Особенности структуры и схемотехники автономной фотоэлектрической установки с аккумуляторно-емкостным накопителем энергии.

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.

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. 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.

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(Ч. 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;2(56, Ч. 3):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;6:1-13.

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. Лесной вестник. 2019;23(4):39-48. DOI: 10.18698/2542-1468-2019-4-39-48.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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: 10.35596/1729-7648-2022-20-2-78-85

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.