bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2022-20-2-78-85bsuir-3314Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSЗарядно-разрядные характеристики аккумуляторно-емкостного накопителя электроэнергии в составе автономной фотоэлектрической системыCharging and Discharging Characteristics of a Battery-Capacitive Energy Storage Device for Stand-Alone Photovoltaic SystemВасилевичВ. П.VasilevichV. P.

К.т.н., профессор

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

тел. +375-29-310-33-12

Сand. of Sci., Professor at the Department of Electronic Engineering and Technology

220013, Minsk, P. Brovka st., 6

tel. +375-29-310-33-12

ЗбышинскаяМ. Е.ZbysinskayaМ. Y.

Збышинская Мария Евгеньевна - аспирант

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

тел. +375-29-310-33-12

Zbyshinskaya Mariya Yevgen’evna - Ph.D. student at the Department of Electronic Engineering and Technology

220013, Minsk, P. Brovka st., 6

tel. +375-29-310-33-12

10mash@mail.ruБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelorussian State University of Informatics and Radioelectronics2022050420222027885Copyright © Василевич В.П., Збышинская М.Е., 20222022Василевич В.П., Збышинская М.Е.Vasilevich V.P., Zbysinskaya М.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3314

Цель настоящей работы – исследование зарядно-разрядных характеристик гибридного накопителя электроэнергии, состоящего из двух параллельно включенных аккумуляторной и емкостной частей, для оценки работоспособности и эффективности его схемотехнического решения в составе автономной фотоэлектрической системы. Исследование кинетики тока заряда гибридного накопителя от солнечной батареи проводилось в натурных условиях при удельной мощности падающего солнечного излучения 800–850 Вт/м2. Кинетика токов разряда аккумуляторного и емкостного накопителей получены при резистивной нагрузке с отключенной солнечной батареей. Динамика процессов заряда и разряда аккумуляторной и емкостной частей накопителя контролировались по скорости нарастания/спада напряжения. Аккумуляторная часть накопителя представлена в виде зарядно-пускового устройства на базе свинцово-кислотного гелевого аккумулятора с зарядной емкостью 11 А·ч, максимальным напряжением 12,8 В, максимально допустимым током разряда 15 А. Емкостная часть состояла из пускового устройства нового поколения суперконденсаторного типа INSPECTOR Booster с электростатической емкостью 80 Ф при допустимом напряжении 15,5 В и допустимым пусковым током 800 А. Источником энергии служила солнечная батарея с номинальным напряжением 12 В, пиковой мощностью 100 Вт. В качестве нагрузки при разряде накопителя служил реостат сопротивлением 6 Ом, с максимальным током потребления 15 А. Для мониторинга и управления фотоэлектрической cистомой использовался контроллер заряда/разряда Мorningstar ProStar-15 c функцией широтно-импульсной модуляции. Получены количественные зарядно-разрядные характеристики аккумуляторно-емкостного накопителя для использования в разработке интеллектуальных автономных фотоэлектрических систем.

The purpose of the research is to study the charging-discharging characteristics of a hybrid energy storage device which consists of two parallel connected battery and capacitive parts to assess the work efficiency of its circuit design as a part of standalone photovoltaic system. The charge current kinetics of a hybrid storage device from a solar panel was carried out under natural conditions at a specific power of incident solar radiation of 800–850 W/m2. The discharge current kinetics of battery and capacitive storages were obtained with a resistive load and disconnected solar battery. The dynamics of charging and discharging processes of the battery and capacitive parts of the energy storage device were monitored by the voltage rise/fall rate. The battery part of the drive is charging and starting the device based on a lead-acid gel battery with a charging capacity of 11 A·h, 12.8 V maximum voltage, and 15 A maximum discharge current. The capacitive part consisted of a new generation INSPECTOR Booster supercapacitor starting the device with an electrostatic capacity of 80 F, 15.5 V voltage, and 800 A starting current. As the energy source a solar battery was used, with a 12 V nominal voltage and 100 W peak power. A 6 Om rheostat with 15 A consumption current was used as a load during the storage device discharge. A Morningstar ProStar-15 charging/discharging controller with a pulse-width modulation function was used to monitor and control the photovoltaic system. Quantitative charging and discharging characteristics of a battery-capacity energy storage device were obtained for the use in the development of standalone photovoltaic system.

зарядно-разрядные характеристикиаккумуляторно-емкостной накопитель электроэнергиигибридный накопитель энергииавтономная фотоэлектрическая системасуперконденсаторcharging and discharging characteristicsbattery-capacitive energy storage devicehybrid energy storage devicestand-alone photovoltaic systemReferencesОбухов С.Г., Плотников И.А., Ибрагим А., Масолов В.Г. Двухконтурный накопитель энергии для гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020;331(1):64-76. DOI: 10.18799/24131830/2020/1.Obukhov S.G., Plotnikov I.A., Ibrahim A., Masolov V.G. [Dual Energy Storage for Hybrid Energy Systems with Renewable Energy Sources, Bulletin of the Tomsk Polytechnic University]. Geo Аssets Engineering. 2020;331(1):64-76. DOI: 10.18799/24131830/2020/1. (In Russ.)Красовский В.И., Яцко П.В. Накопители энергии для улучшения режимов работы электрической энергосистемы с возобновляемыми источниками энергии. Сахаровские чтения 2020 года: экологические проблемы XXI века; г. Минск, Республика Беларусь: в 2 ч. Междунар. гос. экол. ин-т им. А. Д. Сахарова Бел. гос. ун-та. 2020;(Ч. 2):393-396. DOI: 10.46646/SAKH-2020-2-393-396.Krasovski V.I., Yacko P.V. Energy storage as devices for improving the operation of the electric power system with renewable energy sources ed technical and applied sciences: Sakharov readings 2020: environmental problems of the XXI century. Belarusian State University, ISEI BSU, Minsk. 2020;(Р. 2):393-396. DOI: 10.46646/SAKH-2020-2-393-396. (In Russ.)Бердников Р.Н., Фортов В.Е., Сон Э.Е., Деньщиков К.К., Жук К.Э., Новиков Н.Л., Шакарян Ю.Г. Гибридный накопитель электроэнергии для ЕНЭС на базе аккумуляторов и суперконденсаторов. Инновационные технологии и материалы. Новые технические средства. Энергия единой сети. 2013;2(7);40-51.Berdnikov R.N., Fortov V.E., Son E.E., Den'shchikov K.K., ZHuk K.E., Novikov N.L., SHakaryan Yu.G. [Hybrid electric power storage for ENES based on Li-ion batteries and supercapacitors]. Energy of Unified Grid, Scietnific and Technical Journal. 2013;2(7);40-51. (In Russ.)Карабанов С.М., Мороз А.И., Суворов Д.В., Сливкин Е.В., Гололобов Г.П., Тарабрин Д.Ю. Автономные солнечные энергетические системы с использованием суперконденсаторов. Вестник РГРТУ. 2015;54(2):137-142.Karabanov S.M., Moroz A.I., Suvorov D.V., Slivkin Y.V., Gololobov G.P., Tarabrin D.Y. [Stand-alone photovoltaic systems with supercapacitors]. Vestnik of RSREU. 2015;54(2):137-142. (In Russ.).Марьенков С.А. Гибридный накопитель электрической энергии для сетей с распределенной генерацией на основе возобновляемых источников электрической энергии. Международный научно-исследовательский журнал. 2017(Ч. 3);2(56):120-123. DOI: 10.23670/IRJ.2017.56.007.Marenkov S.A. [Hybrid accumulator of electricity for networks with distributed generation based on renewable sources of electrical energy]. International Research Journal. 2017 (Р. 3);2(56):120-123. DOI: 10.23670/IRJ.2017.56.007. (In Russ.)Саврасов Ф.В. Варианты построения автономных систем электроснабжения с использованием фотоэлектрических устройств и алгоритмы их работы. Науковедение. 2013;(6);36TVN613:1-13.Savrasov F.V. [Variants of the autonomous power supply systems's design with photovoltaic devices and algorithms for their work]. Naukovedenie. 2013;(6);36TVN613:1-13. (In Russ.)Носкин Г.В., Хаванов Е.С., Бесчастный Р.А. Гибридный накопитель электрической энергии на основе литий-ионных аккумуляторов и блоков суперконденсаторов для систем электроснабжения возвращаемых космических аппаратов. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin. 2019;23(4):39-48. DOI: 10.18698/2542-1468-2019-4-39-48.Noskin G.V., Khavanov E.S., Beschastnyy R.A. [Hybrid electric power storage based on lithium-ion batteries and supercapacitors blocks for power supply system of Earth return spacecraft]. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin. 2019;23(4):39-48. DOI: 10.18698/2542-1468-2019-4-39-48. (In Russ.)Шиняков Ю.А. Экстремальное регулирование мощности солнечных батарей автоматических космических аппаратов. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. 2007;1(12):123-129. DOI: 10.18287/2541-7533-2007-0-1(12)-123-129.Shinyakov Yu.A. [Extremal regulation of automatic space vehicle solar battery power]. Vestnik of the Samara State Aerospace University. 2007;1(12):123-129. DOI: 10.18287/2541-7533-2007-0-1(12)-123-129. (In Russ.)Василевич В.П., Збышинская М.Е. Суперконденсаторные структуры для накопителей энергии в составе автономной фотоэлектрической системы, гл. 8. Контактно-барьерные структуры субмикронной электроники. Под ред. А.П. Достанко, В.Л. Ланина. Минск: Бестпринт; 2021.Vasilevich V.P., Zbyshinskaya M.Y. [Supercapacitor structures for energy storage as part of stand-alone photovoltaic system, ch. 8. Contact-barrier structures of submicron electronics]. Ed. A.P. Dostanko, V.L. Lanina. Minsk: Bestprint; 2021. (In Russ.)Weingarth D., Foelske-Schmitz A., Kötz R. Cycle versus voltage hold: which is the better stability test for electrochemical double layer capacitors? Journal Power Sources. 2013;225:84-88. DOI: 10.1016/j.powsour.2012.10.019.Weingarth D., Foelske-Schmitz A., Kötz R. Cycle versus voltage hold: which is the better stability test for electrochemical double layer capacitors? Journal Power Sources. 2013;225:84-88. DOI: 10.1016/j.powsour.2012.10.019.Kötz R., Sauter J.C., Ruch P., Dietrich P., Büchi F.N., Magne P.A., Varenne P. Voltage balancing: long-term experience with the 250 V supercapacitor module of the hybrid fuel cell vehicle HY-LIGHT. Journal Power Sources. 2007;174:264-271. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.08.078.Kötz R., Sauter J.C., Ruch P., Dietrich P., Büchi F.N., Magne P.A., Varenne P. Voltage balancing: long-term experience with the 250 V supercapacitor module of the hybrid fuel cell vehicle HY-LIGHT. Journal Power Sources. 2007;174:264-271. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.08.078.Diab Y., Venet P., Gualous H., Rojat G. Self-discharge characterization and modeling of electrochemical capacitor used for power electronics applications. IEE Trans Power Electro. 2009; 24:511–517. DOI: 10.1109/TPEL.2008.2007116.Diab Y., Venet P., Gualous H., Rojat G. Self-discharge characterization and modeling of electrochemical capacitor used for power electronics applications. IEE Trans Power Electro. 2009; 24:511–517. DOI: 10.1109/TPEL.2008.2007116.Lazzari M, Soavi F, Mastragostino M. Dynamic pulse power and energy of ionic-liquid-based supercapacitor for HEV application. Journal of The Electrochemical Society. 2009;156: A661–A666. DOI: 10.1149/1.3139046.Lazzari M, Soavi F, Mastragostino M. Dynamic pulse power and energy of ionic-liquid-based supercapacitor for HEV application. Journal of The Electrochemical Society. 2009;156: A661–A666. DOI: 10.1149/1.3139046.Mars P. Coupling a supercapacitor with a small energyharvesting source. EDN Journal. June, 2012.Mars P. Coupling a supercapacitor with a small energy harvesting source EDN Journal. June, 2012.Thounthong P., Chunkag V., Sethakul P., Sikkabut S., Pierfederici S., Davat B. Energy management of fuel cell/solar cell/supercapacitor hybrid power source. Journal of Power Sources. 2011;196(1):313-324.Thounthong P., Chunkag V., Sethakul P., Sikkabut S., Pierfederici S., Davat B. Energy management of fuel cell/solar cell/supercapacitor hybrid power source. Journal of Power Sources. 2011;196(1):313-324.Амброзевич А.С., Сибатов Р.Т., Учайкин В.В., Морозова Е.В. Экспериментальные исследования токов заряда-разряда в суперконденсаторах. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2014;4(32):164-175.Ambrozevich S., Sibatov R.T., Uchaykin V.V., Morozova E.V. Experimental Study of Charging- Discharging Currents in Supercapacitors University proceedings. Volga Region. Physics and mathematics sciences. 2014;4(32):164-175. (In Russ)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.