Председатель совета директоров АО «Карагандинский завод электротехнического оборудования» Сулейменов Р. Т., Каверин В.В., Зарницын А. Ю., Ануарбеков К. Б.

Карагандинский государственный технический университет,

Республика Казахстан

РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ НА БАЗЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

В настоящее время актуальной задачей является повышение надёжности ЛЭП путём проведения непрерывной диагностики её элементов. Негативными факторами снижающие надёжность и технико – экономические характеристики линий электро передач являются влияние электрохимической коррозии и обледенение изоляторов и токоведущих её элементов.

Наличие электрохимической коррозии, обусловлено наведёнными в грунте блуждающими токами промышленной частоты, присутствие токопроводящих растворов солей, наличием активного кислорода, температурой грунта в непосредственной близости металлических элементов опор ЛЭП.

Доминирующим фактором участвующим в разрушении конструкции опор является наличие, как наведённых токов от токоведущих элементов ЛЭП так и токов утечки вызванных снижением сопротивления изоляторов.

Обледенение токоведущих элементов и изоляторов с повышенной ветровой нагрузкой приводит к их механическому разрушению. Ухудшение электрических характеристик изоляторов приводит к увеличению активных потерь при транспортировке электроэнергии. Несвоевременный контроль состояния характеристик элементов линий приводит к снижению их технико–экономических характеристик.

Для осуществления регулярного мониторинга состояний линий используют современные локальные средства диагностики (датчики, системы сбора, обработки и передачи информации на диспетчерский пункт). Для питания систем диагностики требуются источники электроэнергии менее 50 Вт/1/. На сегодняшний день в государствах СНГ диагностика ЛЭП не получила широкого распространения, по причине отсутствия рентабельных источников питания малой мощности.

Питание систем диагностики непосредственно от высоковольтной линии, требует установки трансформаторной подстанции, что экономически не выгодно.

Решением данного вопроса является создание универсального, не громоздкого, рентабельного источника, который в состоянии питать системы диагностики ЛЭП. Перспективным направлением в этой области является использование преобразователя солнечной энергии в электрическую. Структурная схема такого источника представлена на рисунке 1.

БН – буферный накопитель, ПСЭ - преобразователь солнечной энергии,

УУ – усилительное устройство.

Рисунок 1 – Структурная схема преобразователя солнечной энергии

Для осуществления своевременной диагностики состояния элементов конструкции ЛЭП, а также отслеживания данных в непрерывном мониторинговом режиме необходимо постоянное бесперебойное питание. Так как суть работы ПСЭ заключается в преобразовании солнечной энергии в электрическую, то производительность данного источника снижается в пасмурную погоду и падает до нуля в ночное время.

Для осуществления постоянного питания систем диагностики в любое время суток и в любых погодных условиях необходимо включить элемент, отвечающий за накопление энергии – буферный накопитель.

С целью определения энергетических характеристик было провидено исследование ПСЭ полезной площадью 972 см². Получены вольт – амперные характеристики для разных значений освещённости. На рисунке 2 изображена электрическая схема, благодаря которой снимались ВАХ.

Рисунок 2 – Электрическая схема для снятия ВАХ преобразователя солнечной энергии

В процессе измерения были использованы два мультиметра марки Ц4324, а также люксметр марки LX1010BS. Вольт – амперная характеристика получена путём изменения нагрузочного сопротивления R1 и регистрации показаний приборов Р1 и Р2 для каждого значения R1.

На рисунке 3 представлены вольт – амперные характеристики для значений освещённости: 831 Лк, 53 кЛк, 23 кЛк, 15 кЛк.

Рисунок 3 – Вольт – амперная характеристика преобразователя солнечной энергии, при разных значениях освещённости

С увеличением освещённости жёсткость вольт-амперных характеристик увеличивается. Также видно, что при освещённости E=831Лк солнечная батарея практически не в состоянии питать подключаемую к ней нагрузку, но способна заряжать аккумуляторную батарею зарядным током не превышающим 2мА.

Для определения оптимального значения величины нагрузки, при которой снимается максимальная мощность данного преобразователя, с помощью табличного редактора Microsoft Excel получены зависимости его мощности от сопротивления нагрузки, которые представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки

Исследовав характеристики изображённые на рисунке 4, можно утверждать что основной диапазон оптимальной нагрузки подключаемой к батареи составил от 0,121 кОм до 0,125 кОм, в диапазоне освещённости от 15кЛк до 53кЛк. Для значения освещённости 831Лк оптимальное значение нагрузки составило 8 кОм. Для освещённости Е=53 кЛк отдаваемая мощность в нагрузку которая варьируется в диапазоне от 100 до 400 Ом является максимальной и практически не меняется.

Таким образом, было проведено экспериментальное исследование преобразователя солнечной энергии в электрическую, в результате которого получены ВАХ при различных значениях освещённости, также получены зависимости оптимальной мощности источника от сопротивления нагрузки.

1. Каталог датчиков электрических и механических параметров http://www.newic.ru/catalog/sensors/

2. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции Кашкаров А. П.