшення потужності СБ навіть при русі
робочої точки в сторону екстремуму потужності (рис. 3.25). Тому, для
забезпечення стійкості необхідне виконання додаткової умови ∆РСБ≥0, тобто
збільшення потужності, викликане кроковою зміною UСБ, повинно компенсувати її
зменшення, обумовлене дрейфом характеристики [30].

72

Рис. 3.25. Діаграми дрейфу ВВХ СБ.

Рівняння дрейфуючої ВВХ, апроксимованої квадратичною параболою, має
вигляд:

РСБ (UCБ ;t) = a(t)[UСБ −UСБопт (t)]2 + PСБмакс (t),
РСБ макс (t) = РСБ макс (t − ∆τ) + ∆РСБ макс (∆τ);
U СБ опт (t) = U СБ опт (t − ∆τ) + ∆Υ СБ опт (∆τ); (3.7)
а(t) = a(t − ∆τ) + ∆α(∆τ).

На основіві наведеного рівняння параболи визначається вираз для
збільшення вихідного сигналу при допущенні, що характеристика дрейфує з
невеликим викривленням форми, тобто а(t)>>∆α(t):

∆РСБ = РСБ (UCБ ;t)− РСБ (UCБ − ∆UCБ ;t − ∆t), (3.8)
∆РCБ = 2а(t)∆UСТ [UСБ −UСБопт (t)]− 2a(t)∆UСБопт (∆t)[UСБ −UСБопт (t)]−
(3.9)
− a(t)[∆UСТ − ∆UСБопт (∆t)]2 + ∆РСБмакс (∆t).

При заданих умовах дрейфу (∆UСБопт(∆τ); ∆РСБмакс(∆τ)) можна визначити
співвідношення тривалості кроків та значень одиничної зміни ∆Uст, що забезпечує
стійку роботу ЕРП. Діапазон можливих значень параметра а(t) знаходиться за
умови РСБ(UСБ, t)=0 та зміні UСБ від Uхх до 2UСБ опт.
73
Таким чином, для контролера заряду АБ із кроковим екстремальним
регулятором потужності СБ, що входить до складу автономної енергетичної
установки зі стандартними фотоелектричними панелями з номінальною напругою
35 В (при температурі 25 °С), визначений діапазон пошуку екстремуму потужності
залежно від температури та освітленості СБ, рівний 30 В. При використанні
цифрової системи керування та кроці екстремального регулятора від 0,5 до 1 В
енергетична ефективність обладнання становить більше 98 % від максимально
можливої потужності СБ. При ВАХ, що змінюється під час нестабільних зовнішніх
умов система повинна показувати стабільну та ефективну роботу, здійснюючи
пошук екстремуму в двокроковому і однокроковому режимах.

Висновки до третього розділу

1. Понижуючий перетворювач постійної напруги найбільше узгоджується із
системами екстремального регулювання потужності сонячних батарей шляхом
регулювання скважності роботи силових ключів.
2. Система екстремального регулювання на основі способу обчислення
похідної здатна визначити екстремум у швидкозмінних умовах, але може
працювати хаотично та створювати значні коливання потужності. Також, у
порівнянні із кроковим способом, збільшується час обчислень через ускладнення
алгоритму, що приводить до зниження частоти дискретизації СБ.
3. Кроковий спосіб пошуку екстремуму забезпечує стійке регулювання
максимуму потужності сонячної батареї та коефіцієнт її використання не менше
ніж 98 % у будь-яких змінних умовах експлуатації СБ.
4. Для контролера заряду АБ із кроковим екстремальним регулятором
потужності СБ визначений діапазон пошуку екстремуму потужності, залежно від
температури та освітленості СБ, рівний 30 В. При використанні цифрової системи
керування та кроці екстремального регулятора від 0,5 до 2 В енергетична
ефективність обладнання становить більше 98 % від максимально можливої
потужності СБ.

74

РОЗДІЛ 4. РОЗРОБКА ЕНЕРГЕТИЧНОЇ
УСТАНОВКИ З ЕКСТРЕМАЛЬНИМ
КРОКОВИМ РЕГУЛЮВАННЯМ
ПОТУЖНОСТІ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ

МКР 22.144.47 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Денисов Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Плахотний РОЗДІЛ 4. Розробка енергетичної
установки з екстремальним кроковим
Н. Контр. регулюванням потужності сонячних
батарей ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калейніков
75
4.1. Автономна фотоелектрична енергетична установка з екстремальним
кроковим регулюванням потужності сонячних батарей

АФЕУ-0,5 побудована на основі структурної схеми, представленої на рис. 4.1,
де прийняті наступні позначення: СБ – сонячна батарея; КНС – контролер
наведення на сонце; ДКД1, ДКД2 – драйвери керування кроковими двигунами;
ДРС1, ДРС2 – датчики розташування сонця по азимуту та куту місця; КВ1-КВ4 –
кінцеві вимикачі, М1, М2 – крокові двигуни; Р1–Р4 – редуктори; КЗАБ –
контролер заряду акумуляторних батарей; І – інвертор; АБ1, АБ2 – акумуляторні
батареї.

Рис. 4.1. Функціональна схема АФЕУ-0,5.

Автономна фотоелектрична енергетична установка АФЕУ-0,5 складається з
електромеханічної частини; контролера заряду АБ з екстремальним кроковим
регулятором потужності СБ; двох СБ – KV 160/24M; двох АБ –
TUDORT12V155FT; контролера наведення фотоелектричних панелей на Сонце;
драйверів керування кроковими двигунами (DM356M); інвертора TS 1500-224.
Фото електромеханічної частини енергетичної установки наведено на рис. 4.2.
Вона складається з рами із двома фотоелектричними модулями KV 160/24M;
рухомого металевого каркаса; нерухомого металевого каркаса; редуктора повороту
за кутом місця; редуктора повороту по азимуту; двох крокових двигунів типу ШД-
5Д; двох датчиків положення сонця [32].
76

Рис. 4.2. Електромеханічна частина енергетичної установки АФЕУ-0,5
з двома фотоелектричними панелями KV 160/24M.

Акумуляторна батарея складається із двох послідовно з'єднаних акумуляторів
«TUDORT12V 155FT» по 12 В кожна. Зовнішній вигляд акумуляторних батарей,
використаних в АФЕУ–0,5, представлено на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Зовнішній вигляд акумуляторних батарей TUDORT12V 155FT.

Короткі параметри:
– технологія виробництва – AGM;
77
– термін використання 3-5 років;
– напруга 12 В;
– ємність 159 А год;
– довжина 560 мм;
– ширина 125 мм;
– висота 290 мм;
– вага нетто 55,4 кг.
Знімок зовнішнього вигляду інвертора струму TS 1500-224 представлено на
рис. 4.4.

Рис. 4.4. Зовнішній вигляд інвертора струму TS 1500-224.

Основні характеристики:
– вихідна потужність 1,5 кВт;
– вхідна напруга DC 24 В;
– вихідна напруга AC 230 В;
– форма вихідної напруги – чистий синус;
– розмір – 420×220×88 мм.

4.2. Розробка контролера заряду з екстремальним кроковим
регулюванням потужності сонячних батарей

Функціональну схема розробленого та виготовленого контролера заряду
акумуляторних батарей наведено на рис. 4.5, де прийняті наступні позначення:
78
СБ1, СБ2 – фотоелектричні модулі KV 160/24M; МК – мікроконтролер Atmega
128; АБ1, АБ2 – акумуляторні батареї Tudor 12 В, 155 А⋅год; ДТСБ, ДТАБ –
датчики струму Lemlv25-p; ДНСБ, ДНАБ – датчики напруги Lemla25-np. У
розробленому контролері застосована силова схема на основі понижуючого
перетворювача напруги [14].

Рис. 4.5. Функціональна схема КЗАБ з реалізацією функції екстремального
регулювання потужності СБ.

У контролері передбачено два режими роботи, що змінюються вручну
положенням перемикача. Перший режим – стабілізація напруги СБ на заданому
рівні, у якому користувач у ручному режимі може задати потрібну робочу точку
ВАХ СБ. Другий режим – ЕРП, у цьому режимі відбувається автоматичний пошук
точки ВАХ з максимальною вихідною потужністю. Контролер заряду АБ
приводить регулювання напруги в оптимальну точку по кроковому способу
пошуку екстремуму.
Насамперед, проводиться опитування датчиків напруги АБ і СБ. Знак дозволу
запуску контролера встановлюється тільки в тому випадку, якщо напруга
холостого ходу СБ перевищує напругу АБ, а якщо ні, то включення контролера не
79
має сенсу. Іншою умовою запуску є неповний заряд АБ, що визначається за
напругою АБ, яка не повинна перевищувати певне значення. Наступною дією
задаються початкові умови роботи контролера, встановлюється відносна
тривалість імпульсів керування γmin та позитивний поточний знак приросту +∆γ.
Далі проводиться опитування перемикача режиму зворотного зв'язку: якщо
перемикач перебуває в положенні «ЕРП», то контролер працює в режимі
автоматичного пошуку екстремуму, якщо в положенні UСБ – ручного пошуку.
У режимі стабілізації напруги контролер стабілізує напругу СБ на рівні, що
задається користувачем. Досягається це застосуванням інтегруючого закону
керування, тобто ітераційного покрокового підстроювання, що реалізується в
такий спосіб: поточне значення напруги СБ порівнюється з його опорним
стабілізованим значенням UОП. Якщо UСБ більше, то γ зменшується, якщо менше, γ
збільшується на постійну величину ∆γ, що визначає точність і швидкодію системи,
у цьому випадку оберненопропорційних. Застосування такого закону керування
стало можливим через інерційність зміни як параметрів СБ, так і навантаження.
Для стабільності роботи системи в контур зворотного зв'язку вводиться зона
нечутливості. Цей режим призначений для проведення налагоджувальних заходів
або застосовується при виникненні позаштатних ситуацій.
При роботі контролера в режимі ЕРП опитуються датчики струму та напруги
СБ, розраховується вихідна потужність СБ. На основі вимірюваного значення
потужності визначається керуючий вплив. Процес захоплення точки екстремуму
потужності наведено на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Діаграма переміщення робочої точки по вольт-ватній характеристиці в
процесі захвату точки екстремуму потужності.

80
Припустимо, що робоча точка ВВХ, що перебуває в точці А, рухається вгору
до максимуму потужності. У точці А розраховується відповідна їй потужність.
Далі ЕРП переміщає робочу точку в тому ж напрямку - у точку В. Потужність
точки В більше потужності точки А, тому робоча точка продовжує зміщуватися в
минулому напрямку. Після переходу в точку С з меншою потужністю відбувається
зміна знака збільшення напруги СБ і алгоритм переміщає робочу точку у В. При
наступному кроці та порівнянні значень потужності точок В та С дає позитивну
зміну потужності СБ. Відповідно робоча точка переміщається в минулому
напрямку, тобто потрапляє в точку А, де зміна потужності щодо точки В
негативна, система знову змінює знак руху робочої точки, що попадає в точку В.
Далі рух робочої точки повторюється по описаній траєкторії [8].
Іншою важливою функцією контролера є керування інвертором і вмиканням-
вимиканням режиму заряду АБ. Для цього в алгоритмі присутній постійний
контроль напруги на АБ. Вимикання інвертора відбувається за умови досягнення
напругою АБ припустимого мінімуму, що говорить про граничний розряд АБ та
неприпустимості живлення навантаження, енергія, що залишилася в АБ
витрачається на живлення вузлів керування та підтримки контролера в робочому
стані.
Для захисту АБ від перезаряду проводиться порівняння напруги АБ з його
максимальним припустимим значенням. Якщо напруга на АБ зросла до
максимуму (28 В) або вище, подача енергії через контролер припиняється за
рахунок замикання силового транзистора.
Для візуалізації поточних параметрів застосований рідкокристалічний модуль
МТ-20S4М, що складається з контролера керування та РК панелі. Модуль
відображає 4 рядка по 20 символів у матриці 5х8 точок, між символами є інтервал
шириною в одну точку.
На передній панелі перебуває перемикач, що визначає режим роботи
контролера, ЕРП – автоматичний пошук максимуму потужності або UСБ – ручний
режим. Також поруч розташований регулятор, за допомогою якого проводиться
підстроювання напруги СБ у ручному режимі.
Мікропроцесорна система керування контролером заряду конструктивно
81
представляє собою друковану плату, що містить мікроконтролер Atmega 128,
датчики вхідних і вихідних параметрів контролера заряду, вторинне джерело
живлення. Частина елементів силової частини контролера заряду також
розташовується на друкованій платі системи керування, що дозволяє мінімізувати
індуктивність ланцюгів керування.
На рис. 4.7 представлено фото виготовленого експериментального зразка
контролера заряду АБ з функцією екстремального регулювання потужності СБ.

Рис. 4.7. Контролер заряду з ЕРП СБ.

Далі наведений короткий опис і візуальне відображення функцій під час
роботи контролера заряду акумуляторних батарей.
Після натискання кнопки «Пуск» запускається основна програма
мікроконтролера. Проводиться опитування датчиків напруги СБ і АБ. Після
перевірки датчиків на відсутність забороняючих роботу сигналів дозволяється
робота інвертора. При виявленні зазначених сигналів відповідна інформація
виводиться на дисплей.
При натисканні кнопки «Стоп» контролер зупиняє всі перетворення, завершує
поточні процедури приймання/передачі даних, забороняється робота інвертора і
силового транзистора. Робота основної програми завершується, і контролер
переходить у режим максимального енергозбереження.
В системі передбачено захист від струму навантаження та вхідному струму
контролера. При перевищенні струмом гранично припустимих значень контролер
формує сигнал відключення інвертора. З появою сигналу від одного з датчиків
82
робота інвертора забороняється і на дисплей виводиться інформація про
несправність. Після усунення несправності робота інвертора дозволяється.
При включенні автоматичного вимикача, що з'єднує АБ з контролером на
дисплеї, відображається напис «Живлення ввімкнено» (рис. 4.8), що говорить про
успішну ініціалізацію.

Рис. 4.8. Живлення включено.

При вмиканні автоматичного вимикача, що з'єднує СБ із контролером,
засвічується світлодіод «Джерело».
Для запуску контролера необхідно натиснути кнопку «Пуск», після чого
контролер почне тестування параметрів джерел живлення АФЕУ.
Проводиться перевірка напруги СБ. Якщо напруга на СБ менше напруги АБ,
на індикаторі відобразиться напис «Недостатня напруга сонячної батареї»
(рис. 4.9).

Рис. 4.9. Недостатня напруга сонячної батареї.

Проводиться перевірка напруги АБ. Якщо напруга на АБ перевищує
максимально припустиму, на індикаторі відобразиться напис «Акумуляторна
батарея заряджена, контролер переведений у режим очікування» (рис. 4.10).
83

Рис. 4.10. Акумуляторна батарея заряджена, контролер переведений у режим
очікування

У режимі очікування триває контроль напруги, і як тільки напруга знизиться
до 26 В, почнеться процес заряду.
У процесі роботи відображаються поточні параметри джерел живлення та
режим роботи АБ. Режим заряду відображається символом «АБ↑», а режим
розряду символом «АБ↓».
Формат відображення інформації (рис. 4.11):
1-ий рядок: поточні струм та напруга СБ;
2-ий рядок: вихідні параметри АБ, стан АБ (заряд, розряд);
3-ій рядок: стан АБ (заряд, розряд), параметри інвертора;
4-ий рядок: статус контролера, наявність активованих аварійних захистів.

Рис. 4.11. Поточні параметри джерел живлення та режим роботи АБ.

У процесі роботи проводиться безперервний моніторинг напруги на АБ, при
перевищенні напруги на АБ припустимого значення 28 В процес заряду
припиняється шляхом примусового вимикання контролера, що супроводжується
виведенням повідомлення «Акумуляторна батарея заряджена, контролер
переведений у режим очікування» (рис. 4.12).
84

Рис. 4.12. Акумуляторна батарея заряджена, контролер переведений у режим
очікування

Після припинення заряду триває контроль напруги, як тільки напруга
знизиться до 26 В, процес заряду відновиться.
При розряді АБ до напруги 22 В відбувається примусове відключення
навантаження і вся енергія СБ використовується для заряду АБ. При цьому
виводиться повідомлення «АБ розряджена, навантаження відключено». При заряді
АБ до 24 В контролер знову підключає навантаження (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Акумуляторна батарея розряджена, навантаження відключено

4.3 Експериментальні дослідження енергетичної ефективності АФЕУ-0,5

Наведено результати експериментальних досліджень енергетичної
ефективності використання сонячної батареї при стабілізації напруги на СБ рівній
30 В. Таке значення рівня стабілізації напруги на СБ відповідає оптимальній
напрузі нагрітих до +60 °С - +70°С фотоелектричних модулів KV 160/24M.
Дослідження проводилися з використанням імітатора сонячної батареї ІСБ-
200/7-4. Вольт-амперна характеристика сонячної батареї змінювалася в діапазоні
IххСБ=1÷10 А; UххСБ=34÷50 В. Дослідження проводилися при розрядженій
(UАБ=23÷24,5 В) і зарядженій (UАБ=25÷27 В) акумуляторній батареї.
85
На рис. 4.14 наведено три вольт-амперні та вольт-ватні характеристики
сонячної батареї (1. Uхх=34В; Iкз=5А; 2. Uхх=34 В, Iкз=7 А; 3. Uхх=34 В, Iкз=9 А) з
напругою оптимальної точки менше стабілізованої напруги UСБ=30 В. Відзначені
рівні згенерованих потужностей при напрузі UСБ=30 В, а також графічно наведені
значення недовикористання потужності СБ при відхиленні оптимальних значень
потужності СБ від значень стабілізації напруги в 30 В (∆PСБ1, ∆PСБ2, ∆PСБ3).

Рис. 4.14. ВАХ і ВВХ при Uопт<30 В.

З аналізу графіків випливає, що недовикористання СБ по потужності в цьому
випадку суттєво залежить від струму короткого замикання сонячної батареї та
становить для CБ1 – 8 %, CБ2 – 14 %, CБ3 – 25 %. У табл. 4.1 наведені значення
коефіцієнта використання потужності сонячних батарей для ВВХ.

Таблиця 4.1 - Результати експериментальних досліджень коефіцієнта
використання сонячної батареї по потужності від оптимальної напруги робочої
точки ВАХ при стабілізації напруги

Сонячна батарея ВАХ Kр, %
Uопт, В Iопт, А
СБ 1 27,2 4,3 92
СБ 2 27,2 6,02 86
СБ 3 27,2 7,74 75
86
На рис. 4.15 наведені вольт-амперні та вольт-ватні характеристики сонячної
батареї (1. Uхх=38 В, Iкз=5А; 2. Uхх=38 В, Iкз=7 А; 3. Uхх=38 В, Iкз=9 А) з напругою
оптимальної точки, що співпадає зі стабілізованою напругою UСБ=30 В. Даний
режим роботи відповідає оптимальній напрузі нагрітих до +50 °С
фотоелектричних модулів KV 160/24M.

Рис. 4.15. ВАХ і ВВХ із Uопт=30 В.

Із аналізу графіків випливає, що в цьому випадку недовикористання СБ по
потужності практично немає, сонячна батарея генерує максимально можливе
значення енергії, K=98-100 %.
На рис. 4.16 наведені вольт-амперні та вольт-ватні характеристики сонячної
батареї (1. Uхх=44 В, Iкз=5А; 2. Uхх=44 В, Iкз=7А; 3. Uхх=44 В, Iкз=9 А) з напругою
оптимальної точки більше стабілізуючої напруги UСБ=30 В.
Цей режим роботи відповідає роботі фотоелектричних модулів KV 160/24M
при температурі близько +20 °С. Такий режим роботи можливий досить часто у
весняно-літній період.

87

Рис. 4.16. ВАХ і ВВХ із Uопт>30 В

З аналізу графіків випливає, що в цьому випадку сонячна батарея
недовикористовується по потужності приблизно однаково для кожної ВВХ – на
7-8 %, ККД=92-93 %.

Таблиця 4.2 – Результати експериментальних досліджень коефіцієнта
використання сонячної батареї по потужності від оптимальної напруги робочої
точки ВАХ при стабілізації напруги

Сонячна ВАХ
батарея U , В I Кр, %
опт опт, А
СБ 1 35,6 4,4 92
СБ 2 35,6 6,16 93
СБ 3 35,6 7,92 92

На рис. 4.17 наведені підсумкові залежності коефіцієнта використання по
потужності КР сонячних батарей від напруги екстремальної точки ВВХ
розглянутих вище характеристик. Залежності показують зниження коефіцієнта
використання по потужності сонячних батарей при відхиленні Uопт від рівня
стабілізуючої напруги UСБ=30 В (чим сильніше температура панелей
88
фотоелектричних модулів KV 160/24M відрізняється від прийнятої робочої
температури +25 °С).

Рис. 4.17. Залежність коефіцієнта використання по потужності сонячних батарей
від напруги екстремальної точки ВВХ

Далі наведені результати експериментальних досліджень контролера заряду,
що забезпечує режим екстремального крокового регулювання потужності СБ. При
цьому, для проведення експериментальних робіт у режимі стабільної ВАХ
використаний імітатор сонячних батарей. Параметри заданих ВАХ наведено в
табл. 4.3.

Таблиця 4.3 – Параметри заданих ВАХ СБ
Uхх СБ, В Iкз СБ, А Uопт СБ, В Iопт СБ, А
36 5 28,8 4,3
38 6 30,4 5,22
40 7 32,4 6,09
44 8 35,6 7,04
48 9 39,4 8,01
50 10 41 9

Діаграму переміщення робочої точки на ВВХ при регулюванні максимуму
потужності в режимі ЕРП СБ представлено на рис. 4.18.

89

Рис. 4.18. Діаграма переміщення робочої точки на ВВХ при регулюванні
максимуму потужності в режимі ЕРП СБ.

Встановлено, що переміщення робочої точки СБ у режимі регулювання
максимуму потужності відбувається по трьом точкам, що обумовлено заданими
параметрами схеми пошуку екстремуму – частотою зміни напруги 1 Гц і
величиною кроку ∆Υ=1 В.
У процесі експериментальних досліджень і моделювання контролера заряду
АБ визначена середня потужність СБ у режимі ЕРП за формулою:

Р РА + 2 ⋅ Р
= В + РС
СР , (4.1)
4

де PA – потужність СБ у точці А;
PB – потужність СБ у точці B;
PC – потужність СБ у точці C.
На рис. 4.19-4.28 представлено діаграми, отримані при моделюванні АФЕУ в
середовищі імітаційного моделювання Маtlab Simulink при різних значеннях
величини кроку екстремального регулювання та частоті регулювання.

90

Рис. 4.19. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 0,5 В,
частота кроку – 5 Гц).

Рис. 4.20. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 0,5 В,
частота кроку – 2 Гц).
91

Рис. 4.21. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 0,5 В,
частота кроку – 1 Гц).

Рис. 4.22. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 1 В,
частота кроку – 5 Гц).
92

Рис. 4.23. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 1 В,
частота кроку – 2 Гц).

Рис. 4.24. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 1 В,
частота кроку – 1 Гц).

93

Рис. 4.25. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 1 В,
частота кроку – 0,5 Гц).

Рис. 4.26. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 2 В,
частота кроку – 5 Гц).
94

Рис. 4.27. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 2 В,
частота кроку – 1 Гц).

Рис. 4.28. Часові діаграми потужності СБ у режимі ЕРП (величина кроку – 2 В,
частота кроку – 0,5 Гц).
95
Аналіз графіків показує, що ЕРП із величиною кроку регулювання напруги
∆U=1 В та частотою регулювання 1-2 Гц дозволяє досягнути значення коефіцієнта
використання СБ по потужності більше 98 %. У ході проведення моделювання та
експериментальних досліджень отримані градієнти вимірюваних потужностей,
достатні для стійкого регулювання максимуму потужності по трьом точкам.
Варіювання параметрів ВАХ, таких як напруга холостого ходу UХХ і струму
короткого замикання IКЗ не привело до істотної зміни коефіцієнта використання,
що зберігає своє значення в межах KP=98-98,5%.
Застосування екстремального регулювання потужності СБ дозволяє суттєво
покращити енергетичну ефективність АФЕУ-0.5. У порівнянні зі схемою з'єднання
силових шин СБ і АБ при відхиленні температури панелей фотоелектричних
модулів на ±40 градусів енергетична ефективність при ЕРП СБ збільшується до
28 %.
Також проведені експериментальні дослідження енергетичної ефективності
режиму екстремального регулювання потужності сонячної батареї з реальними СБ
(два модулі KV 160/24M) і при реальному сонячному освітленні. Режим роботи
установки АФЕУ-0,5 ЕРП:
- кут нахилу площини СБ до горизонту 56º;
- час проведення експерименту з 10:00 до 17:00;
- установка АФЕУ-0,5 ЕРП зорієнтована на Південь.
Результати експериментальних досліджень зведено в табл. 4.4.
Спостерігається зміна параметрів ВАХ, яка могла бути викликана цілим рядом
факторів: зміною освітленості СБ внаслідок добового маршруту сонця по небу,
його затінення, зміною температури сонячних панелей і т.д.
Проведені дослідження показали, що параметри екстремального крокового
регулювання потужності, що становлять ∆U=1 В та частоту зміни напруги 1 Гц
забезпечують компенсацію параметрів СБ при дрейфі ВАХ в реальних умовах.
Результати при реальному сонячному освітленні практично збігаються з
експериментальними даними, отриманими при використанні імітатора сонячних
батарей ІБС-200/7-4, а також з результатами моделювання.
96
Таблиця 4.4 - Результати експериментальних досліджень коефіцієнта
використання сонячної батареї по потужності від напруги холостого ходу Uхх при
ЕРП СБ
t, год 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Uхх, В 39 39 38 38 39 39 43 42
tСБ, ºС 45º 45º 50º 55º 50º 50º 40º 40º
tнавк.серед., ºС 22º 27º 28º 30º 31º 32º 29º 27º
PСБ, Вт 138,5 176,3 198,3 225,1 213,1 177 122 86
Kр, % 99 98,7 99 98,9 99,2 98,6 98,5 98,6

Експериментально отримані значення вихідної потужності СБ від часу доби
(рис. 4.29). Експеримент проводився за умов невеликої хмарності, у результаті
чого не отримано максимально можливе значення потужності, згенерованої двома
сонячними батареями KV 160/24M.

Рис. 4.29. Залежність потужності СБ від часу доби.

На рис. 4.30 наведені узагальнені результати зміни температури
фотоелектричних перетворювачів від часу доби, отримані в ході експерименту.

97

Рис. 4.30. Залежність температури фотоелектричних перетворювачів від
температури навколишнього середовища та часу доби

На рис. 4.31 зображено залежність коефіцієнта використання потужності
сонячних батарей при стабілізації напруги робочої точки СБ і ЕРП СБ при
реальному сонячному освітленні та з використанням ІБС-200/7-4.

Рис. 4.31. Залежність коефіцієнта використання потужності сонячних батарей при
стабілізації напруги робочої точки СБ та ЕРП СБ.
98
Коефіцієнт використання при ЕРП СБ змінюється в межах 98,5-99%. Це
пояснюється відмінністю положення точок регулювання UСБ щодо вершини ВВХ.
Приріст потужності сонячної батареї при ЕРП СБ у порівнянні з режимом
стабілізації напруги на рівні 30 В становить до 28 %. Розроблена система пошуку
екстремуму з обраними параметрами забезпечує коефіцієнт використання
потужності СБ КР ≥ 98%.
Іншим важливим експериментально перевіреним параметром є ККД
контролера заряду. За експериментальними даними побудована середня
залежність ККД блоку заряду від вихідної потужності сонячної батареї при
розрядженій акумуляторній батареї (UАБ=23,1–24,3В) і зарядженій АБ (UАБ=25,4–
27В), представлена на рис. 4.32 (у якості сонячної батареї використовується
імітатор сонячної батареї ІБС-200/7-4).

Рис. 4.32. Залежність ККД блоку заряду від PвихСБ при розрядженій
(UАБ=23,1–24,3 В) та зарядженій АБ (UАБ=25,4–27 В)

Аналіз залежності показує ріст ККД у діапазоні 92,5-96,5% залежно від
вихідної потужності сонячних батарей.
Були перевірені технічні характеристики енергетичної установки АФЕУ – 0,5
при стабілізації напруги на СБ рівній 30 В (UСБ=30 В) і зміні потужності
навантаження від 50 до 1000 Вт. Дослідження проводилися при розрядженій
99
(UАБ=22,6–24,2 В) і зарядженій (UАБ=25,5–27 В) акумуляторній батареї.
Основними досліджуваними параметрами були:
- вихідна напруга АФЕУ – 0,5;
- залежність струму та потужності АБ від потужності навантаження і
параметрів ВАХ сонячної батареї.
Вихідна напруга визначається технічними параметрами інвертора A302-
1K7-F3 та відповідає його паспортним даним – UВИХ=230±23 В.
На рис. 4.33 наведено потоки потужності між сонячною, акумуляторною
батареями та навантаженням при розрядженій (UАБ=22,6–24,2 В) та зарядженій
(UАБ=25,5–27 В) акумуляторній батареї для трьох ВАХ (1. Uхх=36 В; Iкз=5А.
PСБ(30)=120 Вт; 2. Uхх=40В, Iкз=7А. PСБ(30)=192 Вт; 3. Uхх=48В, Iкз=9А.
PСБ(30)=268 Вт).

Рис. 4.33. Залежність струму АБ від потужності навантаження та параметрів ВАХ
СБ при UАБ=22,6–24,2 В та UАБ=25,5–26,9 В

Кожну криву можна розбити на дві ділянки:
- перша IАБ >0 - відбувається заряд АБ з надлишком потужності СБ;
- друга IАБ<0 - відбувається розряд акумуляторної батареї, АБ компенсує
недолік потужності СБ. Чим вище потужність СБ, тим при більш високому
значенні навантаження припиняється заряд акумуляторної батареї і починається її
розряд.
100
Висновки до четвертого розділу

1. Вдосконалена автономна фотоелектрична енергетична установка (АФЕУ-
0,5) та контролер заряду акумуляторних батарей, експериментально підтверджена
їх працездатність.
2. Вдосконалена система екстремального крокового регулювання потужності
сонячних батарей, що забезпечує стійке регулювання максимуму потужності
сонячної батареї та коефіцієнт її використання не менше 98 %:
- частота крокової зміни напруги СБ – не менше 1 Гц;
- припустима величина крокової зміни напруги СБ – до 1 В.
Визначений робочий діапазон пошуку екстремуму потужності для наземних
АФЕУ залежно від температури та освітленості СБ – 30 В.
3. Вдосконалений на основі понижуючого перетворювача контролер заряду
акумуляторних батарей з функцією екстремального регулювання потужності
сонячних батарей при потужності СБ більше 100 Вт забезпечує ККД у межах 95,5-
96,5%.
4. Експериментально підтверджено, що приріст потужності сонячної батареї
при екстремальному кроковому регулюванні потужності СБ у порівнянні з
паралельним з'єднанням СБ та АБ - до 28 %.

101

РОЗДІЛ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА
В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

МКР 22.144.47 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Денисов РОЗДІЛ 5 Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Цікановський Охорона праці та безпека в
Реценз. надзвичайних ситуаціях
Н. Контр. ЧДТУ, мТЕ-78
Затверд. Калейніков
102
5.1. Техніка безпеки при установці та роботі з сонячними батареями

Монтаж, експлуатація і технічне обслуговування системи на основі сонячних
батарей вимагає відповідного рівня технічних знань. Будь-яка робота з системою
повинна виконуватися тільки з дотриманням правил техніки безпеки при
електромонтажних та налагоджувальних роботах.
Сонячні батареї повинні використовуватися в відповідності з їх прямими
призначеннями. Заборонено вносити технічні зміни в конструкцію батарей. Під
час монтажу слід дотримуватися всіх місцевих правил і норми безпеки. Також
слід дотримуватися вимог безпеки, монтажі та експлуатації інших компонентів
системи.
Сонячні батареї, під дією світла, генерують постійний струм. При розриві
такого ланцюга, наприклад, при відключенні дротів постійного струму від
контролера заряду, може виникнути небезпечна електрична дуга.
При роботі з сонячними батареями необхідно дотримуватися техніки
безпеки:
- сонячні батареї ніколи не відключаються під навантаженням;
- використовуються тільки справні проводки відповідного перерізу;
- контакти та роз'єми повинні бути чистими і сухими [59].
При роботі з сонячними батареями є небезпека ураження струмом. Напруга
на виводах сонячної батареї може з'являтися при мінімальному зовнішньому
освіченні. Отже, для безпечного відключення сонячних батарей від системи
необхідно встановити вмикач, автоматичний вимикач або коробку запобіжників в
доступному місці. Сонячні батареї слід підключати з дотриманням полярності
(позитивний вивід до позитивного, негативний - до негативного). Неправильне
підключення кабелів може призвести до пошкодження або руйнування
обладнання.
Установка сонячних батареї не виконується при сильному вітрі. Підготуйте
робочу зону таким чином, щоб уникнути травм.
При експлуатації сонячних батареї дотримуються максимально допустимі
механічні навантаження. Не допускається максимально допустимий рівень
103
механічних навантажень, перед установкою необхідно перевіряти, щоб погодні
умови не пошкодили сонячні батареї.
Переконайтеся в тому, що сонячні панелі заземлені. Для того щоб знизити
ризик виникнення ураження електричним струмом або пожежі, сонячні батареї
повинні бути заземлені згідно з правилами безпеки [60].

5.2. Екологічні характеристики сонячної енергетики

У порівнянні з іншими видами енергетики сонячна енергетика в цілому є
одним з найбільш чистих в екологічному відношенні видів енергії. Однак
уникнути повністю шкідливого впливу сонячної енергетики на людину і
навколишнє середовище практично не вдається, якщо врахувати весь
технологічний ланцюг від отримання матеріалів до виробництва електроенергії.
Найбільш характерні в цьому аспекті СФЕУ, експлуатація яких завдає
мінімальної шкоди навколишньому середовищу. У той же самий час генерування
напівпровідникових матеріалів є досить екологічний і соціально небезпечним. У
зв'язку з цим в ряді країн світу існують дуже жорсткі вимоги до виробництва
напівпровідників СФЕУ, а також до зберігання, транспортування та ліквідації
шкідливих речовин від виробництва СФЕУ, обмеження контактів персоналу з
цими речовинами, розробка планів дії в разі аварійних або позаштатних
технологічних ситуацій, а також програми ліквідації відходів виробництва, які
відпрацювали свій термін або забракованих СФЕУ.
Найбільш небезпечні в цьому відношенні кадмій Cd, а також Ga, As і Te.
Сьогодні найбільше вивчено шкідливий вплив кадмію на здоров'я людини і навіть
введені заборони на використання в побутових умовах його з'єднань (наприклад,
на мікробатарейки і акумулятори на його основі). Тривале вдихання парів кадмію
може привести до легеневих або бронхіальним захворюванням і навіть летального
результату. Постійний вплив малих доз кадмію веде до його накопичення в
нирках і їх захворювання. При цьому також спостерігаються захворювання
легенів, розм'якшення і деформація кісткового складу скелета.
104
Іншими словами фактична найбільша соціально-екологічна небезпека для
СФЕУ пов'язана в основному з виробництвом деяких СФЕУ, в ході якого
відбувається переробка значної кількості шкідливих речовин для здоров'я людини
і навколишнього середовища. Подібне виробництво, очевидно, має бути повністю
автоматизованим і розміщуватися на значній відстані від населених пунктів.
Повинні бути прийняті і спеціальні заходи захисту самого виробництва. Що
стосується експлуатації СФЕУ, то вона практично безпечна.
У вимогах безпеки на підприємствах, виробнича діяльність яких пов'язана зі
шкідливими речовинами, повинні бути:
• розроблені нормативно-технічні документи з безпеки праці при
виробництві, застосуванні та зберіганні шкідливих речовин;
• виконані комплекси організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних і
медико-біологічних заходів [61].
Сучасні методи отримання пластин і листів кремнію досить численні.
Основні зусилля спрямовані на оптимізацію шляхів створення полікристалічного і
монокристалічного кремнію, що володіє найбільш високим ККД.
Стандартний технологічний процес, що дозволяє отримувати
монокристалічний сонячний елемент діаметром до 7,6 см або елементи
прямокутної форми розміром до 2×8 см, заснований на вирощуванні кристалів
методом Чохральського з подальшим різанням пластин за допомогою алмазних
стрічок і їх шліфуванням абразивним порошком, що є дуже шкідливим для
здоров'я людини (кремнієвий пил, кадмієві і арсенідні з'єднання).
Таким чином, в сонячній фотоенергетиці найбільш шкідливим для людини і
навколишнього середовища є технологічний процес отримання сонячних
елементів, їх зберігання та утилізація. Для підвищення економічності це
виробництво має бути великомасштабним, що вимагає великих капітальних і
матеріальних витрат. Необхідно також враховувати і роботи з розвідки і
видобутку кремнезему, а так само неминучого вилучення земель з господарського
виробництва при цьому [62].
Самі сонячні електростанції помітно матеріалоємкі (метал, скло, бетон і т.п.).
105
При експлуатації сонячних фотоелектричних станцій відбувається помітна
зміна кліматичних умов в даному місці, в тому числі зміна ґрунтових умов,
рослинності, циркуляції повітря внаслідок затінення поверхні, з одного боку, і
нагрівання повітря - з іншого боку. Через останній змінюється тепловий баланс
вологості повітря, напрям і величина вітрів. Для СЕС з концентраторами
сонячного випромінювання велика небезпека перегріву і загоряння самих систем
отримання енергії від сонячного випромінювання.
Застосування низькокиплячих рідин і їх неминучі витоки в СЕС можуть
привести до забруднення грунту, підземної і навіть питної води в регіоні.
Особливо небезпечні рідини, що містять нітрити і хромати, які є досить
токсичними речовинами.
Низький коефіцієнт перетворення сонячного випромінювання в
електроенергію веде до появи проблем, пов'язаних з охолодженням конденсату.
При цьому теплові викиди в атмосферу на СЕС більш ніж в два рази перевищують
аналогічне скидання від ТЕС.
В цілому негативний вплив технічних пристроїв сонячної енергетики на
людину і навколишнє середовище набагато менший, ніж у інших видів енергетики
і особливо традиційних АЕС, ТЕСта ГЕС [23].

5.3. Розрахунок опору комбінованого заземлювача

Заземлення проводиться з метою забезпечити місце роботи і запобігти
отриманню робочим електротравм. Загальний опір заземлюючого пристрою
складається з суми опору розтікання струму з заземлювачів на землю і опору
заземлюючих провідників.
Для забезпечення безпеки величина опору заземлюючих пристроїв повинна
бути по можливості меншою і не перевищувати встановлених норм передбачених
в ПУЕ та ГОСТ 12.1.030-81 [63]. Величина допустимого опору визначається по
ГОСТ 12.1.030-81, воно не повинно перевищувати 10 Ом.
При конструюванні комбінованого заземлювача прийнято, що він буде
виконаний у вигляді декількох вертикальних труб, встановлених в ряд, і з'єднаних
106
між собою у верхній частині смугою зв'язку. При цьому смуга зв'язку
заглиблюється в землю на певну глибину, яка приймається самостійно і може
бути в діапазоні від 0,5 м до 0,8 м.
1) Розрахунковий питомий опір визначаємо за формулою:

ρ=ρ0×КП=30×1,2=36 Ом/м

де ρ0 - питомий опір ґрунту, обраного по табл. 4.1, ρ0=30 Ом/м, грунт –
чорнозем; КП - підвищуючий коефіцієнт, який визначається за табл. 5.2, КП=1,2
для кліматичної зони IV.

Таблиця 5.1
Питомий опір грунту ρ0 на ділянці закладення комбінованого заземлювача
Грунт Питомий опір в Ом/м
При вологості 10-20% за вагою межі зміни
пісок 700 4⋅102 - 10⋅102
супісок 300 1,5⋅102 - 4⋅102
суглинок 100 0,4⋅102 - 1,5⋅102
глина 40 0,08⋅102 - 0,7⋅102
чорнозем 30-60 0,096⋅102 - 5,8⋅102

Таблиця 5.2
Підвищуючий коефіцієнт КП
Тип заземлювача Значення підвищуючого
коефіцієнта КП для кліматичних зон
I II III IV
Комбіновані (верт. електроди довжиною 1,8-2 1,6-1,8 1,4-1,6 1,2-1,4
0,8-1,5 м, діаметр смуги 0,4)

2) Опір розтікання струму одиночного вертикального заземлювача
визначається за такою залежністю:

Rтр=0,366ρ:l×(lg(2l: d)+1/2lg(4h+l)/(4h-l))=
=0,366∙36:1×(lg(2∙1:0,4)+1/2lg(4∙0,8+1)/(4∙0,8-1))=145 Ом
107
де ρ - розрахунковий питомий опір грунту; l - довжина вертикального
заземлювача, l=1 м; d - діаметр вертикального заземлювача, d=0,4 м; h -
заглиблення (прийняти самостійно в межах від 0,8 до 1 м), h=0,8 м.
3) Визначається опір заземлювачів (орієнтовний опір всіх вертикальних
заземлювачів) за такою залежністю:

R'=K0×Rg=2∙10=20 Ом

де Rg - допустиме значення опору заземлюючих пристроїв по ГОСТ 12.1.030-
81 (приймається 10 Ом); К0 - коефіцієнт підвищення опору заземлювачів
(приймається від 2 до 3), K0=2.
4) Потім визначається орієнтовна кількість вертикальних заземлювачів n за
такою залежністю:

n=Rтр:R=145:20≈7

5) Визначається дійсне значення опору заземлювачів:

R0=Rтр:n×η1=145:7∙0,56=11,6 Ом

η1 - коефіцієнт екранування між вертикальними заземлювачами, визначається
по табл. 5.3, η1=0,56.
6) Визначається довжина лінії lп:

lп=а(n-1)=0,6∙(7-1)=1,6

де а - відстань між вертикальними заземлювачами, а=0,6 м.
7) Визначаємо опір лінії RП:

RП=0,366ρ/lп∙lg(2lП2/b×η1)=0,366∙240/3,6∙2,81=68,56 Ом

108
де ρ - розрахунковий питомий опір грунту; lп - довжина; b - ширина смуги
(приймається від 40 до 80 мм, b=0,04 м.; η1 - коефіцієнт екранування між
вертикальними заземлювачами.

Таблиця 5.3
Коефіцієнт екранування між вертикальними заземлювачами
Кількість Значення коефіцієнта використання при відношенні
електродів, n відстані між електродами до їх довжини
а/l=1 а/l=2 а/l=3
При розміщенні електродів в ряд
2 0,84-0,87 0,90-0,92 0,93-0,95
3 0,76-0,80 0,85-0,88 0,90-0,92
5 0,67-0,72 0,79-0,83 0,85-0,88
10 0,56-0,62 0,72-0,77 0,79-0,83
15 0,51-0,56 0,66-0,73 0,75-0,80
20 0,47-0,50 0,65-0,70 0,74-0,79

8) Опір комбінованого заземлювача визначається:

Rз=R0×RП:(R0+RП)×η2=11,6⋅68,56:(11,6+68,56)⋅0,67=6,67 Ом

де R0 - опір розтікання струму одиночного вертикального заземлювача; RП - опір;
η2 - коефіцієнт екранування з вертикальними заземлювачами, визначається по
табл. 5.4.
Таблиця 5.4
Коефіцієнт екранування лінії зв'язку з вертикальними заземлювачами η2=0,67
а/l Значення коефіцієнта використання при числі труб
4 6 8 10 20 30 50 70
При розміщенні електродів в ряд
1 0,77 0,72 0,67 0,62 0,42 0,31 0,21 0,19
2 0,89 0,84 0,79 0,75 0,56 0,46 0,36 0,32
3 0,92 0,88 0,85 0,82 0,68 0,58 0,49 0,42

Розрахунковий опір RЗ<10 Ом тому збільшення числа вертикальних
заземлювачів не потрібно.

109
5.4. Безпека при роботі з акумулятором

Робочим при обслуговуванні та ремонті акумуляторних батарей доводиться
мати справу зі свинцем і його сполуками, що представляють собою повільно діючі
отрути. Отруйна дія на організм свинцевого пилу, парів свинцю і його сполук,
подразнюючу дію сірчаної кислоти на слизову оболонку і дихальні шляхи, опіки,
заподіяні сірчаною кислотою при попаданні її на шкіру, вибухонебезпечність
гримучого газу - все це вимагає від робочого акумуляторного відділу суворого
дотримання правил техніки безпеки.
Робітники повинні знати безпечні методи праці, для чого під час вступу на
роботу вони проходять вступний інструктаж, потім інструктаж на робочому місці
та навчання основам техніки безпеки. Всі працівники незалежно від їх
кваліфікації та стажу роботи не рідше одного разу в шість місяців проходять
повторний інструктаж [66].
Існують безліч факторів ризику при контакті з акумуляторами.
Основні з них обумовлені: вибухонебезпечністю акумуляторних батарей;
їдкість сірчаної кислоти, що входить до складу електроліту свинцево-кислотних
АКБ; високою токсичністю свинцю і сірчаної кислоти, що входять до складу
більшості промислових і тягових акумуляторів.
Практично всі сучасні акумуляторні батареї є вибухопожежонебезпечними.
Для того, щоб мінімізувати ризики при роботі з будь-якими АКБ, необхідно
ретельно дотримуватися техніки безпеки і експлуатаційних вимог виробника.
При зарядці акумуляторів виділяються водень і кисень, суміш яких
представляє гримучий газ, який вибухає навіть від невеликої іскри. Тому
приміщення, в якому проводиться зарядка акумуляторів, має відповідати вимогам
пожежної безпеки. Світильники акумуляторного приміщення повинні бути
вибухозахищеними, їх розташовують між стелажами з акумуляторами.
Припливно-витяжна вентиляція повинна включатися перед початком заряду
батареї і відключатися після видалення всіх газів не менше ніж через 1,5 години
після закінчення зарядки. При огляді акумуляторних батарей необхідно
користуватися спеціальною лампою у вибухозахищеному виконанні напругою не
110
вище 36 В. Шнур лампи повинен бути укладений в гумовий шланг. В
акумуляторному приміщенні не повинно бути апаратів, які можуть утворювати
іскру (вимикачів, штепсельних розеток, автоматів і ін.).
Куріння поблизу акумуляторів категорично заборонено.
До складу електроліту кислотних акумуляторів входить сірчана кислота. При
попаданні на шкіру сірчана кислота викликає опік.
Кислоту, що потрапила на шкіру, потрібно швидко і рясно змити водою, тоді
її дія може обмежитися опіком першого ступеня (почервоніння). У разі зволікання
кислота швидко руйнує шкіру і тканини, в результаті чого утворюється глибока,
важкозаживаюча рана. В акумуляторах знаходиться безліч отруйних речовин,
таких як свинець, миш'як та ін.
Свинець і його сполуки отруйні. Потрапляючи через рот і ніс в шлунок,
свинець і його сполуки розчиняються і потрапляють в кров. При систематичному і
тривалому потраплянні свинцю в кров настає хронічне отруєння - важка важко
виліковуюча хвороба.
В організм свинець може потрапити при зачистці і основі пластин перед
пайкою, під час їх пайки, при розбиранні і збірці акумуляторів і т. п. При зачистці
полюсних відростків (вушок) пластин перед пайкою металевими щітками в
повітря виділяється найдрібніший свинцевий пил. Для попередження попадання
пилу в дихальні шляхи, а потім в шлунок зачистку пластин виробляють в
респіраторах зі змінними ватяними фільтрами. Фільтр протягом робочого дня
потрібно міняти не менше 2 разів, при цьому респіратор ретельно протирають
чистою вологою ганчіркою.
Після закінчення робочого дня слід вимитися під душем і надіти чистий одяг.
При подряпинах та синцях на суглобах пальців не слід голими руками обробляти
пластини. Через садно оксиди свинцю можуть потрапити на сухожилля, а це може
викликати відмирання їх і втрату рухливості пальця.
Працювати з акумуляторними батареями слід тільки в гумових рукавичках.
Після роботи необхідно ретельно вимити руки і обличчя, вичистити зуби і
прополоскати рот.

111
5.4.1. Рекомендації при експлуатації акумулятора

При догляді за акумуляторними батареями необхідно висвітлювати їх
переносною електричною лампою. Категорично забороняється освітлювати
батарею відкритим полум'ям, а також палити при огляді. Необхідно постійно
стежити за надійністю кріплення затискачів проводів, не допускаючи іскріння.
Щозміни необхідно проводити наступні операції:
- очищати батарею від пилу. Електроліт, який потрапив на поверхню батареї,
витирати чистою ганчіркою, змоченою в 10%-му розчині кальцинованої соди.
Неконтактні металеві частини змащувати технічним вазеліном або солідолом;
- перевіряти кріплення батарей в гнізді;
- перевіряти щільність контактів наконечників проводів на клемах. Не
допускати натягу проводів, щоб не пошкодити клеми і уникнути тріщин в містку;
- прочищати вентиляційні отвори батарей.
Через кожні 100-120 годин роботи (але не рідше ніж через 10-15 днів взимку і
5-б днів влітку):
- перевіряти рівень електроліту у всіх банках батарей;
- визначати ступінь розрядженого батарей по щільності електроліту;
- при необхідності батареї і відправляють на зарядну станцію;
- захищати наконечники проводів.
Через кожні 300-360 год. роботи (але не рідше одного разу на місяць)
потрібно перевірити напругу кожного акумулятора навантажувальною вилкою.
[65]

5.4.2. Утилізація та знешкодження акумуляторів

Свинцеві акумулятори зазвичай з'єднують в батарею, яку поміщають в
моноблок з ебоніту, пластмаси (термопласта), поліпропілену, асфальтопікової
композиції, кераміки або скла.
Однією з найважливіших характеристик акумулятора є термін служби (роки)
або технічний ресурс-напрацювання (число циклів). Погіршення параметрів
112
акумулятора і вихід їх з ладу обумовлені в основному корозією решітки і
зниженням активної маси позитивного електрода. Термін служби акумулятора
визначається в першу чергу типом позитивних пластин і умовами експлуатації.
Неправильна утилізація акумуляторів може принести величезну шкоду
довкіллю. Справа в тому, що міститься в акумуляторах кислота, проникає в грунт
і вступає в хімічні реакції з важкими металами, якими рясніють полігони для
зберігання сміття.
Щоб цього не сталося, утилізація акумуляторних батарей повинна вестися
окремо. При цьому необхідно не тільки знешкодження речовин, що входять до їх
складу, а й подальша переробка корпусів і деталей акумуляторів. Таким же чином
проводиться утилізація батарейок.
Професійне знешкодження акумуляторів перед подальшим розміщенням
відходів вкрай важливо для підтримки здорової екологічної ситуації. Проведення
цих робіт може бути виконано тільки спеціалістами, які мають на це офіційний
дозвіл.

5.5. Забезпечення пожежної безпеки електрообладнання та місце
знаходження установки

Пожежна безпека - стан об'єкта, при якому виключається можливість пожежі,
а в разі його виникнення запобігається вплив на людей небезпечних факторів
пожежі і забезпечується захист матеріальних цінностей.
Загальні вимоги до пожежної безпеки нормуються ГОСТ 12.1.004-91 [32].
Пожежна безпека забезпечується системою запобігання пожежі і системою
пожежного захисту. У всіх службових приміщеннях і в відкритій місцевості
обов'язково повинен бути «План евакуації людей при пожежі», що регламентує дії
персоналу в разі виникнення вогнища загоряння і вказує місця розташування
пожежної техніки.
Горючими компонентами в системі наведення у відкритій місцевості є:
випаровування кислоти в акумуляторі, захисна ізоляція проводів і суха трава.
Протипожежний захист - це комплекс організаційних і технічних заходів,
113
спрямованих на забезпечення безпеки людей, запобігання пожежі, обмеження її
розповсюдження, а також на створення умов для успішного гасіння пожежі.
Джерелами загоряння в установці можуть бути електронні схеми від ПК,
прилади, застосовувані для технічного обслуговування і аналізу, пристрої
електроживлення, електричні іскри, здатні викликати запалення кислотних
випаровувань.
У безпосередній близькості один від одного розташовуються сполучні дроти,
кабелі. При протіканні по них електричного струму виділяється значна кількість
теплоти. При цьому можливо оплавлення ізоляції. При постійній дії ці системи
мають додаткову пожежну небезпеку. Одним з основних засобів пожежогасіння
може бути вода. Водою не можна гасити електроустановки під напругою.
Примітка: Застосування води в зв'язку з можливістю виходу з ладу дорогого
устаткування можливо у виняткових випадках, коли пожежа приймає загрозливо
великі розміри. При цьому кількість води має бути мінімальною, а пристрої
необхідно захистити від попадання води, накриваючи їх брезентом або полотном.
Вуглекислий сніг теж є одним із засобів пожежогасіння. Утворюється з рідкої
вуглекислоти, при її виході з балона. Температура снігу 80 0С. Застосовується для
гасіння електроустановок під напругою, пожеж в закритих приміщеннях і на
відкритих площах при невеликих розмірах вогнища горіння.
Наступний засіб пожежогасіння - піна. Для гасіння пожежі використовуються
наступні види піни:
- хімічна піна - утворюється в результаті реакції лугу з кислотою, з
додаванням піноутворювача;
- повітряно-механічна піна, утворюється при змішуванні води з
піноутворювачем одночасно з додаванням кисню (повітря).
Піна застосовується в основному для гасіння горючих рідин.
При гасінні пожежі також використовуються порошкові засоби.
Створюються на основі неорганічних солей лужних металів, з додаванням соди,
піску. Порошок є єдиними засобами гасіння лужних металів та сполук. Добре
збивають полум'я, але не завжди повністю гасять, тому застосовуються спільно з
іншими засобами пожежогасіння.
114
Відкрита місцевість з установкою повинна бути в обов'язковому порядку
обладнано ручними засобами пожежогасіння. До них відносять:
1. обладнання протипожежних щитів;
2. пожежні крани;
3. ручні вогнегасники.
Вогнегасники в залежності від застосовуваної в них речовини діляться на
хімічні-пінні, повітряно-пінні, вуглекислотні і порошкові.
Персонал, що працює з установкою повинен знати послідовність дій у разі
пожежі, а також вміти користуватися ручними засобами пожежогасіння.
Монтаж, налагодження, експлуатація електричних мереж, електроустановок і
електротехнічних виробів, а також контроль за їх технічним станом здійснюється
відповідно до правил улаштування електроустановок і правил технічної
експлуатації електроустановок споживачів, технічного регламенту «Загальні
вимоги до пожежної безпеки».
Всі електроустановки захищаються апаратами захисту від струмів короткого
замикання і перевантажень, які можуть призвести до пожеж і загорянь.
Всі струмопровідні частини, розподільні пристрої, апарати та вимірювальні
прилади, а також запобіжні пристрої розривної типу, рубильники, і всі інші
пускові апарати і пристосування монтуються тільки на негорючих основах
(мармур, текстоліт, гетинакс).
З'єднання, окінцювання та відгалуження жил проводів і кабелів, щоб
уникнути небезпечних в пожежному відношенні перехідних опорів виробляються
за допомогою пресування, зварювання, паяння або спеціальних затискачів.
З'єднання і відгалуження проводів і кабелів, за винятком проводів,
прокладених на ізолюючих опорах, виконуються в сполучних і освітлювальних
коробках, в ізоляційних корпусах сполучних і освітлювальних затискачів, в
спеціальних нішах будівельних конструкцій, всередині корпусів
електроустановочних виробів, апаратів і машин. При прокладанні на ізолюючих
опорах з'єднання або відгалуження проводів виконуються безпосередньо у
ізолятора. Сполучні і освітлювальні коробки забезпечуються захисними
кришками.
115

5.6. Утилізація та знешкодження фотоелементів

Шкоду природі фотоелементи починають завдавати ще на стадії
виробництва. При виготовленні однієї тонни фотоелементів в атмосферу може
потрапити до чотирьох тонн тетрахлорида кремнію, що є високотоксичною
безбарвною речовиною, пари якої можуть викликати різні захворювання. З огляду
на відносно короткий термін експлуатації фотоелементів, проблеми з утилізацією
токсичних відходів можуть серйозно вплинути на якість повітря і води в регіонах,
де виробляються ці пристрої. Слід підкреслити, що на даний момент не
розроблено технологій, які повністю гарантують безпечну утилізацію виробничих
відходів і після закінчення їх терміну фотоелементів. Небезпека сонячних панелей
зберігається впродовж всього періоду експлуатації. У складі сонячних панелей
містять сполуки кадмію, які при пошкодженні пристроїв можуть потрапити в
атмосферу. Ці речовини є канцерогенами, які, накопичуючись в організмі, можуть
призвести не тільки до пухлинних захворювань, але і ураження нервової системи і
руйнування кісток. Не меншу небезпеку фотоелементи представляють під час
загоряння. Отруйні пари, що містять високі концентрації високотоксичних
речовин, можуть нашкодити здоров'ю людей, які перебувають навіть за сотні
метрів від пожежі. Результати найновіших досліджень показали, що масове
використання фотовольтних установок викликає незворотні процеси в
регіональних екосистемах, а це загрожує скороченням різноманіття видів.
Доведено, що більше 300 видів комах, приймаючи фотоелементи за поверхню
води, відкладають на них яйця, що призводить до скорочення популяцій. Це вже
робить негативний вплив на інші види тварин, оскільки комахи є важливою
ланкою в харчовому ланцюжку. За даними вчених, великі сонячні електростанції
здатні змінити дику природу в радіусі на кілька кілометрів, що в довгостроковій
перспективі при обліку інших особливостей фотоелементів може привести до
перетворення величезних площ в пустельні зони [67]. Великі сонячні
електростанції здатні змінити дику природу в радіусі на кілька кілометрів, що в
116
довгостроковій перспективі при обліку інших особливостей фотоелементів може
привести до перетворення величезних площ в пустельні зони [67].

Висновок до п’ятого розділу

В ході виконання п’ятого розділу було досліджено техніку безпеки при
установці та роботі з сонячними батареями.

117
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Проведено дослідження структури автономних енергетичних установок на
основі фотоелектричних перетворювачів з реалізацією способів підвищення їх
енергетичної ефективності. Показано, що екстремальне регулювання потужності
сонячних батарей – найбільш діючий спосіб підвищення енергетичної
ефективності АФЕУ у порівнянні зі способом автоматичного спостереження
сонячних батарей за сонцем.
2. Вдосконалено систему екстремального крокового регулювання потужності
сонячних батарей, що забезпечує стійке регулювання максимуму потужності
сонячної батареї та коефіцієнт її використання не менше 98 %:
- частота крокової зміни напруги СБ – не менш 1 Гц;
- припустима величина крокової зміни напруги СБ – від 0,5 до 1 В.
Визначено робочий діапазон пошуку екстремуму потужності для наземних
АФЕУ залежно від температури та освітленості СБ – 30 В.
3. Розроблено контролер заряду акумуляторних батарей на основі
понижуючого перетворювача з екстремальним кроковим регулюванням
потужності СБ, із частотою зміни напруги СБ 1 Гц та величиною крокової зміни
1 В, що забезпечує стабільну, ефективну роботу із ККД до 96,5%.
4. Проведено експериментальні дослідження розробленої автономної
фотоелектричної енергетичної установки, підтверджені розрахункові технічні
характеристики АФЕУ – 0,5.
5. Запропоновано рекомендації з визначення вихідних параметрів
проектування та експлуатації фотоелектричних енергетичних установок на основі
отриманих експериментальних даних: залежність температури фотоелектричних
перетворювачів від температури навколишнього середовища та часу доби;
швидкість нагрівання і охолодження фотоелектричних перетворювачів при
змінних зовнішніх умовах.
6. Розроблено вимоги до техніки безпеки при установці та роботі з
сонячними батареями.

118
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Шиняков Ю.А. Автоматизована фотоелектрична установка з
підвищеною енергетичною ефективністю /Ю.А. Шиняков, Ю.А. Шурыгин, В.В.
Аржанов, А.В. Осипов, О.А. Теущаков, К.В. Аржанов //Доповіді Тусура. - 2011. -
№ 2 (24), частина 1.- С. 282-287.
2. Усе про сонячні батареї й енергії сонця: види сонячних батарей
[Електронний ресурс] //solnpanels.com.ua: [сайт]. URL: http://www.solnpanels.com/
vidy-solnechnyh-batarej (дата звернення 10.11.2022).
3. Renen: Сонячна енергетика: найбільші виробники полікремнію й
прогноз на 2022 рік [Електронний ресурс] // renen.ua: [сайт]. URL: доступу:
http://renen.ua/solar-energy-the-largest-polysilicon-producers-and-the-forecast-for-2022
(дата звернення 10.11.2022).
4. Sww-energy: Тонкоплівочні сонячні батареї [Електронний ресурс]
//http://sww-energy.ua: [сайт]. URL: http://sww-energy.ua/solnechnye-batarei/12-
tonkoplenochttp-solnechnye-batarei.html (дата звернення 10.11.2022).
5. Сонячні батареї: Полімерні сонячні батареї та їх переваги [Електронний
ресурс] //solarb.ua: [сайт]. URL : http://solarb.ua/polimernye-solnechnye-batarei-i-ikh-
preimushchestva (дата звернення 15.11.2022).
6. Сонячні батареї альтернативні джерела енергії: Арсенід-галієві сонячні
батареї [Електронний ресурс] // http://www.solar-battery.com.ua: [сайт]. URL :
http://www.solar-battery.com.ua/arsenid-gallievyie-solnechnyie-batarei(дата звернення
15.11.2022).
7. Автономна енергетична установка з екстремальним кроковим
регулятором потужності сонячних батарей /Ю.А. Шиняков, А.І. Отто, А.В. Осіпов,
М.М. Чорна //Альтернативна енергетика й екологія – 2015. - № (8-9) – С.12-18.
8. Все про релейний захист: Режим роботи акумуляторних батарей
[Електронний ресурс] // rza.org.ua: [сайт]. URL: http://rza.org.ua/elteh/read/211-
Rezhim-raboti-akkumulyatornih-batarey_211.html (дата звернення 15.11.2022).
9. Нікель-кадмієві (Ni-Cd) акумулятори. [Електронний ресурс]
//powerinfo.uа: [сайт]. URL: http://www.powerinfo.uа/accumulator-nicd.php (дата
119
звернення 15.11.2022).
10. Енциклопедія по машинобудуванню XXL: Акумулятори нікель-залізні
[Електронний ресурс]. URL: http://mash-xxl.info/info/267021 (дата звернення
15.11.2022).
11. Flexmaxchargecontrollers. [Електронний ресурс] //outbackpower.com.ua:
[сайт]. URL: http://www.outbackpower.com/fouam/viewfouam.php (дата звернення
16.11.2022).
12. АльтЕко: Контролери заряду. [Електронний ресурс] // altecology.uа:
[сайт]. URL: http://www.altecology.uа/kontrollery-zaryada/outback (дата звернення
16.11.2022).
13. MPPТ контролери: Що таке МРРТ контролери. [Електронний ресурс] //
solarhome.uа: [сайт]. URL: http://www.solarhome.uа/control/mppt.Sunsaver MPPT
(дата звернення 16.11.2022).
14. INVETRA: Високоефективний контролер заряду Morningstartristar-MPPT
[Електронний ресурс] // inverta.uа: [сайт]. URL: http://www.inverta.uа/ms//1//11 (дата
звернення 16.11.2022).
15. Продукція: Контролери заряду [Електронний ресурс] //solarroof.uа:
[сайт]. URL: http://www.solarroof.uа/products/54 (дата звернення 16.11.2022).
16. Контролер Epsolar Tracer-2215RN MPPT [Електронний ресурс] //helios-
resource.uа: [сайт]. URL: http://helios-resource.uа/kontroller-epsolar-tracer-2215rn-
mppt-1224v-20a.html (дата звернення 17.11.2022).
17. Ecovolt: Солнечные батареи и необходимое оборудование [Електронний
ресурс] //ecovolt.uа: [сайт]. URL: http://ecovolt. uа/catalog/Kontrollery_solnechnye/
kontroller_zaryada_steca_solarix_mpp (дата звернення 17.11.2022).
18. Солар Грід: Stecasolarix MPPT 1010. [Електронний ресурс] // solargrid.ua:
[сайт]. URL: http://solargrid.ua/magazin?mode=folder&folder_id=16493406 (дата
звернення 17.11.2022).
19. Stecasolarix MPPT. [Електронний ресурс] //steca.com.ua: [сайт]. URL:
http://www.steca.com/index.php?Steca_Solarix_MPPT_en(дата звернення 17.11.2022).
20. Сонячний контролер Prosolarsunstar MPPT. [Електронний ресурс]
//prosolar.ua: [сайт]. URL: http://www.prosolar.ua/ua/component (дата звернення
120
17.11.2022).
21. Система диспетчерського управління міським комунальним транспортом
[Електронний ресурс] //isgeo.com.ua: [сайт]. URL:
http://www.isgeo.com.ua/solutions/carriers/city-transport-management (дата звернення
17.11.2022).
22. Електростанції. [Електронний ресурс] //electrogid.ua: [сайт]. URL:
http://www.electrogid.ua/kontroller_zaryada_prosolar_sunstar (дата звернення
17.11.2022).
23. Prosolarsunstar MPPT SS-40CX 40А Контролер заряду. [Електронний
ресурс] //energy-plus.opt.ua: [сайт]. URL: http://energy-plus.opt.ua/good/1213814
(дата звернення 17.11.2022).
24. Xantrex XW-MPPT 60-150 [Електронний ресурс] //solarinntech.ua: [сайт].
URL: http://www.solarinntech.ua/products/detail.php?ID=220 (дата звернення
17.11.2022).
25. Groumpos P.P., Papageorgiou G. (1997) An optimal sizing method for stand-
alone photovoltaic power systems. Solar Energy., v. 38, 5, pp. 341-351.
26. Hybrid. (1996). The Hybrid System Simulation Model. Theory Manual.
University of Massachusetts. Amherst, Massachusetts. 195 pp.
27. Типи свинцево-кислотних акумуляторів [Електронний ресурс]
//solarhome.ua: [сайт]. URL: http://www.solarhome.ua/basics/batteries/batteries.htm
(дата звернення 17.11.2022).
28. Abdessalambadoud, Mabrouk KHEMLICHE Modeling, design and simulation
of stand-alone photovoltaic power systems with battery storage. Leonardo Journal of
Sciences, 2013.
29. Аналітика: Топ-10 сонячних електростанцій [Електронний ресурс]
//topneftegaz.ua: [сайт]. URL: http://topneftegaz.ua/analisis/view/7620 (дата звернення
17.11.2022).
30. Gulin M., Pavlovic T., Vasak M. Phttpvoltaic panel and array static models
for power production prediction: Integration of manufacturers'and on-line data. Journal
of Renewable Energy, 2016, 97, pp. 399-413.
31. All About Maximum Power Point Tracking (MPPT) Solar Charge Controllers
121
[Електронний ресурс] // www.solar-electric.com.ua: [сайт]. URL: https://www.solar-
electric.com/mppt-solar-charge-controllers.html (дата звернення 17.11.2022).
32. GEOS24705: Solar Photovoltaics [Електронний ресурс]
//geosci.uchicago.edu.ua: [сайт]. URL: http://geosci.uchicago.edu/~moyer/
GEOS24705/2022/Notes/SolarPhysics.pdf. (дата звернення 17.11.2022).
33. Rahmani R. et al. Implementation of fuzzy logic maximum power point
tracking controller for photovoltaic system //Am. J. Applied Sci. - 2013.
34. Egiziano L. et al. Performances improvement of maximum power point
tracking perturb and observe method //Proc. of IASTED International Conference on
Advanced Technology in the Environmental Field (ATEF 2006), Lanzarote, Spain. -
2006.
35. Hohm D. P., Ropp M. E. Comparative study of maximum power point tracking
algorithms using an experimental, programmable, maximum power point tracking test
bed //Photovoltaic Specialists Conference, 2000. Conference Record of the Twenty-
Eighth IEEE. - IEEE, 2000. - С. 1699-1702.
36. Hohm D.P., Ropp M.E. Comparative study of maximum power point tracking
algorithms //Progress in photovoltaics: Research and Applications. - 2003. - Т.11. -
№.1. - С. 47-62.
37. Tung Y.M., Hu A.P., Nair N.K. Evaluation of micro controller based
maximum power point tracking methods using dspace platform //Australian university
power engineering conference. - 2006.

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