МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ СТАНЦИЙ

SIMULATION OF THE OPERATING MODES OF RIVER STATIONS

Salauat Nuraliev

master's degree student, Department of Electrical and Thermal Power Engineering, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

Kamil Valiullin

scientific adviser,docent, Department of Electrical and Thermal Power Engineering,  Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

В данной работе смоделирована уникальная комплексная схема солнечной электрической станции, которая позволяет обеспечить анализ ее рабочих режимов в реальных ситуациях эксплуатации. В ней предусмотрено воздействие наружных погодных условий на энергетические свойства солнечной батареи, то, что увеличивает достоверность прогнозных расчетов в выработке электричества с целью осматриваемого района. Также произведено моделирование характеристик фотоэлектрического модуля.

ABSTRACT

In this paper, a unique complex scheme of a solar power plant is modeled, which allows for the analysis of its operating modes in real operating situations. It provides for the impact of outdoor weather conditions on the energy properties of the solar battery, which increases the reliability of forecast calculations in the production of electricity for the purpose of the inspected area. The characteristics of the photovoltaic module are also modeled.

Ключевые слова: солнечная батарея, моделирование, режим работы, фотоэлектрический модуль.

Keywords: solar battery, simulation, operating mode, photovoltaic module.

Система сбора солнечной энергии состоит из солнечной панели, преобразователя DC/DC, аккумуляторной батареи, устройства отслеживания точки максимальной мощности и узла датчика беспроводных сетей (WiFi), подключенных в качестве нагрузки постоянного тока. Энергия окружающего солнечного света собирается с помощью солнечной панели и преобразуется в электрическую энергию. Понижающий преобразователь DC/DC понижает и регулирует величину этого собираемого напряжения, а также подается на аккумуляторную батарею. Устройство отслеживания точки максимальной мощности отслеживает напряжение и ток от солнечной панели и соответственно регулирует рабочий цикл транзистора, преобразователя постоянного тока в постоянный [1]. Наконец, напряжение батареи используется для работы беспроводного сенсорного узла. Беспроводная сенсорная сеть выполняет функцию зондирования, вычисления и связи с другими узлами с аналогичными характеристиками. Таким образом, автономная работа мониторинга и контроля любого физического явления, такого как температура, влажность, давление или ускорение, может быть достигнута с помощью узлов «система сбора солнечной энергии – беспроводная сеть». Если эффективность системы сбора солнечной энергии низкая, то батарея не будет заряжаться должным образом, и, следовательно, срок службы беспроводной сенсорной сети сократится.

Работа данной схемы объясняется следующим образом: фотоэлектрические модули, собирающие солнечную энергию, обеспечивают постоянный источник питания (3,6 вольта) для узла беспроводной сенсорной сети. Это напряжение собирается из окружающего солнечного света с помощью солнечных панелей [2]. Солнечная панель преобразует световую энергию непосредственно в электрическую энергию постоянного тока. Преобразователь постоянного тока регулирует это постоянное напряжение для зарядки аккумулятора. Аккумуляторная батарея питает узел беспроводных сенсорных сетей. Узел беспроводных сенсорных сетей измеряет необходимые физические величины (например, температура, свет, влажность и давление) с помощью блока измерения датчика. Микроконтроллер в вычислительном блоке обрабатывает эти данные. Измеренные или измеряемые данные передаются на соседний узел сети по беспроводной сети в виде пакетов данных с помощью передатчика. Информация передается на узел USB-шлюза через головные узлы кластера [3]. Наконец, пользователь может удаленно контролировать все процессы, протекающие в системе, например, производить контроль температуры.

При разработке компьютерной модели и при моделировании данных элементов будем пользоваться программным комплексом MatLab/Simulink.

В данной работе выполнено моделирование автономной однофазной солнечной электростанции. Данная система содержит блоки, изображенные на рис.1. Моделирование выполнено в программе Matlab Simulink.

Рисунок 1. Модель СЭС в MatLab/Simulink

Характеристики фотоэлектрического модуля показаны на рис. 2. Солнечный фотоэлемент показывает нелинейные P-V и I-V характеристики и можно заметить, что при одном конкретном напряжении (Vmp) фотоэлемент обеспечивает максимальную мощность (Pmax), а при изменении излучения и температуры P-V (power-voltage) и I-V (current-voltage) характеристики изменяются и, следовательно, напряжение в точке максимальной мощности (Vmp), ток в точке максимальной мощности (Imp), напряжение разомкнутой цепи (Voc) и ток короткого замыкания (Isc) изменяются с изменением облучения и температуры.

Рисунок 2. Характеристики P-V и I-V фотоэлектрического модуля

Таким образом, смоделирована уникальная комплексная схема СЭС, обеспечивающая анализ ее рабочих режимов в настоящих ситуациях эксплуатации. В ней предусмотрено воздействие наружных погодных условий на энергосвойства солнечной батареи, то что увеличивает достоверность прогнозных расчетов в выработке электричества с целью осматриваемого района.

Приобретенные при прогнозировании систем СЭС итоги гарантируют вероятность обоснованного подбора оптимального порядка эксплуатации электростанции (постоянный либо неравномерный), требуемой емкости накопительных приборов, определенной силы также номинального напряжения солнечной батареи, вид солнечного трекера, сечений проводников также мощности преобразователей, но кроме того установления результативных алгоритмов управления энергетическим комплексом.

Список литературы:

1. Chauhan A., Saini R.P. A review on Integrated Renewable Energy System based power generation for standalone applications: Configurations, storage options, sizing methodologies and control // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2014. – V. 38. – Р. 99–120.
2. Shivarama K.K., Sathish K.K. A review on hybrid renewable energy systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – V. 52. – Р. 907–916.
3. Badwawi R.A., Abusara M., Mallick T. A Review of Hybrid SolarPV and Wind Energy System // Smart Science. – 2015. – V. 3 (3). – Р. 127–138.
4. Kusakana K., Vermaak H.J. Hybrid diesel generator/renewable energy system performance Modeling // Renewable Energy. – 2014. – V. 67. – Р. 97–102.
5. Обухов С.Г., Плотников И.А. Модель солнечной панели в MATLAB SIMULINK // Альтернативная энергетика и экология: Международный научный журнал. – 2014. – № 21 (161). – C. 51–59.
6. Солнечная энергетика / В.И., Виссарионов Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин / под ред. В.И. Виссарионова., 2е изд., стер. – М.: ИД МЭИ, 2011. – 276 с.