Дослідження системи відбору максимальної потужності від сонячної батареї

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут імені ігоря сікорського”

Факультет електроніки

Кафедра промислової електроніки

звіт

про виконання лабораторної роботи №2

з курсу

“СИстеми електроживлення електронної апаратури”

тема: “Дослідження системи відбору максимальної потужності від сонячної батареї”

виконаЛИ:

студенти гр. ДС-81мн

Желязков Єгор

Лук'янов Микола

Мартинюк Вадим

київ-2018

Мета роботи: дослідити характеристики сонячної батареї і вивчити принцип роботи системи відбору максимальної потужності.

Хід роботи

1. Ввімкнути живлення лабораторного стенду перемикачем S₁.

2. Встановити перемикач S₂ у положення 1, що відповідає мінімальній потужності світлового випромінювання (ввімкнена одна люмінесцентна лампа), дати витримку часу 5 хв.

3. Встановити перемикач S₃ у положення “К.З.” (коротке замкнення). Виміряти напругу на виході сонячної батареї (СБ) U_СБ (клеми Х₂ і Х₄) і напругу U_R1 на шунті R₁ (клеми Х₂ і Х₃). За значенням опору шунта R₁ розрахувати струм короткого замкнення І_КЗ = І_СБ:

І_СБ = U_R1/ R₁. (1)

Виміряне значення напруги на виході СБ U_СБ і розраховане значення струму СБ І_СБ занести до табл. 1.

4. Встановити перемикач S₃ у положення “Х.Х.” (холостий хід). Виміряти напругу на виході сонячної батареї (СБ) U_СБ (клеми Х₂ і Х₄), що відповідає напрузі холостого ходу U_XX, і напругу U_R1 на шунті R₁ (клеми Х₂ і Х₃). Розрахувати струм СБ І_СБ за формулою (1). Дані занести до табл. 1.

5. Встановити перемикач S₃ у положення “R_Н1”, ручку потенціометра R₂ - у крайне ліве положення. Поступово обертаючи ручку потенціометра R₂ праворуч періодично вимірювати напругу на виході батареї U_СБ (клеми Х₂ і Х₄) і напругу на шунті R₁ (клеми Х₂ і Х₃). Розрахувати струм СБ І_СБ за формулою (1). Дані занести до табл. 1.

Примітка: періодичність вимірювань визначати з таких умов:

1) різниця напруг U_СБ між сусідніми вимірюваннями не повинна бути більшою ніж 10 % від значення напруги холостого ходу U_XX:

|U_СБ(i) - U_СБ(i-1)| < 0.1 U_XX ;

2) різниця струмів І_СБ між сусідніми вимірюваннями не повинна бути більшою ніж 10 % від значення струму короткого замкнення І_КЗ:

|I_СБ(i) - I_СБ(i-1)| < 0.1 І_КЗ.

6. Якщо значення струму СБ І_СБ, виміряне в крайньому правому положенні ручки потенціометра R₂, перевищує значення 5% від значення струму короткого замкнення:

І_СБ > 0.05 І_КЗ, (2)

Встановити перемикач S₃ у положення “R_Н2”, ручку потенціометра R₂ - у крайне ліве положення. Повторити вимірювання за аналогією з п. 5. Дані занести до табл. 1. Якщо умова (2) не виконується у положенні “R_Н2” перемикача S₃, встановити перемикач у положення “R_Н3” (“R_Н4”, “R_Н5” , “R_Н6”).

7. Встановити перемикач S₂ у положення 2, що відповідає середній потужності світлового випромінювання (ввімкнено дві люмінесцентні лампи). Повторити вимірювання за п.п. 3-6. Виміряні дані занести до табл. 1.

8. Встановити перемикач S₂ у положення 3, що відповідає максимальній потужності світлового. Повторити вимірювання за п.п. 3-6. Виміряні дані занести до табл. 1.

Таблиця 1

9. За даними табл. 1 побудувати сімейства графіків ВАХ СБ у нормальних I = f(U) і нормованих координатах I^* = f(U^*) для трьох значень освітленості.

Примітка: графіки у нормованих координатах I^* = f(U^*) будують за допомогою даних табл. 1 і формул (Т.2).

10. Побудувати графіки кривих потужності СБ Р = f(U). За допомогою графіків кривих потужності визначити координати точки максимальної потужності у нормальних (І_МП, U_МП) і нормованих (І^*_МП, U^*_МП) координатах для кожного рівня освітленості СБ.

Пол. 2 перемикача S₂: І_МП = 27 мА, І^*_МП = 0,82, U_МП = 13,1 В, U^*_МП = 0,8.

Пол. 3 перемикача S₂: І_МП = 35,1 мА, І^*_МП = 0,79, U_МП =13,5 В, U^*_МП = 0,98.

11. За графіками сімейства ВАХ I = f(U) розрахувати вихідний опір СБ r_ВИХ у точці МП за формулою:

r_ВИХ = ДU/ДI, (3)

де ДU, ДI - приріст напруги і струму в околі точки МП.

r_ВИХ2 = 540 Ом, r_ВИХ3 = 500 Ом.

12. Встановити перемикач S₂ у положення 3, перемикач S₃ у положення “Пр.” (перетворювач), перемикач S₄ - у положення 1, перемикач S₅ - у положення “г”, ручку потенціометра “Рег. г” - у крайнє ліве положення.

13. Поступово обертаючи ручку потенціометра “Рег. г” праворуч, вимірювати значення параметра г перетворювача, спостерігаючи напругу стік-витік транзистора за допомогою осцилографа (клеми Х₆ і Х₈). Для значень г = 0.1, 0.2,…, 0.9 виміряти середнє значення напруги СБ U_СБ (клеми Х₂ і Х₄), і вихідної напруги перетворювача U_Н (клеми Х₇ і Х₈). Дані занести до табл. 2.

14. Знайти положення ручки потенціометра “Рег. г”, яке відповідає точці максимальної потужності, визначеної у п. 10. Зробити вимірювання в цій точці параметра г, вихідної напруги СБ і перетворювача. Дані занести у колонку “г_МП =“ табл. 2.

15. Перевести перемикач S₄ - у положення 2, повторити вимірювання за аналогією з п.п. 12, 13. Дані занести до табл. 2.

Таблиця 2

16. За даними табл. 2 побудувати графіки регулювальної характеристики перетворювача.

17. За даними п.п. 10, 12, 13, 14 і формули (Т.4) оцінити значення опору навантаження, який підключається до перетворювача перемикачем S₄ у положенні 1 і 2: R_H1 = 131,49 Ом, R_H2 = 144,52 Ом.

18. Підключити осцилограф до клем Х₆ і Х₈. Встановити перемикач S₂ у положення 3, перемикач S₃ у положення “Пр.” (перетворювач), перемикач S₄ - у положення 1, перемикач S₅ - у положення “г”, ручку потенціометра “Рег. г” - у крайнє ліве положення. Після цього встановити перемикач S₅ - у положення “P_max”. Зафіксувати на осцилографі переміщення робочої точки від початкового положення до точки МП. Підключити осцилограф до клем Х₇ і Х₈. Оцінити амплітуду пульсації напруги на навантаженні U_H~ = 0,08 В за умови використання алгоритму відбору максимальної потужності № 1.

19. Виміряти середнє значення вихідної напруги СБ U_СБ (клеми Х₂ і Х₄) і вихідного струму СБ І_СБ (клеми Х₂ і Х₃). Розрахувати значення коефіцієнту використання електроенергії за формулою (Т.6): з = 0,9.

20. Підключити осцилограф до клем Х₆ і Х₈. Перевести перемикач S₅ у положення “г”, ручку потенціометра “Рег. г” - у крайнє праве положення. Після цього встановити перемикач S₅ - у положення “P_max”. Зафіксувати на осцилографі переміщення робочої точки від початкового положення до точки МП. Підключити осцилограф до клем Х₇ і Х₈. Оцінити амплітуду пульсації напруги на навантаженні: U_H~ = 0,08 В за умови використання алгоритму відбору максимальної потужності № 2.

21. Виміряти середнє значення вихідної напруги СБ U_СБ (клеми Х₂ і Х₄) і вихідного струму СБ І_СБ (клеми Х₂ і Х₃). Розрахувати значення коефіцієнту використання електроенергії за формулою (Т.6): з = 0,44.

22. Перевести перемикач S₂ у положення 3, перемикач S₃ у положення “Пр.” (перетворювач), перемикач S₄ - у положення 1, перемикач S₅ - у положення “г”, ручку потенціометра “Рег. г” - у положення, що відповідає параметру г = 0.5 (клеми Х₆ і Х₈). Заосцилографувати часові діаграми таких напруг:

1) на виході СБ u_СБ (клеми Х₂ і Х₄);

2) шунта R₂ вхідного струму перетворювача i_ВХ (клеми Х₂ і Х₃);

3) на дроселі u_L (клеми Х₃ і Х₆);

4) затвор-витік транзистора u_ЗВ (клеми Х₅ і Х₈);

5) стік-витік транзистора u_СВ (клеми Х₆ і Х₈);

6) на навантаженні U_H (клеми Х₇ і Х₈).

Розрахунки

Оцінка опору навантаження перетворювача:

,

де

;

.

Ом;

Ом.

Визначення коефіцієнту використання електроенергії:

Пульсації напруги на навантаженні (Осцилограма Х7-Х8) - В (з рис. 3).

Рис. 1. ВАХ сонячної батареї (а), ВАХ сонячної батареї у нормованих координатах (б)

Часові діаграми

Рис. 3. Часова діаграма пульсацій напруги на навантаженні (Х7-Х8; 0,01 В/под)

Висновок

Під час виконання лабораторної роботи було експериментально досліджено характеристики сонячної батареї та систему відбору максимальної потужності від сонячної батареї.

Виходячи з експериментальних даних, в якості пристрою узгодження вихідного опору та опору навантаження використовується підвищувальний перетворювач постійної напруги з коефіцієнтом перетворення . Перевагою даного виду перетворювачів є те, що вхідний струм являється постійним, оскільки ключ розміщений паралельно входу перетворювача.

Дана система відбору максимальної потужності забезпечує високий коефіцієнт використання електричної енергії (), що говорить про достатньо малі втрати при перетворенні енергії. Втрати пов'язані з тим, що вхідний струм перетворювача має пульсуючий характер, що викликає коливання робочої точки відносно точки максимуму потужності. Також дані втрати можна пояснити несиметричністю характеристики кривої потужності в околі точки максимуму потужності. Додаткове зміщення робочої точки ліворуч забезпечує симетричний режим роботи, за якого втрати потужності будуть меншими, що позитивно впливає на коефіцієнт використання електроенергії.

сонячний батарея навантаження потужність

Запитання

1. Наведіть модель фотоелемента і на її основі опишіть принцип його роботи .

2. Поясніть призначення імпульсного регулятора в системі відбору максимальної потужності.

3. Обґрунтуйте доцільність зміщення робочої точки лівіше від точки максимальної потужності за умови наявності пульсації струму (напруги) на виході сонячної батареї.

4. Вкажіть причину підключення конденсатора на виході сонячної батареї за умови використання понижувального або інвертувального типів імпульсних регуляторів.

5. Поясніть принцип роботи вузла дослідження ВАХ сонячної батареї.

6. Опишіть основну ідею алгоритму відбору максимальної потужності P&O.

7. Зазначте орієнтовні координати точки максимальної потужності за струмом відносно струму короткого замикання і за напругою відносно напруги холостого ходу.

8. Вкажіть співвідношення вихідного опору сонячної батареї і опору навантаження у точці максимальної потужності.

9. Опишіть принцип роботи системи відбору максимальної потужності, реалізованої в лабораторному стенді.

10. Вкажіть відмінність модифікацій алгоритмів відбору потужності № 1 і № 2, реалізованих у лабораторному стенді.

Размещено на Allbest.ru