Кваліметричний метод оцінки якості параметрів сонячних батерей
Анотація
DOI: https://doi.org/10.32820/2079-1747-2024-33-64-77
У статті досліджується кваліметричний метод оцінки параметрів фотоелектричного
перетворювача сонячної батареї за допомогою систем схемотехнічного моделювання
MATLAB/Simulink, що дозволяє пов’язати параметри потужності сонячних елементів з
освітленням, температурою навколишнього середовища з геометричними розмірами площі
сприймаючої поверхні фотоелектричного перетворювача. Розроблений кваліметричний
метод оцінки параметрів фотоелектричного перетворювача сонячної батареї, дозволяє підвищувати точність, стабільність вольт-амперної та вольт-ватної характеристик і
визначити реальне значення величини вихідної потужності та ККД фотоелектричного
перетворювача. Отримані аналітичні вирази, для обчислення вихідних параметрів, з
врахуванням реальних геометричних структурних змін поверхневого шару
фотоелектричного перетворювача, при наявності ушкоджуючих дефектів в вигляді макро- та
мікротріщин и локальних неоднорідностей. Отримані аналітичні вирази, дозволяють
розрахувати такі параметри сонячного елементу як струму короткого замикання, напруги
холостого ходу, максимальної вихідної потужності с урахуванням величини реальної площі
сприймаючої поверхні фотоелектричного перетворювача.
Проведений обчислювальний експериментом у системах схемотехнічного
моделювання MATLAB/Simulink, який підтвердив вплив геометричних характеристик
поверхні на вихідні параметри фотоелектричного перетворювача, на основі використання
обчислювального апарата фрактальної геометрії. Підтверджені результати теоретичних
досліджень, про відповідність величини фрактальної розмірності, певному значенню площі,
а також про степеневу залежність геометричної топологічної поверхні від величини
фрактальної розмірності.
Проведено порівняння теоретичних результатів з результатами практичного
експерименту, яке показало розходження отриманих даних до 5%.
Розроблений та представлений алгоритм побудови математичної моделі
фотоелектричного перетворювача сонячної батареї у системах схемотехнічного
моделювання MATLAB/Simulink с врахуванням площі активної сприймаючої поверхні.
Запропонований кваліметричний метод оцінки, може бути практично використаний
для контролю вхідних та вихідних параметрів фотоелектричного перетворювача на етапі
збірки, відбраковування сонячних модулів, панелей і цілому при побудові різних варіантів
фотоелектричних модулів сонячних електростанцій.
Завантаження
Посилання
Budanov, P, Kyrysov, I, Brovko, K, Rudenko, D, Vasiuchenko, P & Nosyk, A 2021, ‘Development of a Solar Element Model Using the Method of Fractal Geometry Theory’, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 3, no 8, Pp. С. 75–80.
Rudenko, DV & Vasyuchenko, PV 2019, ‘Modeliuvannia fizychnykh protsesiv roboty soniachnykh fotoelektrychnykh batarei’ [Modeling of physical processes of operation of solar photovoltaic batteries], Vcheni zapysky Tavriiskoho natsionalnoho universytetu imeni V. I. Vernadskoho. Seriia: Tekhnichni nauky, Vol. 30(69), no 2, Pp. 42–47.
Nguyen, XH & Nguyen MP 2015, ‘Mathematical modeling of photovoltaic cell/module/arrays with tags in MATLAB/Simulink’, Environmental Systems Research, Vol. 4 (24), Pp. 7-22.
Salmi, T, Bouzguenda, M, Gastli, A & Masmoudi, A 2012, ‘MATLAB/Simulink Modelling of Solar Photovoltaic Cell’, International Journal of Renewable Energy Research, Vol. 2, no 2, Рp. 213-218.
Marcelo Gradella Villalva, Jonas Rafael Gazoli & Ernesto Ruppert Filho 2009, ‘Comprehensive Approach to Modeling and Simulation of Photovoltaic Arrays’, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, no 5, Pp. 1198-1208.
J. Surya Kumari & Ch. Sai Babu 2012, ‘Mathematical Modelling and Simulation of Photovoltaic Cell Using MATLAB/Simulink Environment and PLECS Blockset’, International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), Vol. 2, no 1, Pp. 26-34.
Tarak Salmi, Mounir Bouzguenda, Adel Gastli & Ahmed Masmoudi 2012, ‘MATLAB/Simulink Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell’, International Journal Of Renewable Energy Research, Vol.2, no.2, Pp. 213-218.
Patil Sahebrao N & Prasad, RC 2014, ‘Design and simulation of MPPT algorithm for solar energy system using Simulink model’, International Journal of Research in Engineering and Applied Sciences, Vol. 2, iss. 1, Рp. 37-40.
Laudani A, Riganti Fulginei F & Salvini, A 2014, ‘High performing extraction procedure for the one-diode model of a photovoltaic panel from experimental I–V curves by using reduced forms’, Sol. Energy, Vol. 103, Pp. 316326.
Lineykin, S, Averbukh, M & Kuperman, A 2014, ‘An improved approach to extract the single-diode equivalent circuit parameters of a photovoltaic cell/panel’, Renew. Sustain. Energy Rev, Vol. 30, Pp. 282-289.
Cubas, J, Pindado, S & Victoria, M 2014, ‘On the analytical approach for modeling photovoltaic systems behavior’, Power Sources, Vol. 247, Pp. 467-474.
Peng, L, Sun, Y, Meng, Z, Wang, Y & Xu, Y 2013, ‘A new method for determining the characteristics of solar cells’, Power Sources, Vol. 227, Pp. 131-136.
Cubas, J, Pindado, S & Manuel, C 2014, ‘Explicit Expressions for Solar Panel Equivalent Circuit Parameters Based on Analytical Formulation and the Lambert W-Function’, Energies, Vol. 7, Pp. 4098-4115
Roedem, B 2006, ‘Thin-film PV module review: Changing contribution of PV module technologies for meeting volume and product needs’, Refocus, Vol. 7, no. 4, Pp. 34-39.
Cucchiela, F, D′Adamo, I & Gastaldi, M 2016, ‘A profitability assessment of small-scale photovoltaic systems in an electricity market without subsidies’, Energy Convers. Manag, Pp. 62-74.
Villala, MG, Gazoli, JR & Filho, ER 2009, ‘Comprehensive approach to modeling and simulation of photovoltaic arrays’, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, Issue 5, Pp. 1198-1208.
Stanly, LS, Divya, R & Nair, MG 2015, ‘Grid connected solar photovoltaic system with Shunt Active Filtering capability under transient load conditions’, IEEE International Conference on Advancements in Power and Energy, Pp. 345-350.
Mints, P 2006, ‘PV – the story so far how is the PV industry progressing in its bid to be considered mainstream?’, Refocus, Vol. 7, no. 6, Pp. 34-36.
Imenes, AG et al 2006, ‘A new strategy for improved spectral performance in solar power plants’, Solar Energy, Vol. 80, no. 10, Pp. 1263-1269.
