ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПОБУТОВОЇ АВТОНОМНОЇ СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ ПОТУЖНІСТЮ 5 КВТ БЕЗ ОКРЕМОГО ЗАРЯДНОГО КОНВЕРТОРА

Анотація

Дається оцінка параметрів силової частини перетворювача у складі автономної сонячної фотоелектричної установки з номінальною потужністю 5000 Вт, призначеної для живлення споживачів однофазною синусоїдальною напругою 220 В 50 Гц за без-трансформаторною схемою. Структура фотоелектричної установки, що пропонується, відрізняється від традиційних структур тим, що, що перетворювач постійної напруги, який своїм входом під’єднаний до послідовного з’єднання сонячних панелей і здійснює функцію максимізації вихідної потужності, своїм виходом під’єднаний до ланки постійного струму – акумуляторної батареї. До цієї ж ланки під’єднано автономний інвертор напруги з широтно-імпульсною модуляцією за синусоїдальним законом, його вихідна напруга є напругою живлення споживачів. Мінімальна напруга акумулятора дещо вища за амплітуду вихідної напруги інвертора напруги. У такій структурі, на відміну від розповсюджених систем з акумуляторною батареєю напругою 48В, нема необхідності у окремому двоспрямованому перетворювачі постійної напруги з функціями забезпечення узгодження напруг акумулятора і внутрішньої ланки постійної напруги (біля 400 В, від якої живиться автономний інвертор напруги) і забезпечення заряду – розряду акумулятора з встановленою потужністю від половини номінальної потужності та вище. Відсутність окремого перетворювача постійної напруги спрощує систему і дозволяє помітно підвищити ККД в режимі живлення навантаження від акумулятора. Проведені оцінки параметрів сонячної фотоелектричної установки запропонованої структури: визначено необхідну кількість послідовних сонячних панелей номінальною потужністю 500 Вт, обґрунтовано використання схеми перетворювача постійної напруги понижуючого типу, обрана його частота ШІМ (25 кГц), дана оцінка величини ємності вхідного накопичувального конденсатора. Для ключів перетворювача постійного струму запропоновано використання сучасних польових транзисторів з ізольованим затвором та діодів Шотткі на базі карбіду кремнію (SiC); вибрані типи напівпровідникових приладів та надана оцінка потужності втрат у них: приблизно 12 Вт. Визначена необхідна кількість послідовно зʼєднаних комірок акумуляторної батареї. Для інвертора напруги за мостовою схемою обрано тип MOSFET, частоту ШІМ 25 кГц. Запропоновано використання алгоритму трирівневої (одно полярної) ШІМ, який дозволяє подвоїти частоту пульсації вихідного струму. Надані оцінки потужності втрат у ключах інвертора напруги: орієнтовно 50 Вт. Запропоновано для дроселя вихідного фільтра використання сендастового кільцевого осердя, визначені параметри дроселя, в тому числі оцінка потужності втрат: біля 7 Вт. Надана оцінка ККД автономної сонячної фотоелектричної установки: у режимі живлення від сонячних панелей 98,3% проти 97,6% у аналога та 98,8% при живленні від АБ проти 94% у аналога, що відповідає зменшенню втрат потужності у 1.4 – 5 разів.