Зарядно-разрядные характеристики аккумуляторно-емкостного накопителя электроэнергии в составе автономной фотоэлектрической системы

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.

1. Обухов 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Саврасов Ф.В. Варианты построения автономных систем электроснабжения с использованием фотоэлектрических устройств и алгоритмы их работы. Науковедение. 2013;(6);36TVN613:1-13.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Mars P. Coupling a supercapacitor with a small energyharvesting source. EDN Journal. June, 2012.

15. 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.

16. 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.