Новый метод замены частично затенённых фотоэлектрических систем

Аккумуляторная батарея Trojan T145

Исследователи из Индии разработали алгоритм замены квадрантов в фотоэлектрических массивах, который позволяет создавать новые квадранты, содержащие затенённые или незатенённые модули. Этот метод был протестирован в десяти сценариях затенения с различными уровнями освещённости и продемонстрировал «превосходную» эффективность по сравнению с традиционными подходами.

Исследователи из индийского инженерного колледжа М. Кумарасами разработали новый метод реконфигурации для повышения эффективности частично затенённых солнечных фотоэлектрических систем. Этот метод, известный как алгоритм реконфигурации с заменой квадрантов, позволяет создавать новые квадранты, состоящие из затенённых или незатенённых модулей, для оптимизации выработки энергии.

«Предложенный метод реконфигурации с использованием последовательно-параллельных соединений для матричной фотоэлектрической системы 4 × 4 позволяет максимально увеличить выходную мощность массива, — объяснили исследователи. — Фотоэлектрические модули соединяются последовательно, образуя цепочки, которые затем подключаются параллельно. Предложенный метод перестановки квадрантов увеличивает коэффициент заполнения в условиях затенения, при этом значительно снижая потери из-за несоответствия (ML) и потери мощности (PL)».

В схеме 4 × 4 каждый угол матрицы представляет собой квадрант, состоящий из четырёх панелей. В цепь включены восемь переключателей для управления и регулирования потока тока между квадрантами. При затенении поток регулируется соответствующим образом. Однако команда не уточнила, было ли переключение автоматизировано или выполнялось вручную для каждого сценария затенения.

Максимальная выходная мощность каждой из 16 панелей составляла 10 Вт, а общая мощность массива — 160 Вт.

Исследователи протестировали этот метод в десяти различных условиях затенения при уровне солнечного излучения от 100 до 1000 Вт/м². Новый метод сравнивали с четырьмя эталонными конфигурациями — последовательно-параллельной (SP), полностью перекрестно-связанной (TCT), SP-TCT и сотовой (HC)-TCT — и во всех случаях он продемонстрировал «улучшенные» характеристики.

«Экспериментальная проверка в десяти различных условиях затенения показала, что предложенный подход неизменно превосходит традиционные конфигурации, такие как SP, TCT, SP-TCT и HC-TCT, — сообщили исследователи. — Общая выходная мощность и коэффициент заполнения (FF) были значительно улучшены благодаря методу перестановки квадрантов».

Среди протестированных вариантов наилучшие результаты показал сценарий (f), описанный учёными. В этой конфигурации четыре модуля подвергались облучению мощностью 900 Вт/м², шесть — мощностью 700 Вт/м², а шесть — мощностью 1000 Вт/м². В этой конфигурации была достигнута максимальная выходная мощность в 136 Вт, коэффициент заполнения — 0,57, потери из-за несоответствия (ML) — 2 Вт, а потери мощности (PL) — 1,4 %.

На другом конце спектра находился другой набор под названием «сценарий (i)», который показал самую низкую производительность: выходная мощность составляла 80 Вт при коэффициенте заполнения 0,34, потерях из-за несоответствия 5 Вт и потерях мощности 5,88 %. В этом случае три модуля получали 300 Вт/м², девять модулей — 400 Вт/м², а остальные четыре модуля — 1000 Вт/м².

Команда также провела технико-экономический анализ и выяснила, что предполагаемый срок службы предлагаемой системы составляет шесть лет — примерно на 13,3 % больше, чем у традиционной конфигурации SP в сценарии (a). «Эти результаты показывают, что по сравнению с другими конфигурациями предлагаемый метод реконфигурации с заменой квадрантов обеспечивает более высокую производительность и является технически и экономически целесообразным», — заключили исследователи.

Их выводы были представлены в статье «Метод замены квадрантов для частично затенённых солнечных фотоэлектрических систем», опубликованной в Scientific Reports. В исследовании приняли участие учёные из индийских Инженерного колледжа М. Кумарасами, Института науки и технологий SRM, Инженерного колледжа Шри Рамакришны, Инженерно-технологического колледжа Камарадж и норвежского Университета Юго-Восточной Норвегии.