МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТИЧНОГО ЗАТЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ В SIMULINK

Солнечная батарея является надежным источником питания электронной аппаратуры. Но на нормальное действие батареи в условиях окружающей среды влияют различные факторы. Одним из таких факторов является затенение солнечной батареи. Например, тень на солнечную батарею может отбрасываться от соседних построек.

Модель солнечной батареи разработана на основе уравнения вольтамперной характеристики единичного солнечного элемента с использованием библиотеки SimPowerSystem (рис.2).

Обычно используемая эквивалентная схема солнечного элемента с сосредоточенными параметрами, работающего в стационарном режиме содержит генератор тока с большим внутренним сопротивлением. Величина тока пропорциональна освещенности и называется фототоком [1, c.152]. Схема замещения солнечного элемента приведена на рис.1.

Рисунок 1. Схема замещения солнечного элемента

Уравнение ВАХ солнечного элемента имеет вид (1):

                             (1)

Рисунок 2. Модель солнечной батареи в Simulink

Допустим, имеется ФЭС, состоящая из 3 солнечных модулей и каждый освещен по-разному. Рассмотрим случай, когда эти панели соединены последовательно (рис.3). Пусть первая панель освещена с интенсивностью 1000 Вт/м^2, вторая – с интенсивностью 300 Вт/м^2 и третья -  с интенсивностью 500 Вт/м^2. В таком случае ток короткого замыкания будет равен току наименее освещенной панели. Необходимо задать параметры реальной солнечной панели SR-M660280 [2].

Если один из модулей полностью затенен, или внезапно отказал, то такой модуль переходит в режим холостого хода, приводя к такому же режиму все последовательно объединенные модули. Этого эффекта можно избежать при использовании шунтирующего диода, установленного параллельно каждому модулю или параллельно объединенным последовательно модулям.

Рисунок 3. ФЭС с шунтирующими диодами

Результаты моделирования системы представлены на рис.4

Рисунок 4. Частичное затенение ФЭС

Как видно, ВАХ не полностью освещенной ФЭС сильно деградировала из-за затенения. Если шунтирующие диоды не используются, общая выходная мощность будет равна нулю. Шунтирующий диод предохраняет работу ФЭС, когда один из его модулей полностью или частично затенен, но уменьшает выходное напряжение системы.

В современных батареях такие диоды уже встраиваются на производстве. Чтобы сделать систему еще эффективнее, панель оснащают сразу несколькими диодами, тогда возможно отсечь только некоторые затенённые участки одного модуля.

Список литературы:

1. Фролов, М.В. Имитация работы солнечной панели в среде Matlab/Simulink / М.В. Фролов, В.Н. Рогов// Сборник материалов 53-й научно-технической конференции – 2019. – часть 1. С.152-155.
2. Официальный сайт компании Sunrise: http://www.sunriseenergy.cn/en/ upfile/cpdownload/EN_SR-M660.pdf (дата обращения 11.01.2019).
3. Фролкова Н.О. Моделирование солнечных батарей на основе различных полупроводников // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – 2011. – 179 с.
4. Раушенбах Г. Cправочник по проектированию солнечных батарей. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с.