МОДЕЛЮВАННЯ АВТОНОМНОЇ СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ ЇЇ РОБОТИ
Ключові слова:
сонячна панель, моделювання, математичний метод, сонячна енергія, автономна енергетика, фотоелектричний модуль, план живлення.
Анотація
Анотація. В роботі представлені етапи моделювання автономної сонячної електростанції для дослідження режимів її роботи. Оцінка виконується за допомогою простого аналітичного методу вилучення параметрів, включених в рівняння поведінки фотоелектричного модуля (ФЕМ). Представлена математична модель фотоелектричного елемента (ФЕЕ) за допомогою середовища Matlab Simulink для знаходження параметрів нелінійного рівняння, що зв'язує струм (I) з рівнянням напруги (U). Використано простий і успішний метод для оцінки послідовного опору, коефіцієнта ідеальності, контролю точки максимальної потужності (ТМП), струму насичення і провідності, що шунтує, в сонячних елементах, що опромінюються. Розглядається конструкція DC-DC перетворювача та інтеграція DC-DC перетворювача з фотомодулем. DC/AC перетворювач, розроблений і змодельований за допомогою Matlab Simulink. Вхідні і вихідні дані перетворювача отримані в результаті моделювання в умовах відкритого контуру з постійною вхідною напругою постійного струму. Крім того, виходи беруться з перетворювача, подаючи на нього вихід фотоелектричного модуля.
Посилання
1. Benoy S., Pandey M., Bhattacharjya D, Saikia B. Recent trends in super capacitor-battery hybrid energy storage devices based on carbon materials. Journal of Energy Storage. 2022. Vol. 52. B. https://doi.org/10.1016/ j.est.2022.104938.
2. Szafraniec A., Halko S., Miroshnik O., Figura R., Zharkov A., Vershkov O. Magnetic field parameters mathematical modelling of wind-electric heater. Przegląd Elektrotechniczny. 2021. Vol. 97(8). P. 6–41. https://doi.org/10.15199/48.2021.08.07.
3. Галько С. В. Експериментальне дослідження і визначення параметрів когенераційного фотоелектричного модуля для гібридних сонячних електростанцій. Традиційні та інноваційні підходи до наукових досліджень: матеріали Міжнар. наук. конф., 10 квіт. 2020 р. Луцьк: МЦНД, 2020. Т. 1. С. 83–90. https://doi.org/10.36074/10.04.2020. v1.10.
4. Khasawneh A., Qawaqzeh M., Miroshnyk O., Danylchenko D., Minakova K., Potryvai A. Methodology for Accounting for the Influence of Dust Cover on the Performance of a Photovoltaic System for Matlab. Proceedings of the 20th IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems, MEES. Kremenchuk, Ukraine, 2021. https://doi.org/10.1109/MEES52427.2021.9598611.
5. Belik M. Weather dependent mathematical model of photovoltaic panels. Renewable Energy and Power Quality Journal. 2017. Vol. 1(15). P. 698–701.
6. Zaitsev R., Kirichenko M., Minakova K., Khrypunov G., Drozdov A., Khrypunova I., Prokopenko D. DC–DC Converter for High-Voltage Power Take-Off System of Solar Station. 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON-2019), 2-6 July 2019, Conference proceedings. Lviv: IEEE, 2019. P. 582–587. https://ieeexplore. ieee.org/document/8879860.
7. Pazyi V., Miroshnyk O., Moroz O., Trunova I., Savchenko O., Halko S. Analysis of technical condition diagnostics problems and monitoring of distribution electrical network modes from smart grid platform position. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology, KhPIWeek 2020-Conference Proceedings. Kharkiv, Ukraine, 2020. P. 57–60. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250080.
8. Галько С.В. Використання когенераційних фотоелектричних модулів для зарядки акумуляторів електромобілів. Праці ТДАТУ. Технічні науки. 2019. Вип. 19, т. 3. С. 130–141. https://doi.org/10.31388/2078-0877-19-3-130-141.
9. Tрунова И., Mірошник О., Савченко О., Moроз О. Удосконалення мотиваційної моделі підвищення якості електропостачання з використанням одностороннього дисперсійного аналізу. Науковий вісник національного гірничого університету. 2019. Вип. 6. С. 163–168. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-6/24.
10. Belik M. PV power stations – fire hotbeds and fire tolls. Renewable Energy and Power Quality Journal. 2019. Vol. 17. P. 229–234.
11. Belik M. Emergency island grids with small hydro power stations. In Proceedings of the 10th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering, Elektroenergetika 2019. 2019. P. 116–121.
12. Карта розподілу сонячної радіації. URL: https://rentechno.ua/assets/images/blog/pvgis-eu-2012.png (дата звернення: 16.09.2023).
13. Halko S., Halko K. Research of electrical and physical characteristics of the solar panel on the basis of cogeneration photoelectric modules. Integración de las ciencias fundamentals y aplicadas en el paradigm de la sociedad post-industrial: Colección de documentos cientificos «ΛΌΓΟΣ» con actas de la Conferencia Internacional Cientifica y Prάctica, 24 de abril de 2020. Barcelona, España: Plataforma Europea de la Ciencia, 2020. Vol. 2. P. 39–44. https://doi.org/10.36074/24.04.2020.v2.10.
14. Roncero-Clemente C., Husev O., Stepenko S., Vinnikov D., Romero-Cadaval E., Output voltage control system for a three-level neutral-point clamped quasi-Z-source inverter. Przegląd Elektrotechniczny. 2013. Vol. 89(5). P. 76–80.
15. Зайцев Р., Хрипунов Г., Веселова Н., Кіріченко М., Харченко М., Зайцева Л. Тонкі плівки телуриду кадмію для гнучких ФЕП, отриманих магнетронно-дисперсійним методом. Журнал нано- та електронної фізики. 2017. Вип. 9, № 3. С. 03015-1–03015-7. https://jnep.sumdu.edu.ua/en/full_article/2216.
16. Мірошник О., Тимчик С. Рівномірний розподіл навантажень в електричній системі 0,38/0,22 кВ з використанням генетичних алгоритмів. Технічна електродинаміка. 2013. Вип. 4. С. 67–73. http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-84885913005&partner ID=MN8TOARS (дата звернення 02.09.2023).
17. James P. Dunlop “Photovoltaic systems,” National Joint Apprenticeship and Training Committee for the Electrical Industry, American Technical Pub, 2010. 469 р.
18. Iegorov O., Iegorova O., Miroshnyk O., Savchenko O. Improving the accuracy of determining the parameters of induction motors in transient starting modes. Energetika. 2020. Vol. 66(1). P. 15–23. https://doi.org/10.6001/ energetika.v66i1.4295.
19. Stepenko S., Husev O., Vinnikov D., Ivanets S. FPGA control of the neutral point clamped quasi-Z-source inverter. 2012 13th Biennial Baltic Electronics Conference. Tallinn, Estonia, 2012. P. 263–266. https://doi.org/10.1109/BEC.2012.6376867.
20. Shevchenko S., Danylchenko D., Kuznetsov D., Petrov S. Use of capacitor batteries to improve the quality of electrical energy. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology, KhPIWeek 2021 – Conference Proceedings. Kharkiv, Ukraine, 2021. P. 666–669. https://doi.org/10.1109/ KhPIWeek53812.2021.9570023.
21. Rubanenko O., Hunko I., Rubanenko O., Rassõlkin A. Influence of Solar Power Plants on 0.4 kV Consumers. 2019 IEEE 60th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). Riga, Latvia, 2019. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/RTUCON48111.2019.8982257.
22. Cericola D., Kötz R., Hybridization of rechargeable batteries and electrochemical capacitors: Principles and limits. Electrochimica Acta. 2012. Vol. 72. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.03.151.
23. Minakova K., Zaitsev R. Двовісна модель теплового балансу сонячного колекторe. Журнал нано- та електронної фізики. 2022. Вип. 14, № 4. С. 1–4. https://jnep.sumdu.edu.ua/en/full_article/3530.
24. Iegorov O., Iegorova O., Miroshnyk O., Savchenko O. Improving the accuracy of determining the parameters of induction motors in transient starting modes. Energetika. 2020. Vol. 66(1). P. 15-23. https://doi.org/10.6001/ energetika.v66i1.4295.
25. Qawaqzeh M., Szafraniec A., Halko S., Miroshnyk O., Zharkov A. Modelling of a household electricity supply system based on a wind power plant. Przegląd Elektrotechniczny. 2020. Vol. 96. P. 36-40. https://doi.org/10.15199/48.2020.11.08.
26. Yun H. One-dimensional partial differential model for asymmetric hybrid supercapacitor. Journal of Power Sources. 2023. T. 562. No 232788. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.232788.
27. Veligorskyi O., Kosenko R., Stepenko S. Розробка та оцінка ефективності високоефективного сонячного трекера. 2014 IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). Київ, Україна, 2014. С. 153–158. https://doi.org/10.1109/IEPS.2014. 6874169.
28. Kirichenko M., Khrypunov G., Khrypunov M., Zaitsev R., Drozdov A. EMI protection elements on cadmium telluride thin films. 2018 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Lesvos, Greece, 2018. 459 p. No 012009. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757- 899X/459/1/012009 (дата звернення 08.09.2023).
29. Halko S., Suprun O., Miroshnyk O. Influence of Temperature on Energy Performance Indicators of Hybrid Solar Panels Using Cylindrical Cogeneration Photovoltaic Modules. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology, KhPIWeek 2021 – Conference Proceedings. Kharkiv, Ukraine, 2021. Р. 132–136. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek 53812.2021.9569975.
30. Voytenko V., Stepenko S., Velihorskyi O., Chakirov R., Roberts D., Vagapov Y. Digital control of a zero-current switching quasi-resonant boost converter. 2015 Internet Technologies and Applications (ITA). Wrexham, UK, 2015. Р. 365–369. https://doi.org/10.1109/ITechA.2015. 7317428.
31. Qawaqzeh M., Al_Issa H., Buinyi R., Bezruchko V., Dikhtyaruk I., Miroshnyk O., Nitsenko V. The assess reduction of the expected energy not-supplied to consumers in medium voltage distribution systems after installing a sectionalizer in optimal place. Sustainable Energy, Grids and Networks. 2023. Vol. 34. No 101035. https://doi.org/10.1016/j.segan.2023.101035.
32. Bezruchko V., Buinyi R., Strogii A., Tkach V. Іntegration of New Single-Phase-to-Ground Faults Detection Devices into Existing SmartGrid Systems. 2019 IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems. Kyiv, Ukraine, 2019. P. 84-87. https://doi.org/10.1109/ESS.2019. 8764237.
2. Szafraniec A., Halko S., Miroshnik O., Figura R., Zharkov A., Vershkov O. Magnetic field parameters mathematical modelling of wind-electric heater. Przegląd Elektrotechniczny. 2021. Vol. 97(8). P. 6–41. https://doi.org/10.15199/48.2021.08.07.
3. Галько С. В. Експериментальне дослідження і визначення параметрів когенераційного фотоелектричного модуля для гібридних сонячних електростанцій. Традиційні та інноваційні підходи до наукових досліджень: матеріали Міжнар. наук. конф., 10 квіт. 2020 р. Луцьк: МЦНД, 2020. Т. 1. С. 83–90. https://doi.org/10.36074/10.04.2020. v1.10.
4. Khasawneh A., Qawaqzeh M., Miroshnyk O., Danylchenko D., Minakova K., Potryvai A. Methodology for Accounting for the Influence of Dust Cover on the Performance of a Photovoltaic System for Matlab. Proceedings of the 20th IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems, MEES. Kremenchuk, Ukraine, 2021. https://doi.org/10.1109/MEES52427.2021.9598611.
5. Belik M. Weather dependent mathematical model of photovoltaic panels. Renewable Energy and Power Quality Journal. 2017. Vol. 1(15). P. 698–701.
6. Zaitsev R., Kirichenko M., Minakova K., Khrypunov G., Drozdov A., Khrypunova I., Prokopenko D. DC–DC Converter for High-Voltage Power Take-Off System of Solar Station. 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON-2019), 2-6 July 2019, Conference proceedings. Lviv: IEEE, 2019. P. 582–587. https://ieeexplore. ieee.org/document/8879860.
7. Pazyi V., Miroshnyk O., Moroz O., Trunova I., Savchenko O., Halko S. Analysis of technical condition diagnostics problems and monitoring of distribution electrical network modes from smart grid platform position. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology, KhPIWeek 2020-Conference Proceedings. Kharkiv, Ukraine, 2020. P. 57–60. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250080.
8. Галько С.В. Використання когенераційних фотоелектричних модулів для зарядки акумуляторів електромобілів. Праці ТДАТУ. Технічні науки. 2019. Вип. 19, т. 3. С. 130–141. https://doi.org/10.31388/2078-0877-19-3-130-141.
9. Tрунова И., Mірошник О., Савченко О., Moроз О. Удосконалення мотиваційної моделі підвищення якості електропостачання з використанням одностороннього дисперсійного аналізу. Науковий вісник національного гірничого університету. 2019. Вип. 6. С. 163–168. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-6/24.
10. Belik M. PV power stations – fire hotbeds and fire tolls. Renewable Energy and Power Quality Journal. 2019. Vol. 17. P. 229–234.
11. Belik M. Emergency island grids with small hydro power stations. In Proceedings of the 10th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering, Elektroenergetika 2019. 2019. P. 116–121.
12. Карта розподілу сонячної радіації. URL: https://rentechno.ua/assets/images/blog/pvgis-eu-2012.png (дата звернення: 16.09.2023).
13. Halko S., Halko K. Research of electrical and physical characteristics of the solar panel on the basis of cogeneration photoelectric modules. Integración de las ciencias fundamentals y aplicadas en el paradigm de la sociedad post-industrial: Colección de documentos cientificos «ΛΌΓΟΣ» con actas de la Conferencia Internacional Cientifica y Prάctica, 24 de abril de 2020. Barcelona, España: Plataforma Europea de la Ciencia, 2020. Vol. 2. P. 39–44. https://doi.org/10.36074/24.04.2020.v2.10.
14. Roncero-Clemente C., Husev O., Stepenko S., Vinnikov D., Romero-Cadaval E., Output voltage control system for a three-level neutral-point clamped quasi-Z-source inverter. Przegląd Elektrotechniczny. 2013. Vol. 89(5). P. 76–80.
15. Зайцев Р., Хрипунов Г., Веселова Н., Кіріченко М., Харченко М., Зайцева Л. Тонкі плівки телуриду кадмію для гнучких ФЕП, отриманих магнетронно-дисперсійним методом. Журнал нано- та електронної фізики. 2017. Вип. 9, № 3. С. 03015-1–03015-7. https://jnep.sumdu.edu.ua/en/full_article/2216.
16. Мірошник О., Тимчик С. Рівномірний розподіл навантажень в електричній системі 0,38/0,22 кВ з використанням генетичних алгоритмів. Технічна електродинаміка. 2013. Вип. 4. С. 67–73. http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-84885913005&partner ID=MN8TOARS (дата звернення 02.09.2023).
17. James P. Dunlop “Photovoltaic systems,” National Joint Apprenticeship and Training Committee for the Electrical Industry, American Technical Pub, 2010. 469 р.
18. Iegorov O., Iegorova O., Miroshnyk O., Savchenko O. Improving the accuracy of determining the parameters of induction motors in transient starting modes. Energetika. 2020. Vol. 66(1). P. 15–23. https://doi.org/10.6001/ energetika.v66i1.4295.
19. Stepenko S., Husev O., Vinnikov D., Ivanets S. FPGA control of the neutral point clamped quasi-Z-source inverter. 2012 13th Biennial Baltic Electronics Conference. Tallinn, Estonia, 2012. P. 263–266. https://doi.org/10.1109/BEC.2012.6376867.
20. Shevchenko S., Danylchenko D., Kuznetsov D., Petrov S. Use of capacitor batteries to improve the quality of electrical energy. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology, KhPIWeek 2021 – Conference Proceedings. Kharkiv, Ukraine, 2021. P. 666–669. https://doi.org/10.1109/ KhPIWeek53812.2021.9570023.
21. Rubanenko O., Hunko I., Rubanenko O., Rassõlkin A. Influence of Solar Power Plants on 0.4 kV Consumers. 2019 IEEE 60th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). Riga, Latvia, 2019. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/RTUCON48111.2019.8982257.
22. Cericola D., Kötz R., Hybridization of rechargeable batteries and electrochemical capacitors: Principles and limits. Electrochimica Acta. 2012. Vol. 72. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.03.151.
23. Minakova K., Zaitsev R. Двовісна модель теплового балансу сонячного колекторe. Журнал нано- та електронної фізики. 2022. Вип. 14, № 4. С. 1–4. https://jnep.sumdu.edu.ua/en/full_article/3530.
24. Iegorov O., Iegorova O., Miroshnyk O., Savchenko O. Improving the accuracy of determining the parameters of induction motors in transient starting modes. Energetika. 2020. Vol. 66(1). P. 15-23. https://doi.org/10.6001/ energetika.v66i1.4295.
25. Qawaqzeh M., Szafraniec A., Halko S., Miroshnyk O., Zharkov A. Modelling of a household electricity supply system based on a wind power plant. Przegląd Elektrotechniczny. 2020. Vol. 96. P. 36-40. https://doi.org/10.15199/48.2020.11.08.
26. Yun H. One-dimensional partial differential model for asymmetric hybrid supercapacitor. Journal of Power Sources. 2023. T. 562. No 232788. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.232788.
27. Veligorskyi O., Kosenko R., Stepenko S. Розробка та оцінка ефективності високоефективного сонячного трекера. 2014 IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). Київ, Україна, 2014. С. 153–158. https://doi.org/10.1109/IEPS.2014. 6874169.
28. Kirichenko M., Khrypunov G., Khrypunov M., Zaitsev R., Drozdov A. EMI protection elements on cadmium telluride thin films. 2018 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Lesvos, Greece, 2018. 459 p. No 012009. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757- 899X/459/1/012009 (дата звернення 08.09.2023).
29. Halko S., Suprun O., Miroshnyk O. Influence of Temperature on Energy Performance Indicators of Hybrid Solar Panels Using Cylindrical Cogeneration Photovoltaic Modules. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology, KhPIWeek 2021 – Conference Proceedings. Kharkiv, Ukraine, 2021. Р. 132–136. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek 53812.2021.9569975.
30. Voytenko V., Stepenko S., Velihorskyi O., Chakirov R., Roberts D., Vagapov Y. Digital control of a zero-current switching quasi-resonant boost converter. 2015 Internet Technologies and Applications (ITA). Wrexham, UK, 2015. Р. 365–369. https://doi.org/10.1109/ITechA.2015. 7317428.
31. Qawaqzeh M., Al_Issa H., Buinyi R., Bezruchko V., Dikhtyaruk I., Miroshnyk O., Nitsenko V. The assess reduction of the expected energy not-supplied to consumers in medium voltage distribution systems after installing a sectionalizer in optimal place. Sustainable Energy, Grids and Networks. 2023. Vol. 34. No 101035. https://doi.org/10.1016/j.segan.2023.101035.
32. Bezruchko V., Buinyi R., Strogii A., Tkach V. Іntegration of New Single-Phase-to-Ground Faults Detection Devices into Existing SmartGrid Systems. 2019 IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems. Kyiv, Ukraine, 2019. P. 84-87. https://doi.org/10.1109/ESS.2019. 8764237.
Опубліковано
2023-11-10
Як цитувати
Галько, С., Мірошник, О., Сивенко, М., Shchur, T., & Markowska, A. (2023). МОДЕЛЮВАННЯ АВТОНОМНОЇ СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ ЇЇ РОБОТИ. Праці Таврійського державного агротехнологічного університету імені Дмитра Моторного, 23(1), 164-178. Retrieved із https://oj.tsatu.edu.ua/index.php/pratsi/article/view/630
Розділ
Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
