bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2022-20-5-90-98bsuir-3417Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSОсобенности структуры и схемотехники автономной фотоэлектрической установки с аккумуляторно-емкостным накопителем энергии.Structure and Circuit Engineering Features of Stand- Alone Photovoltaic System with a Battery-Capacitive Energy Storage DeviceВасилевичВ. П.VasilevichV. P.

Кандидат технических наук, профессор 

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6, tel. +375-29-310-33-12

Vasivevich Vladimir P., Cand. of Sci., Professor

220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Brovka St., 6

ЗбышинскаяМ. Е.ZbyshinskayaM. Y.

Збышинская Мария Евгеньевна, аспирант

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6, tel. +375-29-310-33-12

Zbyshinskaya Mariya Y., Postgraduate 

220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Brovka St., 6, tel. +375-29-310-33-12

10mash@mail.ruБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2022300820222059098Copyright © Василевич В.П., Збышинская М.Е., 20222022Василевич В.П., Збышинская М.Е.Vasilevich V.P., Zbyshinskaya M.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/3417

Цель настоящей работы – исследование структуры и схемотехнических решений автономной фотоэлектрической установки с аккумуляторно-емкостным накопителем энергии для обеспечения стабильности напряжения в условиях импульсного характера нагрузки и переменного характера генерируемой солнечной панелью мощности. Предложена оригинальная активная схема управления гибридным накопителем. Пиковая мощность солнечной панели составила 100 Вт. Аккумуляторная часть накопителя энергии была представлена гелевой свинцово-кислотной 12 В батареей с зарядной емкостью 11 А·ч, а емкостная часть состояла из батареи суперконденсаторов с электростатической емкостью 80 Ф, рабочим напряжением 15,5 В. В качестве нагрузки при стационарном разряде накопителя служил реостат сопротивлением 12 Ом, а импульсный характер разряда имитировался с помощью автомобильного воздушного компрессора. Выполнен анализ вариантов схемотехнических решений, реализующих процесс зарядки емкостной части накопителя энергии от солнечной панели напрямую или через шунтовой DC/DC преобразователь. Заряд и разряд аккумуляторной части накопителя управлялся контроллером ProStar-15. В обоих случаях использовались буферные режимы заряда аккумуляторной и емкостной частей накопителя энергии. Результаты исследований определили пути повышения стабильности выходного напряжения в условиях импульсной нагрузки и переменного характера генерации электроэнергии при увеличении ресурса дорогостоящей аккумуляторной батареи.

The purpose of this research is to analyze the structure and circuit design of stand-alone photovoltaic system with a battery-capacitive energy storage device to ensure voltage stability under peak voltage and a variable nature of the power generated by a solar panel. There is an original active control scheme for a hybrid drive. The peak power of the solar panel was 100 W. The battery part of the energy storage device was represented by a 12 V gel lead-acid battery with a charging capacity of 11 Ah, and the capacitive part consisted of a battery of supercapacitors with an electrostatic capacity of 80 F, an operating voltage of 15.5 V. A rheostat was used as a load during a stationary discharge of the storage device with a resistance of 12 Om, and the pulsed nature of the discharge was simulated using an automobile air compressor. The analysis of circuit design variants that implement the charging process the capacitive part of the energy storage device from a solar panel directly or with a shunt DC/DC converter is performed. Charging and discharging of the battery part was controlled by the ProStar-15 controller. In both cases, charging buffer modes the battery and capacitive parts of the energy storage device were used. The research results have identified ways to increase the stability of the output voltage under peak voltage and the variable nature of electricity generation conditions while increasing the resource of an expensive battery.

автономная фотоэлектрическая установкасолнечная батареяаккумуляторная батареясуперконденсаторгибридный накопитель электроэнергииконтроллер заряда и разрядаstand-alone photovoltaic systemsolar batterystorage batterysupercapacitorhybrid energy storage devicecharge and discharge controllerReferencesОбухов 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. (InRuss.)Красовский В.И., Яцко П.В. Накопители энергии для улучшения режимов работы электрической энергосистемы с возобновляемыми источниками энергии. ЭБ БГУ: технические и прикладные науки. Сахаровские чтения 2020 г.: экологические проблемы XXI века, г. Минск, Республика Беларусь, Международный государственный экологический институт им. А.Д. Сахарова Белорусского государственного университета. 2020:393-396. 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. 2020:393-396. DOI: 10.46646/SAKH-2020-2-393-396. (InRuss.)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. (InRuss.)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(Ч. 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(Р. 2):137-142. (InRuss.)Марьенков С.А. Гибридный накопитель электрической энергии для сетей с распределенной генерацией на основе возобновляемых источников электрической энергии. Международный научно-исследовательский журнал. 2017;2(56, Ч. 3):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;2(56, Р. 3):120-123. DOI: 10.23670/IRJ.2017.56.007. (InRuss.)Саврасов Ф.В. Варианты построения автономных систем электроснабжения с использованием фотоэлектрических устройств и алгоритмы их работы. Науковедение. 2013;6:1-13.Savrasov F.V. Variants of the autonomous power supply systems's design with photovoltaic devices and algorithms for their work. Naukovedenie. 2013;6:1-13. (InRuss.)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. Лесной вестник. 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. (InRuss.)Хаванов Е.С., Бесчастный Р.А., Фатеев Д.А. Использование блоков суперконденсаторов в системе электроснабжения возвращаемого аппарата пилотируемого транспортного корабля. Космическая техника и технологии. 2020;2(29):84-91. DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-2-84-91.Khavanov E.S., Beschastny R.A., Fateev D.A. Using Super-capacitors Units in the Power Supply System of Re-entery Vehicle of a Crew Transportation Spacecraft. Kosmicheskaya tekhnika i technologii. 2020;2(29):84-91. DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-2-84-91. (InRuss.)Носкин Г.В, Хаванов Е. С., Савельев В. В. Унифицированный резервный накопитель электрической энергии для систем электроснабжения возвращаемых космических аппаратов. Известия РАН. Энергетика. 2019;5:20-25. DOI: 10.1134/S000233101905008X.Noskin G. V., Khavanov, E. S., Savelyev V. V. Unified Reserve Electric Power Storage for Power Supply Systems of Returning Spacecrafts. Izvestiya RAN. Energetika. 2019;5:20-25. DOI: 10.1134/S000233101905008X. (InRuss.)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. (InRuss.)Василевич В.П., Збышинская М.Е. Зарядно-разрядные характеристики аккумуляторно-емкостного накопителя электроэнергии в составе автономной фотоэлектрической системы. Доклады БГУИР. 2022;20(2):78-85. DOI: 10.35596/1729-7648-2022-20-2-78-85Vasilevich V.P., Zbyshinskaya M.Y. Charging and discharging characteristics of a battery capacitive energy storage device for stand-alone photovoltaic system. Doklady BGUIR. 2022;20(2):78-85. DOI: 10.35596/1729-7648-2022-20-2-78-85Weingarth D., Foelske-Schmitz A., Kötz R. Cycle versus voltage hold: which is the better stability test for electrochemical double layer capacitors? J. Power Sources. 2012;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? J. Power Sources. 2012;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. J 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. J. 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 Electron. 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 Electron. 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. J. Electrochem Soc. 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. J. Electrochem Soc. 2009;156: A661-A666. DOI: 10.1149/1.3139046.

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