Модель трифазного автономного джерела живлення із сонячними батареями, суперконденсатором, ступеневим інвертором та трансформатором

Анотація

Нині у світі розширюється масштаб застосування поновлюваних джерел енергії. Це пов'язано з обмеженими запасамивикопних видів енергії на планеті, також з екологічними проблемами, тобто з необхідністю зниження шкідливих викидів підчас використання викопного палива. Серед ряду відновлюваних джерел енергії у цій статті акцент зроблений на сонячнійелектронній генерації, тому що її зручно використовувати для електропостачання житлових будинків.Огляд стану досліджень за літературними джерелами показує, що від початку розвитку сонячної енергетикинайпоширенішим накопичувачем енергії для сонячних панелей були електрохімічні батареї. Тільки в останні роки почалирозглядати застосування суперконденсаторів, але як допоміжних до електрохімічних накопичувачів енергії. Дослідженнясумісної роботи сонячних батарей та саме суперконденсаторів майже відсутні. Також в більшості дослідженьвикористовуються інвертори з широтно-імпульсної модуляцією, з фільтрами на виході, для покращення якості вихідноїнапрузі. У результаті аналізу виникає питання, як буде працювати джерело на сонячних батареях разом зсуперконденсаторами, а також, чи здатний простий ступеневий інвертор з трансформатором на виході забезпечитиприйнятну якість електричної енергії на виході.Для вирішення поставлених наукових задач із стандартних блоків Матлаб була розроблена детальна структура моделіавтономного джерела живлення, Вказане джерело сформоване з сонячної батареї, батареї суперконденсаторів,підвищуючого напівпровідникового перетворювача постійного струму (Boost Converter), ступеневого трьохфазногоінвертору та вихідного трансформатора напруги. У ході досліджень на моделі виявилося, що сонячна батарея добре працює,одночасно забезпечує живлення як суперконденсатору, так й перетворювача постійного струму, у будь-яких режимах. Приглибокому розряді батареї суперконденсаторів з одночасним значним зниженням напруги сонячна батарея автоматичнообмежує вихідний струм на максимальному рівні, величина якого безпечна для сонячної батареї. При потребісуперконденсатор здатний забезпечити пікову віддачу потужності, не порушуючи нормальної роботи системи. Через те, щоамплітуда вихідної напруги значно залежить від величини корисного навантаження, була розроблена система автоматичноїстабілізації напруги, на базі ПІ-регулятору для керування Boost Converter. Дослідження форми вихідної напруги та струмупри роботі системи стабілізації напруги показали досить високу якість електроенергії, яка відповідає вимогамєвропейського стандарту IEEE 519-2022. Більш того, якість вихідної напруги утримується на прийнятному рівні впритул дотого моменту, як батарея суперконденсаторів розрядиться до 40 % (або напруга знизиться від  30 В до  10 В).