Вступ до електроенергії для сонячних фотоелектричних систем. Максимальна потужність фотоелектричної панелі

Методи максимізації вихідної потужності сонячних панелей

У двох нещодавніх статтях “Збір енергії за допомогою сонячних панелей малої потужності” та “Зарядний пристрій для сонячних батарей підтримує високу ефективність при низькій освітленості” обговорюється, як ефективно збирати енергію за допомогою сонячних панелей малої потужності. Обидві ці статті згадують концепцію, відому як максимальна потужність, яка в контексті сонячних панелей. це здатність витягувати якомога більше енергії з сонячної панелі без обвалу напруги на панелі. При обговоренні сонячних панелей та електроенергії часто використовуються такі терміни, як відстеження точки максимальної потужності (MPPT) та контроль точки максимальної потужності (MPPC). Розглянемо визначення та значення цих термінів більш детально.

Як видно з рисунку 1, вихідний струм сонячної панелі нелінійно залежить від напруги на панелі. В умовах короткого замикання вихідна потужність дорівнює нулю, оскільки вихідна напруга дорівнює нулю. В умовах розімкнутого контуру вихідна потужність дорівнює нулю, оскільки вихідний струм дорівнює нулю. Більшість виробників сонячних панелей вказують напругу панелі при максимальній потужності (VMP). Ця напруга зазвичай становить близько 70-80% від напруги відкритого контуру (VOC) панелі.На рисунку 1 максимальна потужність становить трохи менше 140 Вт з VMP трохи менше 32 В і IMP трохи менше 4.5A.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

В ідеалі, будь-яка система, що використовує сонячні панелі, повинна працювати на максимальній потужності. Це особливо актуально для зарядного пристрою, що працює від сонячної енергії, де мета, імовірно, полягає в тому, щоб захопити і зберегти якомога більше сонячної енергії за якомога менший час. Іншими словами, оскільки ми не можемо передбачити доступність або інтенсивність сонячної енергії, нам потрібно використовувати якомога більше енергії, поки вона доступна.

Існує багато різних способів спробувати експлуатувати сонячну панель в точці її максимальної потужності. Один з найпростіших. підключити акумулятор до сонячної панелі через діод. Ця методика описана тут в статті Збір енергії з малопотужних сонячних панелей. Він ґрунтується на узгодженні максимальної вихідної напруги панелі з відносно вузьким діапазоном напруги батареї. Коли доступні рівні потужності дуже низькі (приблизно менше кількох десятків міліват), це може бути найкращим підходом.

На протилежному кінці спектру знаходиться підхід, який реалізує повний алгоритм відстеження точки максимальної потужності (MPPT). Існує безліч алгоритмів MPPT, але більшість з них мають певну здатність охоплювати весь робочий діапазон сонячної панелі, щоб знайти місце, де виробляється максимальна потужність. LT8490 і LTC4015 є прикладами інтегральних схем, які виконують цю функцію. Перевага повного алгоритму MPPT полягає в тому, що він може відрізнити локальний пік потужності від глобального максимуму потужності. У багатоелементних сонячних панелях можливий більш ніж один пік потужності в умовах часткового затінення (див. Малюнок 2). Як правило, для знаходження справжньої робочої точки максимальної потужності потрібен повний алгоритм MPPT. Він робить це, періодично прочісуючи весь діапазон вихідної потужності сонячної панелі і запам’ятовуючи умови роботи, при яких була досягнута максимальна потужність. Коли розгортка завершена, схема змушує панель повернутися до точки максимальної потужності. Між цими періодичними скануваннями алгоритм MPPT буде безперервно змінювати робочу точку, щоб гарантувати, що вона працює на піку.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Проміжний підхід. це те, що лінійна технологія називає контролем точки максимальної потужності (MPPC). Цей метод використовує той факт, що максимальна напруга живлення (VMP) сонячної панелі, як правило, не сильно змінюється при зміні кількості падаючого світла (див. статтю Зарядний пристрій для сонячних батарей зберігає високу ефективність при низькій освітленості для отримання додаткової інформації). Тому проста схема може змусити панель працювати при фіксованій напрузі та приблизній максимальній потужності. Дільник напруги використовується для вимірювання напруги на панелі, і якщо вхідна напруга падає нижче запрограмованого рівня, навантаження на панель зменшується до тих пір, поки вона не зможе підтримувати запрограмований рівень напруги. Продукти з такою функціональністю включають LTC3105, LTC3129, LT3652(HV), LTC4000-1 і LTC4020. Зверніть увагу, що в специфікаціях LT3652 і LT3652HV йдеться про MPPT, а не про MPPC, але це в основному тому, що Linear Technology ще не придумала термінологію MPPC, коли була випущена модель LT3652.

Останнє зауваження про MPPC та LTC3105. LTC3105 є підвищувальним перетворювачем, який може запускатися при надзвичайно низькій напрузі 0.25V. Це робить LTC3105 особливо добре придатним для підвищення вихідної напруги “1S” сонячної панелі (i.e. сонячна панель, вихідна напруга якої дорівнює вихідній напрузі одного фотоелектричного елемента, навіть якщо панель має багато фотоелектричних елементів паралельно). З 1S сонячною панеллю буде тільки одна точка максимальної потужності. неможливо мати кілька піків потужності. У цьому сценарії розрізнення між кількома максимумами не є необхідним.

Таким чином, існує багато різних способів експлуатації сонячної панелі в режимі максимальної вихідної потужності. Панель можна підключити до батареї (через діод), діапазон напруги якої близький до максимальної напруги живлення панелі. Може бути використаний повний алгоритм MPPT, включаючи періодичні глобальні розгортки для пошуку глобального максимуму і безперервне відхилення, щоб залишатися на цьому максимумі (прикладом є LT8490). Інші продукти реалізують техніку регулювання вхідної напруги (MPPC) для роботи сонячної панелі при фіксованій робочій напрузі, включаючи LTC3105, LTC3129, LT3652 (HV), LTC4000-1 і LTC4020. У найближчі місяці Linear Technology представить ще одну технологію для роботи сонячної панелі в точці її максимальної потужності. Залишайтеся з нами!

Автор

Тревор Барсело має більш ніж 15-річний досвід роботи в компанії Linear Technology в якості інженера-конструктора аналогових мікросхем, менеджера з дизайну та керівника продуктової лінійки. Він почав свою кар’єру в штаб-квартирі Linear Technology в Мілпітас, Каліфорнія, з розробки зарядного пристрою для літій-іонних акумуляторів LTC1733. Після переїзду в Бостонський дизайн-центр компанії, він продовжив розробку зарядних пристроїв та USB-менеджерів живлення, включаючи LTC4053, LTC4066 та LTC4089. Він має п’ять патентів, пов’язаних з управлінням живленням. В даний час він визначає продукти для зарядки акумуляторів, управління живленням і бездротового живлення, керуючи командою інженерів-конструкторів, які розробляють ці продукти.

Тревор отримав M.S. в галузі електротехніки в Стенфордському університеті та ступінь бакалавра в.A. отримав ступінь з фізики в Гарвардському університеті.

Категорії продуктів

Вступ до електрики для сонячних фотоелектричних систем

У цій статті ми розглянемо деякі ключові електричні поняття, які вам потрібно буде зрозуміти, якщо ви сподіваєтеся спроектувати власну сонячну фотоелектричну систему. Інші статті на цьому сайті припускають, що ви добре розбираєтеся в цих темах.

Потужність

Електрична потужність. це швидкість, з якою передається або використовується електроенергія. Вимірюється у Ватах (Вт).

Одиниця кіловат (кВт) часто використовується, коли мова йде про потужність. Це дорівнює одній тисячі Ватт.

Одна тисяча ват = 1000 Вт = 1 кВт = Один кіловат

Сонячні панелі продаються як такі, що мають певну номінальну потужність. Ви можете придбати, наприклад, панель потужністю 250 Вт або 300 Вт. Однак, це не та кількість енергії, яку вони завжди будуть виробляти. Це максимальна потужність, яку можна очікувати від них за стандартних умов тестування (STC).

Стандартні умови випробувань (STC) Опромінення: 1000 Вт/м2Температура елемента: 25°CМаса повітря: 1.5

В реальності вироблена потужність змінюється в залежності від того, скільки сонячного світла потрапляє на панелі, яка температура навколишнього середовища та деяких інших змінних. У прохолодний день з високим рівнем сонячного випромінювання панель може фактично виробляти більше, ніж її “максимальна” потужність.

Енергія

Енергія. це кількість використаної електроенергії. Вимірюється у ват-годинах (Вт-год).

Як і у випадку з потужністю, зазвичай говорять про кіловат-години (кВт-год). Де:

Одна тисяча ват-годин = 1000 Вт-год = 1кВт-год = Одна кіловат-година

Енергію можна розрахувати, помноживши кількість виробленої або використаної енергії на кількість часу, протягом якого вона виробляється або використовується.

Енергія = Потужність х Час

Наприклад: уявімо, що у вас є три пристрої, кожен з яких використовує 100 Вт, і що ви зазвичай використовуєте ці три пристрої протягом 10 годин на день. За типовий день загальна кількість енергії, яку вони використають, становить

3 х 100 Вт х 10 ÷ 1000 = 3000 Вт-год на день (або 3 кВт-год на день)

При визначенні розміру мережевої сонячної фотоелектричної системи потрібно спочатку розрахувати річне споживання енергії, а потім спроектувати систему, яка буде виробляти цю кількість енергії. (Див. нашу статтю Як визначити розмір мережевої сонячної фотоелектричної системи для отримання додаткової інформації).

В автономних системах, окрім врахування вашого використання та сонячної генерації, ви також повинні правильно розрахувати розмір акумуляторної системи, щоб вона могла зберігати достатньо енергії, коли сонце не світить.

Електрика змінного та постійного струму

Змінний струм (скорочення від Alternating Current. змінний струм). це струм, що надходить з електромережі та подається до електричних розеток у наших будинках. Використовується тому, що легко переходити на більш високу напругу, яка необхідна для передачі електроенергії на великі відстані без великих втрат.

Постійний струм (скорочення від англ. Direct Current) використовується в багатьох електричних пристроях, таких як комп’ютери та мобільні телефони. Оскільки побутові розетки забезпечують змінний струм, для роботи більшості електронних пристроїв потрібен перетворювач змінного струму в постійний.

Сонячні панелі та батареї виробляють електроенергію постійного струму. Ось чому в звичайному домогосподарстві нам потрібно встановити інвертори в сонячну фотоелектричну систему для перетворення постійного струму в змінний. Потім вона може бути підключена до існуючого в будинку щита змінного струму, щоб її можна було або використовувати в домогосподарстві, або експортувати в електромережу.

Деякі автономні сонячні фотоелектричні системи можуть бути налаштовані лише на постачання та використання постійного струму. Це дає перевагу в тому, що не потрібен інвертор, що економить витрати та електричні втрати. Можна придбати багато різних приладів, які працюють від постійного струму, наприклад, освітлення, комп’ютери, холодильники та морозильні камери, вентилятори, насоси та зарядні пристрої для мобільних телефонів.

Напруга

Напруга. це різниця електричних потенціалів між двома точками. Вона вимірюється у вольтах (V), і її символ в електричних рівняннях і технічних паспортах. V (або іноді U, залежно від країни).

Це кількість потенційної енергії, доступної на одиницю заряду, для переміщення зарядів через провідник. Поширеною аналогією, яка допомагає зрозуміти цю концепцію, є уявлення про електричний дріт, як про воду в шлангу. Напруга може розглядатися як тиск води.

Напруга сонячної панелі

Напруга сонячної панелі не є фіксованою і змінюється в залежності від інтенсивності сонячного світла, що потрапляє на панель. На це також сильно впливає температура. Зі збільшенням температури фотоелементів в панелі напруга зменшується. Це також призводить до зниження вихідної потужності модуля. Величина, на яку змінюється напруга з кожним градусом зміни температури, називається температурним коефіцієнтом і може бути знайдена в технічному паспорті сонячної панелі.

Технічний паспорт сонячної панелі може містити кілька різних значень напруги. Два основних з них:

Voc (при STC). напруга холостого ходу сонячної панелі при STC. Це напруга, яку, як очікується, показує сонячна панель на своїх клемах, коли вона не підключена до жодного іншого пристрою, за стандартних умов випробувань (STC). Це значення використовується в розрахунках довжини струни.

Vmpp (при STC). Напруга сонячної панелі в точці максимальної потужності. Максимальна напруга, яку панель буде виробляти при STC при підключенні до інвертора з відстеженням точки максимальної потужності (MPPT).

Напруга сонячної батареї

Коли сонячні панелі з’єднані послідовно в так звані струни, їх напруги додаються разом. При паралельному з’єднанні напруга залишається незмінною.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Сумарна напруга ланцюга не повинна перевищувати максимальну напругу, дозволену на вході інвертора або контролера заряду, що використовується. Самі сонячні панелі також мають максимальну напругу системи, яку не можна перевищувати. Зазвичай максимальна напруга системи становить 600В або 1000В (або 1500В в системах комунального масштабу). Зазвичай житлові системи будуть 600В і в U.S. NEC встановлює це як юридичну межу для житлових будинків з 1-2 сім’ями.

Дивіться нашу статтю про розрахунок розміру сонячної панелі для отримання додаткової інформації.

Зверніть увагу, що сонячні панелі на 1000 В все ще можна використовувати в системі на 600 В. Це максимальна напруга, на яку вони розраховані, тому система на 600 В буде працювати значно нижче їхнього максимуму.

Струм

Струм. це швидкість потоку електричного заряду. Вимірюється в амперах (А) або амперах, а його символ в електричних рівняннях і технічному паспорті. “I”.

Коли сонячні панелі підключені до інвертора або контролера заряду і піддаються впливу сонячного світла, через них протікає струм. Чим вище освітленість, що потрапляє на модуль, тим більший струм він буде виробляти.

При послідовному з’єднанні сонячних панелей струм не змінюється при додаванні нових панелей. Однак, коли вони підключені паралельно, вони складаються разом. Це протилежність напрузі.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

У сонячних (та інших електричних ланцюгах) струм важливий для визначення розмірів кабелів та захисного обладнання (запобіжників та автоматичних вимикачів). Коли електроенергія подається через кабелі, вони нагріваються. Якщо через кабель подається більший струм, ніж він розрахований, можливо, через несправність, він може перегрітися і пошкодитися або спричинити пожежу. Щоб запобігти цьому, використовуються запобіжники або автоматичні вимикачі, які розривають ланцюг до того, як струм може вийти за межі кабелю.

Два важливих струми сонячних панелей, про які слід знати. це Isc та Impp.

Isc (при STC). струм короткого замикання при STC. Це величина струму, яку можна очікувати, коли позитивний і негативний виводи панелі з’єднані разом за стандартних умов тестування. Це максимальний струм, який можна очікувати від панелі при STC.

Impp (при STC). максимальний струм, який сонячна панель буде виробляти при STC при підключенні до інвертора з відстеженням точки максимальної потужності (MPPT).

Чи є якісь інші основні сонячні концепції, які ви хотіли б висвітлити тут? Будь ласка, дайте нам знати у розділі Коментарі та думки власників нижче.

Реконфігурація фотоелектричного масиву в умовах часткового затінення для максимального вилучення енергії за допомогою техніки “лицарського туру

У цій статті представлено нову техніку реконфігурації, яка називається “лицарський тур”, для отримання максимальної потужності з фотоелектричних (ФЕ) масивів в умовах часткового затінення. Тур коня реконфігурує фотоелектричні масиви на основі рухів коня на шаховій дошці. Запропонована процедура досягає максимальних значень потужності за рахунок поширення часткових тіней у всіх рядах. Лицарський тур може бути застосований до різноманітних фотоелектричних масивів різних розмірів та габаритів. Відповідно, процедура тура Лицаря застосовується до чотирьох випадків квадратної та прямокутної форми з різними розмірами та різними умовами затінення в кожному випадку. Для прямого порівняння та представлення ефективності запропонованої процедури, модель повного перехресного зв’язку та традиційні методи, такі як SuDoKu, оптимальний SuDoKu, покращений SuDoKu та головоломка хмарочоса, також застосовані до представлених прикладів. Результати відстеження точки максимальної потужності в кожному випадку оцінюються за такими показниками, як глобальна точка максимальної потужності (GMPP), коефіцієнт заповнення, втрати на неузгодженість та ефективність. Нарешті, оцінки підкреслюють здатність і ефективність рішення з використанням туру коня в порівнянні з іншими методами шляхом досягнення значень GMPP, таких як \(74.7\,\). \(66.6\,\). \(46.8\,\). та \(109.8\,\) для випадків 1-4 відповідно. Метод туру лицаря може бути використаний як ефективний інструмент для фотоелектричних масивів у реальних системах, які страждають від часткового затінення.

Вступ

Збільшення кількості споживачів енергії та широке поширення відновлюваних джерел енергії значно розширили розподіл енергосистем по всьому світу (García Márquez et al. 2018). З іншого боку, зростання споживання енергії призвело до таких проблем, як глобальне потепління, зміна клімату та екологічні проблеми (Mostafaeipour et al. 2019). В останні роки вирішення цих проблем поставило багато викликів у всьому світі та підвищило готовність до використання відновлюваних джерел енергії. Сонячне випромінювання вважається основним джерелом енергії для Землі серед відновлюваних джерел енергії (Пейнадо Гонсало та ін. 2019; Sadeghian et al. 2021). Тому пряме перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію є однією з найбільш принципових технологій у світі (Owusu and Asumadu-Sarkodie 2016; Sadeghian et al. 2020). Досягнення цієї важливої мети та використання сонячної енергії в якості електричної енергії створюється за допомогою технології фотоелектричного ефекту у фотоелектричних (ФЕ) масивах (Shahsavari and Akbari 2018). Ця технологія має деякі переваги, такі як легке транспортування та встановлення сонячних панелей, що призводить до використання їх у багатьох місцях для виробництва електричної енергії. Вихідна потужність ФЕС може бути зменшена такими факторами, як тінь від дерев, будівель, хмар тощо. (Peinado Gonzalo et al. 2020). Одним з найважливіших факторів зниження вихідної потужності є розміщення тіней в ряд (Lappalainen і Valkealahti 2020). Модулі в умовах часткового затінення (PSC) отримують менше випромінювання, ніж інші модулі (Pillai et al.). 2018; Huerta Herraiz et al. 2020). Втрати неузгодженості (ML) впливають на всю фотоелектричну систему, оскільки затінені фотомодулі обмежують вихідний струм масиву, що може призвести до пошкодження фотоелементів або модулів (Pillai and Rajasekar 2018; Hashemzadeh 2019). Рішення для вирішення вищезазначених проблем, спричинених PSC у фотоелектричних модулях, поділяються на дві категорії: пасивні та активні методи (Tabanjat et al. 2015; Pillai et al. 2018; Yousri et al. 2020). Кожна з цих методик має деталі, які були вивчені в різних дослідженнях. Опис пасивного методу можна віднести до використання обхідних діодів та різних типів з’єднань для фотоелектричних модулів для зменшення частково затінених втрат. На рисунку 1 показано послідовно-паралельне (SP), повне перехресне з’єднання (TCT), медові соти (HC) та мостове з’єднання (BL), деякі з найбільш важливих та широко використовуваних схем з’єднання фотоелектричних масивів (Akrami and Pourhossein 2018; Dhanalakshmi and Rajasekar 2018). Нещодавні дослідження демонструють здатність та ефективність моделі з’єднання TCT в отриманні максимальної потужності від фотоелектричних модулів у порівнянні з іншими моделями з’єднання (Picault et al. 2010).

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Активні методи для PSC поділяються на три категорії (Satpathy and Sharma 2019): використання багатотрекерних перетворювачів; використання мікроперетворювачів та реконфігурація фотоелектричних масивів.

Метод багатоколійних перетворювачів відстежує точку максимальної потужності з однаковим затіненням незалежно для кожного набору фотоелектричних модулів (Dhanalakshmi and Rajasekar 2018; Pillai et al. 2018). Ця методика, через використання великої кількості перетворювачів, є дорогою (Sanseverino et al. 2015). Використання мікроперетворювачів також є дорогим методом (Akrami and Pourhossein 2018). Нарешті, метод реконфігурації фотоелектричних модулів конфігурує модулі в фотоелектричній батареї шляхом перемикання між ними (Subramanian and Raman 2021). Цей метод може в основному застосовуватися для моделей з’єднання TCT та SP. Вона є економічно життєздатною і здатна забезпечити високу енергоефективність в PSC фотоелектричної батареї (Yang et al.). 2019). Реконфігурація фотоелектричного масиву усуває вплив втрат на неузгодженість в умовах часткової тіні фотоелектричного масиву при видобутку максимальної потужності (Dhimish et al.). 2017; Sai Krishna and Moger 2019a). Відповідно, в цьому дослідженні представлено новий метод реконфігурації фотоелектричних масивів, заснований на реконфігурації фотоелектричних модулів. Таким чином, наступний розділ цієї статті, після викладу пов’язаних робіт, представляє запропонований в роботі метод та його переваги над іншими пов’язаними методами.

Організація статті в наступних розділах є наступною: Секта. 2 представляє пов’язані роботи. Запропонований метод лицарського туру пояснюється в розділі. 3. Розділ 4 представляє показники оцінки ефективності, що використовуються в цій роботі. Результати моделювання представлені в розділі. 5. Нарешті, секта. 6 підсумовує статтю.

Пов’язані роботи

Загалом, фотоелектричні масиви реконфігуруються за допомогою двох категорій статичних і динамічних методів (Yousri et al. 2019). У динамічних методах модулі електрично конфігуруються всередині фотоелектричного масиву для вилучення максимальної вихідної потужності за умов PSC (Vaidya and Wilson 2013; Yang et al. 2019). У той час як статичні методи стосуються фізичного переміщення модулів і дотримуються фіксованої схеми з’єднання, в якій модулі переміщуються у фотоелектричній батареї без зміни електричних з’єднань. Статичні методи не потребують жодних датчиків або комутаційних матриць (Rezk et al. 2019; Rezazadeh et al. 2021).

Різні проекти реконфігурації фотоелектричних масивів, які слідують статичним методам, є Судоку (Rani et al. 2013), оптимальне судоку (Potnuru et al. 2015; Horoufiany and Ghandehari 2018), покращене судоку (Sai Krishna and Moger 2019b), метод Zig-Zag (Vijayalekshmy et al. 2016), методом латинського квадрата (Pachauri et al. 2018), магічний квадрат (Yadav et al. 2017), розміщення тіней з відстанню d (Malathy and Ramaprabha 2018), головоломка хмарочоса (Nihanth et al. 2019) та тіньова головоломка (Yadav та ін. 2016).

Запропоновано рішення щодо реконфігурації, яке називається технікою порівняння потужності, для отримання максимальної потужності з фотоелектричних масивів (Akrami and Pourhossein 2018). Методика SuDoKu була представлена в роботі (Rani et al. 2013) для збільшення максимальної вихідної потужності під PSC у PV-масиві TCT. У цьому дослідженні фізичне розташування фотоелектричних модулів у фотоелектричному масиві TCT реконфігурується на основі схеми SuDoKu. Потім були запропоновані оптимальні методи SuDoKu та вдосконалені методи SuDoKu для розподілу часткових тіньових ефектів у фотоелектричному масиві TCT у посиланнях Potnuru et al. (2015) та Sai Krishna and Moger (2019b), відповідно. Було зроблено висновок, що покращений SuDoKu працює краще, ніж SuDoKu та оптимальний SuDoKu. Віджаялекшмі та ін. (2016) використовували зменшення втрат від часткового затінення та збільшення генерації електроенергії за допомогою статичної техніки реконфігурації фотоелектричних модулів, яка називається методом Zig-Zag. Магічний квадрат для фотоелектричного масиву TCT був представлений Yadav та ін. (Yadav et al. (2017) для отримання максимальної вихідної потужності при PSC. Отримані результати показують ефективність розташування магічного квадрата у зменшенні втрат на розузгодження порівняно з іншими налаштуваннями. Малаті та Рамапрабха (2018) застосували метод статичної реконфігурації, заснований на відстані зміщення d між сусідніми панелями, який конфігурує модулі фотоелектричного масиву під PSC для вилучення максимальної вихідної потужності з фотоелектричних модулів. Ніхант та ін. (2019) використовували нову процедуру, а саме головоломку хмарочоса, що застосовується для підвищення вихідної потужності в ФЕС. Yadav et al. (2016) використовували дві моделі розподілу тіней в асиметричному фотоелектричному масиві для фотоелектричного масиву TCT. Сполуки, запропоновані в цій роботі, значно зменшують падіння невідповідності. Srinivasa Rao et al. (2014) використовували розподіл тіньових ефектів на фотоелектричний масив, виконаний за допомогою схеми взаємозв’язку. Результати порівнянь в цьому дослідженні показують перевагу запропонованої схеми в порівнянні з SP, TCT і BL PV налаштуваннями. Зменшення впливу PSC на генерацію електроенергії фотоелектричних масивів TCT було зроблено Yadav та ін. (Yadav et al.). (2020) з використанням нової схеми реконфігурації, яка називається непарною конфігурацією. Редді та Яммані (2020) використали новий метод реконфігурації фотомодулів за допомогою головоломки магічного квадрата для зменшення втрат на неузгодженість під час роботи СЕС. У роботі Prince Winston et al. (2020), запропоновано нові топології фотоелектричних масивів для покращення продуктивності в умовах PSC. Метод, запропонований у цій статті, протестовано на семи типах конфігурацій масивів із застосуванням восьми шаблонів затінення. Підхід до реконфігурації на основі статичних даних, який називається “головоломка Кен-Кен”, був запропонований в (Palpandian et al. 2021) для реконфігурації фотоелектричної батареї \(4\х4\) TCT під СЕС.

Кожен з вищезазначених статичних методів має певні переваги та недоліки. Тому Судоку має частковий розподіл тіні, і для подолання проблем Судоку були запропоновані оптимальні методи Судоку та вдосконалені методи на основі Судоку. Ці рішення, незважаючи на такі переваги, як зменшення МЛ та ефективне розсіювання тіні, страждають від таких проблем, як зниження вихідної потужності під час ефективного розсіювання тіні. Між тим, метод Zig-Zag відрізняється від інших методів і поки що показав свою ефективність лише для простих \(3\х3\) фотоелектричних масивів. Для розсіювання тіні також були використані чисельні методи, такі як пазл-тінь та магічний квадрат. Однак, ці методи роблять можливим лише розсіювання тіні в стовпчику, і в цьому випадку надійність системи знижується.

Оскільки дослідження статичних методів реконфігурації були оцінені, в деяких інших цінних дослідженнях для реконфігурації фотоелектричних масивів були використані динамічні методи. Алгоритм сортування бульбашок (адаптивний банк), незважаючи на деякі ідеальні переваги, страждає від таких проблем, як обмеження на заміну та складний доступ до повних рішень щодо розсіювання тіні (Nguyen and Lehman 2008). Результати розгалуженого та обмеженого алгоритму показали велику важливість у вирішенні проблем реконфігурації фотоелектричних масивів. Однак не було представлено переконливих доказів для реалізації цього методу для великих фотоелектричних електростанцій. На основі рівняння випромінювання, оптимізаційний інтелект для реконфігурації PV-масиву виконується шляхом ієрархічного сортування на основі повторення. У цьому методі безперервне перемикання і складний розрахунок знижують надійність методу установки (Shams El-Dein et al. 2013). Орієнтована конфігурація станції є однією з найбільш архітектурних систем з’єднання фотоелектричних модулів завдяки своїй простоті та низькій вартості. Однак цей метод пов’язаний з частим виникненням коротких замикань в масиві через незбалансовані схеми комутації (Velasco-Quesada et al. 2009). Концепція теорії грубих множин на основі правил була представлена як система реконфігурації. Однак, щоб досягти виробництва комутаційної матриці, вона слідує за непослідовною таблицею рішень, що є однією з основних проблем цього методу (Wang and Hsu 2011). У цінному дослідженні (Srinivasan et al. 2021), збільшення перетворення енергії під PSC в \(4\ рази 4\) PV-масиві було досягнуто шляхом впровадження нового підходу до реконфігурації, який називається процедурою конфігурації L-подібного поширеного масиву з новим алгоритмом динамічної реконфігурації. Використання штучних нейронних мереж (ШНМ) на основі кластеризації було опубліковано як ідеальне рішення для реконфігурації фотоелектричних масивів та мінімізації втрат потужності на основі динамічної структури (Monteiro et al. 2020). Проста структура і висока точність є перевагами цього методу, в той час як робота ШНМ вимагає відповідної бази даних для навчання мережі (Moradzadeh et al. 2020, 2021). Іноді тривале навчання та обробка даних мережею є основними проблемами цього методу (Monteiro et al. 2020). Інший динамічний метод роботи з різними навантаженнями. це постійна напруга з використанням динамічного фотоелектричного масиву (Matam and Barry 2018). Алгоритм сканування конфігурації, який сканує масив і вирішує, як сумісні компоненти можуть бути підключені до фіксованої частини для отримання максимальної ефективності, був представлений Parlak (2014) для реконфігурації фотоелектричних масивів. При використанні алгоритму сканування необхідно розрахувати коротке замикання кожного ряду, що важко отримати струм короткого замикання з усіх рядів. Алгоритм динамічного програмування та метод призначення Мункреса були запропоновані для реконфігурації модулів, що використовуються в умовах неоднорідного випромінювання в структурі TCT для збільшення вихідної потужності в роботах Sanseverino et al. (2015). У деяких цінних дослідженнях були запропоновані різні цікаві алгоритми оптимізації рівності сонячного випромінювання. Стори та ін. (2013) використовували оптимальне рішення, яке називається алгоритм сортування за принципом “найкращий-найгірший”. Алгоритм випадкового пошуку був використаний Забінським (2011) для динамічної реконфігурації сонячних панелей на основі принципу рівності випромінювання. Незважаючи на високу швидкість роботи цього алгоритму, він може давати різні результати в різних прогонах в залежності від притаманного цьому методу випадкового режиму (Забінський 2011).

Проведено огляд літератури щодо статичних та динамічних методів реконфігурації фотоелектричних масивів. Література вказує на те, що динамічні методи реконфігурують всі фотоелектричні модулі електрично, повторюючи реакцію посилення на певний відтінок, див., наприклад, (Pillai et al. 2018; Satpathy and Sharma 2019; Yousri et al. 2020). Хоча електричне розміщення фотоелектричних масивів може забезпечити найвищу енергоефективність, ці методи також не є економічно ефективними через їх складність та потребу в складних датчиках та схемах. З іншого боку, в літературі представлено економічну ефективність і простоту статичних методів. Крім того, ці методи не потребують додаткових периферійних пристроїв, таких як датчики та перемикачі. Але, можна побачити, що статичні методи, які використовуються для реконфігурації фотомодулів, не були застосовані до фотоелектричних модулів великих розмірів і прямокутних фотоелектричних масивів.

У цій статті представлено новий метод реконфігурації, який використовується для розподілу тіней на фотоелектричному масиві та досягнення глобальної точки максимальної потужності (GMPP). Оскільки одним з найважливіших факторів зниження вихідної потужності є PSC в одних і тих же рядах, в цій роботі втрати, пов’язані з PSC і неузгодженістю, зменшуються за допомогою статичного методу, який називається “тур коня”. Запропонований метод, вирішуючи проблеми, пов’язані з розглянутими в літературі методами, і з високою ефективністю, викликає розподіл тіней і значно зменшує втрати вихідної потужності. Цей метод спрямований на розподіл тіні в рядах для усунення таких проблем, як зниження надійності системи та досягнення максимальної вихідної потужності фотоелектричних модулів. Запропонована методика може бути реалізована без необхідності використання будь-яких датчиків і перемикачів і є економічно ефективною в порівнянні з іншими методами реконфігурації електричних масивів з точки зору економічних витрат і реалізації. Техніка туру лицаря змогла подолати обмеження, такі як високі з’єднання та складна проводка, від яких страждають класичні методи реконфігурації. Незалежність від розмірів фотоелектричної системи та типу тіні є іншими перевагами методу обходу лицаря. Таким чином, цей метод може бути застосований на відміну від багатьох традиційних методів до прямокутних фотоелектричних масивів. Примітним моментом є те, що метод туру Лицаря, на відміну від інших традиційних методів, може бути застосований до фотоелектричної системи за короткий час, наприклад, за кілька мікросекунд, що є дуже коротким часом порівняно з поведінкою фотоелектричних модулів. Крім того, оцінка та порівняння результатів показали, що запропонована методика може значно покращити продуктивність традиційних методів, таких як TCT, SuDoKu, оптимальний SuDoKu, покращений SuDoKu та головоломка хмарочоса. Незважаючи на ці переваги, запропонована процедура страждає від деяких обмежень. Наприклад, запропонована процедура не дуже добре працює на дуже малих розмірах фотоелектричних масивів, таких як \(4\х4\). які в основному використовуються в будівництві. Як і у всіх методах реконфігурації, продуктивність запропонованого методу базується на I-V та P-V характеристичних кривих. Однак, різні фактори, такі як внутрішні несправності, індуковані мережею гармоніки тощо, можуть мати різноманітний вплив на характеристичні криві, що знижує точність підходу до реконфігурації. Крім того, потреба в потужній процесорній системі та мікроконтролері для запуску алгоритму, розробленого на фотоелектричній системі, є ще одним обмеженням методу, представленого в цій статті.

Техніка туру коня

Конячий хід. це метод, що походить з шахів та математичних наук. Тур коня. це продовження руху коня на шаховій дошці, в якому кінь перетинає рівно одну клітину за один раз (Alfred 2017). Висловлюючи цей метод, ми повинні пам’ятати, що шахи і математика нерозривно пов’язані між собою. Таким чином, багато характеристик успішного математика або шахіста, такі як сильне розпізнавання образів, аналітичні здібності, інтуїція, високий рівень креативності, просторова обізнаність і т.д., можуть перетинатися. Якщо лицар фінішує на клітині, яка знаходиться на один хід від початкової клітини, тур завершується. В іншому випадку вона відкрита (Конрад та ін.). 1994; Sandifer 2006). Проблема з туром коня, яка приписується швейцарському математику Леонарду Ейлеру, є математичною проблемою знаходження туру коня. Наприкінці 1770-х років Ейлер зміг знайти перші відповідні розв’язки цієї задачі, і тому її навіть називають задачею Ейлера про шахи та коней (Sandifer 2006).

У цьому випадку маршрут починається на полі, що прилягає до стартової точки, і вважається відкритим туром, оскільки кінь не може повернутися безпосередньо до своєї стартової точки. Знання правильного розташування кожної з шахових фігур може зіграти важливу роль у розв’язанні задачі перестановки сонячних панелей. Таким чином, шахівниця n × n розглядається як PV-масив з n рядків та n стовпців. Розв’язання головоломки, пов’язаної з проблемою руху турів коня, є одним з простих, зручних та ефективних рішень для статичної реконфігурації сонячних панелей. Мета головоломки. знайти таку послідовність ходів, яка дозволяє коням побувати на кожній клітині шахової дошки рівно один раз.

Законним рухом коня є переміщення з клітинки по вертикалі або з клітинки по горизонталі, а потім два перпендикуляри до неї. Таким чином, кінь може рухатися (± 1, ± 2) або (± 2, ± 1) в координатах шахової дошки (Erde et al. 2012). На рисунках 2 та 3 показано приклади закритого та відкритого турів коня, які мають легальний рух, відповідно. Слід зазначити, що наша мета у цій роботі полягає не лише у використанні закритих або відкритих турів. Ми можемо вільно використовувати будь-який, який наближає нас до мети. Отже, переміщення турів коня з координатами (i ± 2, j ± 3) та (i ± 3, j ± 2) на шаховій дошці є метою (Singhun et al. 2019).

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

У цій статті, розглядаючи фотоелектричний масив 10 × 10, вводиться п’ять режимів орієнтації руху лицаря, які застосовуються до нього наступним чином:

  • (a) Кінь ходить на дві клітинки вниз, а потім на три клітинки ліворуч.
  • (b) Лицар рухається на три клітинки вгору, а потім на дві клітинки вліво.
  • (c) Кінь рухається на дві клітинки вниз, а потім на три клітинки праворуч.
  • (d) Лицар рухається на три клітинки вниз, а потім на дві клітинки вліво.
  • (e) Лицар рухається на три клітинки вгору, а потім на дві клітинки вправо.

Переміщення та розміщення коня у кожному вимірі здійснюється на основі п’яти рухів, згаданих вище. Порядок цих ходів буде різним для панелі різної розмірності. У продовженні цього розділу згадується їх рух у різних вимірах та у вигляді двох моделей руху.

У шаблоні 1 перший, другий, третій, четвертий, п’ятий, шостий, сьомий, восьмий і дев’ятий рухи здійснюються в напрямках a, a, b, c, d, c, e, c і a відповідно. Цей алгоритм можна повторювати n разів.

У зразку 2 перший, другий, третій, четвертий, п’ятий, шостий, сьомий, восьмий і дев’ятий рухи виконуються в орієнтаціях d, a, b, a, d, c, e, c, і e відповідно. Цей алгоритм також можна повторити n разів.

У загальному випадку для переміщення коня слід враховувати наступні моменти:

  • Для кожної петлі руху коня початкова точка знаходиться в рядку 1.
  • Число 1 у кожному циклі дорівнює \(10k-9;k\in \left\\).
  • У кожному русі початкова та кінцева точки не можуть знаходитись у одному рядку.

Після введення та ознайомлення з правилами та способами пересування коня, він рухається за першим зразком. Після визначення положення початкової точки (номер один), як показано на рис. 4а, положення решти цифр визначається на основі першого шаблону наступним чином:

  • Другий номер: третій ряд, шостий стовпчик (3, 6).
  • Третя цифра: п’ятий ряд, третій стовпчик (5, 3).
  • Четверте число: другий ряд, перший стовпчик (2, 1).
  • П’яте число: четвертий рядок, четвертий стовпчик (4, 4).
  • Шостий номер: сьомий ряд, другий стовпчик (7, 2).
  • Сьомий номер: дев’ятий ряд, п’ятий стовпчик (9, 5).
  • Восьмий номер: шостий ряд, п’ятий стовпчик (6, 5).
  • Дев’ятий номер: восьмий ряд, десятий стовпчик (8, 10).
  • Десяте число: десятий рядок, сьомий стовпчик (10, 7).

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Після розміщення цифр у першій петлі та визначення напрямку руху першої петлі, у другій петлі розміщуються цифри, як і в першій петлі, за схемою першого типу. Таким чином, перша цифра в першому ряду розміщується перед першою цифрою першої петлі (рис. 4b). Після розміщення цифр у першій та другій петлях та визначення напрямку руху цих петель, у третій петлі розміщуються цифри, як і у другій петлі, за зразком першого типу. Як показано на рисунку. 4c, перше число у першому рядку розміщується перед першим числом другого циклу. Таким чином, після розміщення чисел у першому, другому та третьому циклах так, як показано на рисунку. 4d-j показують, перші цифри в четвертій-десятій петлях аналогічні другій і третій петлям першого ряду по черзі розміщуються після попередньої цифри, а шлях руху Лицаря продовжується за схемою першого типу.

Рух коня вводився за першим зразком і тестувався на дошці 10 × 10. Для другого варіанту коник ходить відповідно до введених позицій. У запропонованому методі не важливо, чи є тур коня відкритим чи закритим, але важливо вибрати правильні позиції, щоб тур коня рухався у правильних місцях. Також метою використання лицарського туру є запобігання знаходженню фотоелектричних панелей одного типу в одному ряду, оскільки це зменшує вихідну потужність. Використовуючи пояснені позиції для переміщення Лицаря, цей метод можна використовувати для розмірів 6 × 6 і 9 × 9, а також для розмірів будь-якого розміру.

Як показано на рисунку. 5, схема руху запропонованого методу на фотоелектричному масиві 6 × 6 може бути наступною:

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Число 1 можна розмістити в першому рядку в кожному з стовпців, і це початок першого циклу, і цей цикл повторюється 5 разів. Наступні цифри відповідають представленому шаблону і знаходяться в порядку d, a, b, a, і b, відповідно. Як показано на рис. 6 показано для дошки 9 × 9, номер один у першому рядку може бути розміщений у кожному з стовпців, і запускається перший цикл. Цей цикл повторюється вісім разів, а наступні числа розміщуються за схемою, представленою у вигляді e, d, a, b, b, a, d, і d відповідно.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

На рисунку 7 показано блок-схему реконфігурації затінених модулів у фотоелектричному масиві на основі запропонованого методу туру Найта. Запропонований метод був представлений у цьому розділі та реалізований на різноманітних платах різної розмірності. У продовженні статті, шляхом введення різних типів моделювання фотоелектричних масивів, запропонований метод буде реалізовано на фотоелектричних масивах різної розмірності та представлено його результати.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Метрики оцінки ефективності

Оцінювання ефективності будь-якого методу можна вважати найважливішою частиною роботи. Таким чином, ефективність та результативність кожного методу та порівняння різних методів отримують шляхом оцінки результатів їх роботи. У цій роботі, після застосування представлених методів на різних типах фотоелектричних масивів з метою реконфігурації та розподілу тіні, ефективність кожного методу оцінюється за допомогою різних показників. GMPP, коефіцієнт заповнення (FF), ML та ефективність вводяться та використовуються як показники оцінки продуктивності в цій роботі. Кожен з вищезгаданих показників визначається і розраховується наступним чином:

GMPP відстежується та отримується шляхом розрахунку генерованого струму в кожному ряду фотоелектричної батареї.

FF є одним з визначальних показників в загальній поведінці сонячного елемента і вимірює площу модуля фотоелектричного масиву. FF залежить від точки максимальної потужності ( \(_\) ), напруги холостого ходу ( \(_\) ) і струму короткого замикання ( \(_\) ). Його можна обчислити наступним чином:

ML. це різниця між максимальною потужністю при рівномірному випромінюванні ( \(_\) ) і GMPP при PSC ( \(_\) ). МЛ може бути розрахована як:

Ефективність \((\eta )\). це відношення між точкою максимальної потужності \((P_)\) та надходженням сонячної енергії ( \(_\) ). Ефективність може бути виражена наступним рівнянням:

Результати моделювання

Ефективність методів реконфігурації отримано шляхом впливу на різні моделі фотоелектричних масивів. З цією метою в даній роботі застосовано метод лицарського туру для реконфігурації 4 різних випадків фотоелектричних масивів. Фотоелектричні масиви розглядалися у квадратній та прямокутній формах та з різними розмірами для кращого порівняння та вираження ефективності запропонованого методу. Крім того, тіні, призначені для всіх випадків, мають різні розміри. У кожному стані затінення в середовищі Simulink MATLAB 2018b відстежуються GMPP для TCT, SuDoKu, оптимального SuDoKu, покращеного SuDoKu, методів Skyscraper Puzzle та Knight’s tour. Випадки, розглянуті у цій статті, описані наступним чином:

Випадок 1: Масив фотоелектричних модулів TCT з \(9\ помножити на 9\), що містить \(4\ помножити на 4\) затінення.

Випадок 2: Масив фотоелектричних модулів TCT, що містить \(9\ разів по 9\) затінення, що містить \(4\ разів по 5\) затінення.

Випадок 3: Масив фотоелектричних модулів TCT, що містить \(8\х7\) фотоелектричних модулів, що містять \(3\х5\) затінюючих елементів.

Випадок 4: TCT PV-масив \(8\х14\), що містить \(3\х5\) зафарбовувань.

Слід зазначити, що стандартні характеристики умов тестування панелей, які використовуються у всіх чотирьох випадках, представлені в таблиці 1. Отже, за цих умов змінився лише розмір фотоелектричних панелей та умови затінення в кожному конкретному випадку.

Калькулятор максимальної напруги сонячної панелі

Щоб ви знали, ця сторінка містить партнерські посилання. Якщо ви зробите покупку після натискання на одну з цих кнопок, без додаткових витрат для вас, я можу заробити невелику комісію.

Використовуйте наш калькулятор, щоб легко знайти максимальну напругу відкритого контуру вашої сонячної батареї.

Примітка: На основі ваших вхідних даних цей контролер заряду має відповідну максимальну фотоелектричну напругу для вашої сонячної батареї. Однак, це може бути неправильним варіантом для вашої установки, виходячи з інших факторів, таких як номінальний струм і напруга акумуляторної батареї, тому перевірте, чи відповідає він всім іншим вашим вимогам, перш ніж використовувати цей варіант.

Припущення калькулятора

  • Всі сонячні панелі, які ви вводите в калькулятор, з’єднані між собою в одну послідовну лінію. Якщо у вас є кілька послідовних ланцюгів, підключених паралельно, я рекомендую використовувати калькулятор, щоб знайти максимальну напругу для кожної послідовної ланцюга. Потім використовуйте найнижчу максимальну напругу як максимальну напругу відкритого контуру вашого масиву. Це пов’язано з тим, що при паралельному з’єднанні різних послідовних ланцюжків напруга результуючого масиву дорівнює напрузі послідовного ланцюжка з найнижчим номіналом.
  • Якщо ви не введете температурний коефіцієнт Voc для панелі, калькулятор припустить, що всі панелі з цими характеристиками є монокристалічними та / або полікристалічними кремнієвими сонячними панелями, які переважають на сьогодні на ринку.

Як користуватися цим калькулятором

Знайдіть етикетку з технічними характеристиками на тильній стороні вашої сонячної панелі. Наприклад, це етикетка на задній панелі моєї сонячної панелі Renogy 100W 12V.

Примітка: Якщо ваша панель не має етикетки, ви зазвичай можете знайти її технічні характеристики в посібнику з експлуатації або в Інтернеті на сторінці продукту.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Введіть напругу холостого ходу (Voc). Для моєї панелі. 22.3V.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Введіть, скільки таких сонячних панелей ви хочете з’єднати послідовно. Для цього прикладу припустимо, що у мене є 4 таких сонячних панелі Renogy 100W 12V. Це однакові панелі, і я з’єднав їх всі 4 послідовно. У цьому випадку я б ввів 4 в поле Кількість.

Необов’язково: Введіть температурний коефіцієнт панелі Voc і виберіть правильну одиницю виміру (%/°C або мВ/°C). У моєї панелі було.0.28%/°C. Ви можете залишити це поле порожнім, в цьому випадку калькулятор використовує відповідний коефіцієнт поправки на напругу, заснований на вашій найнижчій очікуваній температурі.

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Якщо ви з’єднуєте різні сонячні панелі послідовно, натисніть “Додати панель” і повторіть вищевказані кроки, щоб додати технічні характеристики та кількість панелей. У будь-який момент ви можете натиснути кнопку “Видалити панель”, щоб видалити останню панель.

Введіть найнижчу температуру, яку, за вашими очікуваннями, ваша сонячна батарея може досягти при денному світлі, і виберіть правильну одиницю виміру (°F або °C). Часто люди використовують найнижчу зафіксовану температуру в їхньому місцезнаходженні. Наприклад, я живу в Атланті і провів швидкий пошук в Google, щоб дізнатися, що найнижча зафіксована температура тут була.9°F (-22.8°C).

Примітка: Якщо ваші сонячні панелі встановлені на транспортному засобі, врахуйте різні місця, які ви плануєте відвідати на своєму транспортному засобі, при вході в найнижчу очікувану температуру.

Натисніть Розрахувати максимальну напругу, щоб отримати результати. Для наведеного мною прикладу з 4 панелями Renogy я отримав максимальну напругу сонячної батареї 101.1V. При проектуванні сонячної системи мені потрібно вибрати контролер заряду, максимальна номінальна напруга фотоелектричних панелей якого перевищує це число.

Способи розрахунку максимальної напруги сонячної панелі

Ось ще кілька способів визначити максимальну напругу сонячної панелі, окрім використання нашого калькулятора. Використовуйте один з цих методів, якщо ви хочете зрозуміти математику, що лежить в основі розрахунків.

Примітка: Якщо ви також хочете розрахувати вихідну потужність вашої сонячної батареї, скористайтеся нашим калькулятором послідовного та паралельного з’єднання сонячних панелей.

Використовуйте поправочні коефіцієнти

Національний електричний кодекс (NEC) надає таблицю коефіцієнтів корекції напруги для сонячних панелей залежно від температури навколишнього середовища. Поправочні коефіцієнти дозволяють легко розрахувати максимальну напругу вашої сонячної системи самостійно.

КоефіцієнтТемпература навколишнього середовища (°F)Температура навколишнього середовища (°C)
1.02 76 до 68 24 до 20
1.04 від 67 до 59 19 до 15
1.06 від 58 до 50 14 до 10
1.08 49 до 41 9 до 5
1.10 40 до 32 4 до 0
1.12 31 до 23 -від 1 до.5
1.14 22 до 14 -від 6 до.10
1.16 13 до 5 -від 11 до.15
1.18 від 4 до.4 -від 16 до.20
1.20 -від 5 до.13 -від 21 до.25
1.21 -від 14 до.22 -від 26 до.30
1.23 -23 до.31 -31 до.35
1.25 -від 32 до.40 -від 36 до.40

Примітка: Наведена вище таблиця була адаптована з таблиці 690.7 (A) з видання NEC від 2023 року. Це стосується монокристалічних і полікристалічних кремнієвих панелей, які є основними типами сонячних панелей на сучасному ринку.

Для цього методу вам знадобиться таблиця з наступними цифрами:

  • Напруга холостого ходу (Voc) кожної сонячної панелі
  • Кількість кожного типу сонячних панелей
  • Найнижча очікувана температура

Інструкції

Знайдіть відповідний поправочний коефіцієнт з наведеної вище таблиці, використовуючи найнижчу очікувану температуру.

Розрахуйте максимальну напругу холостого ходу кожної сонячної панелі, помноживши її напругу холостого ходу на ваш поправочний коефіцієнт.

Якщо ваші панелі ідентичні:

Максимальна напруга сонячної панелі Voc = Voc сонячної панелі × Поправочний коефіцієнт

Якщо ваші панелі відрізняються:

Максимальна сонячна панель Voc #1 = Сонячна панель Voc #1 × Поправочний коефіцієнт Максимальна сонячна панель Voc #2 = Сонячна панель Voc #2 × Поправочний коефіцієнт Максимальна сонячна панель Voc #3 = Сонячна панель Voc #3 × Поправочний коефіцієнт. і т.д

Підсумуйте максимальну напругу холостого ходу всіх ваших сонячних панелей, з’єднаних послідовно.

Якщо ваші панелі ідентичні:

Максимальна потужність сонячної батареї Voc = Максимальна потужність сонячної панелі Voc × Кількість панелей

Якщо ваші панелі різні:

Максимальна сонячна батарея Voc = Максимальна сонячна панель Voc #1 Максимальна сонячна панель Voc #2 Максимальна сонячна панель Voc #3

Досить просто! На цей раз NEC робить життя трохи простішим.

Приклад : Ідентичні сонячні панелі

Припустимо, це технічні характеристики для 2 однакових сонячних панелей, які ви з’єднуєте послідовно:

  • Voc сонячної панелі: 19.83V
  • Кількість послідовно з’єднаних сонячних панелей: 2
  • Найнижча очікувана температура:.10°F (-23°C)

Ось як можна знайти максимальну напругу сонячної батареї:

Знайдіть відповідний поправочний коефіцієнт за допомогою наведеної вище таблиці. У цьому прикладі, виходячи з моєї найнижчої очікуваної температури.10°F (-23°C), мій поправочний коефіцієнт дорівнює 1.2.

Помножте Voc сонячної панелі на ваш поправочний коефіцієнт.

Максимальна сонячна панель Voc = 19.83V × 1.2 = 23.796

Помножте максимальну напругу сонячної панелі Voc на кількість послідовно з’єднаних панелей.

Максимальна потужність сонячної батареї Voc = 23.796V × 2 = 47.592V ≈ 47.6V

У цьому прикладі максимальна напруга відкритого контуру вашої сонячної батареї становить 47.6V.

Приклад #2: Різні сонячні панелі

Припустимо, що ваші 2 сонячні панелі відрізняються. Вони мають такі напруги у відкритому стані:

  • Сонячна панель Voc #1: 22.6V
  • Сонячна панель Voc #2: 21.4V
  • Кількість послідовно з’єднаних панелей: 2
  • Найнижча очікувана температура:.25 ° F (-32 ° C)

Ось як знайти максимальну напругу сонячної батареї:

Знайдіть відповідний поправочний коефіцієнт, використовуючи наведену вище таблицю. У цьому прикладі, виходячи з моєї найнижчої очікуваної температури.25°F (-32°C), мій поправочний коефіцієнт дорівнює 1.23.

Помножте Voc кожної панелі на ваш поправочний коефіцієнт.

Максимальна сонячна панель Voc #1 = 22.6V × 1.23 = 27.798V Максимальна сонячна панель Voc #2 = 21.4V × 1.23 = 26.322V

Підсумуйте максимальні напруги відкритого контуру панелей разом.

Максимальна потужність сонячної батареї Voc = 27.798V 26.322V = 54.12V ≈ 54.1V

У цьому прикладі максимальна напруга розімкнутого контуру вашої сонячної батареї становить 54.1V.

Використовуйте температурний коефіцієнт Voc

Для цього методу вам знадобляться наступні числа:

  • Вольтаж кожної сонячної панелі
  • Температурний коефіцієнт Voc кожної сонячної панелі
  • Кількість послідовно з’єднаних сонячних панелей
  • Найнижча очікувана температура (°C)

Примітка: Я опишу, як використовувати цей метод, якщо ваш температурний коефіцієнт вимірюється в %/°C, що, з мого досвіду, зустрічається набагато частіше, ніж мВ/°C.

Інструкції

Розрахуйте максимальну різницю температур, віднявши 25°C від найнижчої очікуваної температури. Ми використовуємо 25°C, оскільки це стандартна температура, на яку розраховані сонячні панелі. Якщо ви використовуєте шкалу Фаренгейта, я рекомендую перевести найнижчу очікувану температуру в градуси Цельсія. Це спрощує розрахунки.

Максимальна різниця температур = Найнижча очікувана температура. 25°C

Розрахуйте максимальний відсоток збільшення напруги для кожної сонячної панелі, помноживши максимальну різницю температур на температурний коефіцієнт панелі Voc. Знову ж таки, це за умови, що температурний коефіцієнт вашої сонячної панелі вказаний у %/°C.

Якщо ваші панелі однакові:

Максимальний відсоток збільшення напруги = Максимальна різниця температур × Температурний коефіцієнт Voc

Якщо ваші панелі відрізняються:

Максимальний відсоток підвищення напруги #1 = Максимальний температурний диференціал × Температурний коефіцієнт Voc #1 Максимальний відсоток підвищення напруги #2 = Максимальний температурний диференціал × Температурний коефіцієнт Voc #2 Максимальний відсоток підвищення напруги #3 = Максимальний температурний диференціал × Температурний коефіцієнт Voc #3. і т.д

Розрахуйте максимальне збільшення напруги кожної панелі, помноживши її максимальний відсоток збільшення напруги на її напругу холостого ходу.

Якщо ваші панелі ідентичні:

Максимальне збільшення напруги = Voc сонячної панелі × Максимальне збільшення напруги у відсотках

Якщо ваші панелі відрізняються:

Максимальне збільшення напруги #1 = Сонячна панель Voc #1 × Максимальне збільшення напруги у відсотках #1 Максимальне збільшення напруги #2 = Сонячна панель Voc #2 × Максимальне збільшення напруги у відсотках #2 Максимальне збільшення напруги #3 = Сонячна панель Voc #3 × Максимальне збільшення напруги у відсотках #3. і т.д

Розрахуйте максимальну напругу холостого ходу кожної панелі, підсумувавши її напругу холостого ходу та максимальне збільшення напруги.

Якщо всі панелі однакові:

Максимальна напруга сонячної панелі Voc = Максимальна напруга сонячної панелі Voc Максимальне збільшення напруги

Якщо ваші панелі відрізняються:

Max сонячна панель Voc #1 = Сонячна панель Voc #1 Максимальне збільшення напруги #1 Max сонячна панель Voc #2 = Сонячна панель Voc #2 Максимальне збільшення напруги #2 Max сонячна панель Voc #3 = Сонячна панель Voc #3 Максимальне збільшення напруги #3. і т.д

Підсумуйте максимальну напругу холостого ходу всіх послідовно з’єднаних сонячних панелей.

Якщо всі панелі однакові:

Максимальна напруга сонячної батареї Voc = Максимальна напруга сонячної панелі Voc × Кількість послідовно з’єднаних панелей

Якщо ваші панелі відрізняються:

Максимальна потужність сонячної батареї Voc = Максимальна потужність сонячної панелі Voc #1 Максимальна потужність сонячної панелі Voc #2 Максимальна потужність сонячної панелі Voc #3

Приклад : Ідентичні сонячні панелі

Давайте розглянемо приклад з використанням наступних чисел:

  • Сонячна панель Voc: 20.2В для всіх панелей
  • Кількість послідовно з’єднаних сонячних панелей: 3
  • Найнижча очікувана температура:.15°C (5°F)
  • Температурний коефіцієнт Voc:.0.3%/°C для всіх панелей

Відніміть 25°C від найнижчої очікуваної температури.

Максимальна різниця температур =.15°C. 25°C =.40°C

Помножте максимальну різницю температур на температурний коефіцієнт Voc.

Максимальне збільшення напруги у відсотках.0.3%/°C ×.40°C = 12%

Помножте напругу відкритого контуру сонячної панелі на максимальний відсоток збільшення напруги.

Максимальне збільшення напруги = 20.2V × 12% = 2.424V

Додайте максимальне збільшення напруги до напруги холостого ходу сонячної панелі.

Максимальне підвищення напруги сонячної панелі Voc = 20.2V 2.424V = 22.624V

Помножте максимальну напругу холостого ходу сонячної панелі на кількість послідовно з’єднаних панелей.

Максимальна сонячна батарея Voc = 22.624V × 3 = 67.872V ≈ 67.9V

У цьому прикладі максимальна напруга відкритого контуру вашої сонячної батареї становить 67.9V.

Приклад #2: Різні сонячні панелі

Припустимо, у вас є 2 різні панелі з наступними характеристиками:

  • Сонячна панель Voc #1: 19.7V
  • Сонячна панель Voc #2: 22.1V
  • Кількість послідовно з’єднаних панелей: 2
  • Найнижча очікувана температура:.20°C (-4°F)
  • Температурний коефіцієнт Voc #1:.0.28%/°C
  • Температурний коефіцієнт Voc #2:.0.3%/°C

Ось як можна знайти максимальне значення Voc у цьому сценарії:

Відніміть 25°C від найнижчої очікуваної температури.

Максимальна різниця температур.20°C. 25°C =.45°C

Помножте максимальну різницю температур на температурний коефіцієнт Voc кожної панелі.

Максимальне збільшення напруги у відсотках =.0.28%/°C ×.45°C = 12.6% Максимальне збільшення напруги у відсотках #2 =.0.3%/°C ×.45°C = 13.5%

Помножте Voc кожної панелі на її максимальний відсоток збільшення напруги.

Максимальне збільшення напруги #1 = 19.7V × 12.6% = 2.4822V Максимальне збільшення напруги #2 = 22.1V × 13.5% = 2.9835V

Додайте збільшення максимальної напруги кожної панелі до її Voc.

Максимальна сонячна панель Voc #1 = 19.7V 2.4822V = 22.1822V Max сонячна панель Voc #2 = 22.1V 2.9835V = 25.0835V

Підсумуйте максимальні напруги холостого ходу всіх послідовно з’єднаних сонячних панелей.

Максимальний сонячний масив Voc = 22.1822V 25.0835V = 47.2657V ≈ 47.3V

У цьому прикладі максимальна напруга вашої сонячної батареї становить 47.3V.

Як визначити розмір контролера заряду, використовуючи максимальну напругу сонячної панелі

вступ, електроенергії, сонячних, фотоелектричних, система, потужність

Тепер, коли ви знаєте максимальну напругу сонячної батареї, настав час обрати контролер заряду.

Купуючи контролер заряду, зверніть увагу на його максимальну фотоелектричну напругу (іноді її називають максимальною напругою холостого ходу або максимальною вхідною напругою).

Переконайтеся, що максимальна фотоелектрична напруга вашого контролера заряду вище, ніж максимальна напруга відкритого контуру вашої сонячної батареї.

Наприклад, припустимо, ви розрахували максимальну напругу сонячної батареї 105 В. Тоді контролер заряду з максимальною фотоелектричною напругою 100 В є занадто низьким. Вам потрібно буде придбати контролер з максимальною фотоелектричною напругою, скажімо, 150 В.

Типові помилки при розрахунку максимальної напруги сонячної панелі

Виходячи з мого досвіду.- та багато читацьких листів, коментарів та думок власників.- Ось найпоширеніші помилки, які я бачу, коли люди намагаються знайти максимальну напругу відкритого контуру своєї сонячної системи:

  • Забуваючи коригувати температуру. Напруга на сонячній панелі зростає зі зниженням температури. Часто початківці не знають про цей факт. (Я точно не був, коли я вперше почав.) Як результат, вони просто обчислюють Voc своєї сонячної батареї і використовують це число для визначення розміру контролера заряду. Це ставить їх під загрозу підсмажування контролера заряду в холодні дні.
  • Використання напруги максимальної потужності (Vmp або Vmpp) замість напруги холостого ходу (Voc). На багатьох панелях також вказана максимальна напруга живлення (також відома як оптимальна робоча напруга), що позначається Vmp або Vmpp. Деякі люди помилково вважають, що для розрахунку максимальної напруги слід використовувати Vmp, а не Voc. Завжди використовуйте Voc.
  • Використання емпіричних правил без розуміння їхніх обмежень. Кілька разів я бачив, як люди в Інтернеті дають емпіричне правило для розрахунку максимальної напруги.- наприклад, додати 5V до Voc кожної панелі або додати 20% до Voc масиву. Це може бути корисно, але читачі часто не розуміють, що ці швидкі та брудні методи найкраще підходять для певних температурних діапазонів.

Нарешті, важливо зазначити, що максимальна напруга сонячної батареї, яку ви розраховуєте, базується на вашій найнижчій очікуваній температурі. Якщо ваш масив коли-небудь стане холоднішим, ніж при денному світлі, є ймовірність, що він може перевищити це число.

Залишити відповідь