Жамалов А.Ж, Кунелбаев М.М, Жораева А.

Казахский государственный женский педагогический университет,

Республика Казахстан, г.Алматы murat7508@yandex.ru

Разработка системы «солнечный фотопреобразователь –инвертор – нагрузка» с микропроцессорным управлением для преобразования энергии, полученной от солнечного фотопреобразователя, в электроэнергию переменного напряжения промышленной частоты.

В настоящее время современное общество большое внимание уделяет возобновляемым источникам энергии (ВИЭ), в частности, преобразованию солнечной энергии, так как эти источники являются альтернативой существующим источникам энергии и решают ряд экологических проблем.

Казахстан занимает одно из последних мест в мире по использованию возобновляемых источников энергии. Доля электроэнергии, получаемой от возобновляемых источников энергии, не превышает 1% от общей вырабатываемой электроэнергии. Это обуславливает то, что проблема освоения возобновляемых источников энергии становится все более актуальной.

С возрастанием мощности возрастает стоимость всего оборудования, поэтому системы преобразования солнечной энергии должны быть энергосберегающими и обладать высоким значением КПД, иметь малые массогабаритные размеры и стоимость. Системы преобразования солнечной энергии должны быть построены таким образом, чтобы при преобразовании постоянного напряжения, полученного от солнечных фотопреобразователей, в переменное напряжение, обеспечивалось высокое качество, энергосбережение и низкая стоимость системы преобразования. Поэтому актуальной проблемой является создание энергосберегающих преобразователей солнечной энергии в электроэнергию переменного напряжения промышленной частоты и хорошего качества.

Целью работы является разработка системы «солнечный фотопреобразователь –инвертор – нагрузка» с микропроцессорным управлением для преобразования энергии, полученной от солнечной батареи, в электроэнергию переменного напряжения промышленной частоты.

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны - энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.

Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:

·  отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,

·  прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,

·  рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,

·  рекомбинацией образовавшихся фото-пар на поверхностях и в объёме ФЭП,

·  внутренним сопротивлением преобразователя,

·  и некоторыми другими физическими процессами.

Предлагается разработанный транзисторный инвертор для преобразования энергии солнечных фотопреобразователей в электроэнергию промышленной частоты однофазного и трехфазного напряжения. Эти преобразователи защищены патентами в Комитете по правам интеллектуальной собственности министерства юстиции Республики Казахстан.

Устройство состоит из следующих элементов.ШИМ- контролер регулирующей ширину импульсов 1, подключается через стабилизатор напряжения 2, и конденсаторы 5, для фильтрации, и ограничения входного напряжения, с последующим подключением полевых транзисторов 3, 4, прикрученных к пассивному охлаждению, для предотвращения нагрева, и с параллельным подключением вторичной обмотки трансформатора 7, первичная обмотка соединена напрямую с диодным мостом 6, с подключением в цепь входного напряжения выключатель 8, c последующим расположением в корпус 9.

По разработанной методике рационального использования солнечных фотопреобразователей были проведены расчеты для трехфазной системы преобразования при разных схемах инвертирования. Согласно расчетам было установлено, что при трехфазной системе преобразования можно экономить от 18,5% до 35,19 % дорогостоящих солнечных фотопреобразователей.

1- Выходная ступенчатая кривая напряжения; 2-идеальная синусоидальная кривая

Рисунок 5- Выходные напряжения модели

По разработанной системе преобразования построена экспериментальная модель с микропроцессорным управлением.

Рис.2- Структурная схема инвертора с микропроцессорным управлением

Как показывает обзор и анализ технической документации удельная стоимость существующих зарубежных преобразователей энергии солнечных батарей очень высока. В связи с этим, внедрение преобразователей энергии – инверторов в Казахстане иностранного производства при низкой стоимости электроэнергии по сравнению со стоимостью электроэнергии за рубежом невыгодно, так как срок окупаемости достигает около десяти лет.

В Казахстане нет предприятия, где бы выпускали силовые инверторы. Поэтому необходимо исследовать систему “ солнечные фотопреобразователи – инвертор – энергосистема” с целью создания и внедрения энергосберегающего инвертора, адаптированного к энергосистеме и управляемого с учетом характеристик солнечных батарей. Тогда можно будет занять место на рынке и осуществить политику Казахстанского содержания.

Список используемой литературы

1. Солнечная энергетика: Пер.с анг. и франц./ Под ред. Ю.Н. Маковского и М.М. Колтуна.-М.: Мир, 1979.-390с.

2. Уделл Свен. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии. – М.: Знание, 1980.

3. Э.М. Ромаш, Ю.И.Дробавич, Н.Н.Юрченко, П.Н.Шевченко. Высокочастотные транзисторные преобразователи. – М.:Радио и связь, 1988. – 288с.

4. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0-С-Пб.: КОРОНА, – 2001.

5. Жамалов А.Ж., Умбетов Е.С., Кунелбаев М.М. Системы солнечного теплоснабжения. Алматы. 2010.