Система управления фотоэлектрической установки

Автор KRD, Четверг, Апрель 08, 2021, 08:28:40

« предыдущая тема - следующая тема »
Вниз

KRD

Четверг, Апрель 08, 2021, 08:28:40 Последнее редактирование: Суббота, Апрель 17, 2021, 03:38:24 от KRD
Тема: Система управления фотоэлектрической установки
Исполнитель: Калита Рауль Дмитриевич, студент гр. 741
Руководитель СКБ "Промышленная робототехника и автоматизация" Русинов Владислав Леонидович

ВВЕДЕНИЕ

  Солнечная батарея - объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) -- полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.


Рисунок 1 - Общий вид фотоэлектрической панели

  Главной целью разработки системы является сбор данных о вырабатываемых напряжении и токе фотоэлектрической панели в течении года. Разрабатываемая система позволит в автоматическом режиме собирать показания систематизировать их.
  Собранные показания в дальнейшем можно будет проанализировать и рассчитать:
-Средние вырабатываемые напряжение и ток за год;
-Среднегодовую выработку электроэнергии
-Площадь необходимую для монтажа целостной СЭС

  ФЭУ, используемая в разработке системы имеет следующие характеристики:
Модель SF-200
Кремниевые фотоэлементы - КПД 6-8 %
Максимальная выходная мощность - 200W
Максимальное напряжение - 35.78V
Максимальный ток - 5.59A
Ток короткого замыкания - 5.88А
Напряжение холостого хода - 43.58V
Допуск мощности составляет (+-3%)

ПРИНЦИП РАБОТЫ

  Когда на солнечный элемент падает солнечных свет, материал солнечного элемента поглощает часть солнечного света (фотоны). Каждый фотон имеет малое количество энергии. Когда фотон поглощается, он инициирует процесс освобождения электрона в солнечном элементе. Вследствие того, что обе стороны фотоэлектрического элемента имеют токоотводы, в цепи возникает ток когда фотон поглощается. Солнечный элемент генерирует электричество, которое может быть использовано сразу или сохранено в аккумуляторной батарее.

  Солнечная батарея состоит из нескольких фотоэлектрических модулей, электрически и механически соединенных друг с другом. Фотоэлектрический модуль объединяет в себе электрически соединенные между собой фотоэлектрические солнечные элементы и имеет выходные клеммы для подключения внешнего потребителя.

  Фотоэлектрический элемент состоит из двух тонких слоев полупроводникового материала: один с незначительной примесью, которая придает ему свойства проводника отрицательных зарядов (область n), второй также с примесью, но она превращает его в проводник положительных зарядов (область р)


Рисунок 2 - Принцип работы фотоэлектрической панели

  При проведении исследований, связанных c определением электрической мощности фотоэлектрической установки (ФЭУ), необходимо измерять развиваемые ею напряжение и ток. Эти измерения необходимо проводить циклически с малыми интервалами времени 0,1-0,5 с и сохранять в файл на персональном компьютере. Собранные данные в дальнейшем  будут использоваться для расчёта мощности и энергии, вырабатываемой ФЭУ с применением платы сбора данных PCI-6023E совместно с автоматизированной системой научных исследований (АСНИ) LabVIEW компании National Instruments. Для измерения напряжения и тока предназначен специальный коннектор, входящий в состав лабораторного стенда ТОЭ-1СК.


Рисунок 3 - Коннектор для измерений токов и напряжений

  Коннектор предназначен для ввода измеряемых токов и напряжений в плату PCI-6023, где производится аналого-цифровое преобразование входных сигналов для дальнейшего их использования в прикладных программах на персональном компьютере. Со-держит делители напряжений для ввода напряжений, шунты для ввода токов, блоки гальванической развязки измеряемых сигналов и разъем для подключения к плате PCI-6023E. Кнопки переключения делителей напряжения и шунтов предназначены для выбора пределов измерения.
  Плата сбора данных PCI-6023E имеет 16 каналов аналогового ввода, разрешение 12 бит, частоту дискретизации 200 кГц, программируемый диапазон измерения +/- 10,0; 5,0; 0,5 и 0,05 В. Для работы с аналоговыми каналами платы их необходимо настроить и протестировать, используя программное обеспечение: драйвер NI-DAQ и приложение Measurement & Automation Explorer (MAX), которые устанавливаются с инсталляционного диска, поставляемого с платой.
 
НАСТРОЙКА КАНАЛА ОБМЕНА

  После запуска MAX в окне конфигурации в папке Devices and Interfaces (устройства и интерфейсы) появится плата, а в скобках будет указан её номер (Device 1). Для настройки нового канала необходимо перейти в папку Data Neighborhood (область данных), выбрать пункт Create New… (создать новый), пункт Traditional NI-DAQ Virtual Channel (виртуальный канал) и затем нажать кнопку Finish. Далее будет предложено вы-брать тип настраиваемого канала. Выбираем аналоговый вход (Analog Input). В следующем окне указываем имя канала (Channel Name - a0_8) и краткое его описание (Channel Description).

  После создания канала требуется настроить уравнение измерения для канала.
  Уравнение измерения имеет вид:
     y=mx+b        
  Для вычисления коэффициентов составим систему уравнений, для этого было сделано несколько опытных измерений одной, двух и трёх последовательно соединённых батареек, из которых U1 - реальное напряжение батарейки U2 - напряжение батарейки через коннектор:
     U1=1,53B  U2=0,365B                                                                                          
     U1=3,11B  U2=0,737B        
     U1=4,69B  U2=1,1098B        
  Составим систему уравнений состоящую из двух уравнений, опытного измерения одной батарейки и трёх последовательно соединённых:
     {0,365=m*1,53+b
     {1,1098=m*4,69+b                                                                                                
  Из системы уравнений выведем уравнение коэффициента b:
     b=1,1098-m*4,69        
  Также из системы уравнений выведем уравнение коэффициента m:
     0,363=m*1,53+1,1098-m*4,69        
     0,363=1,1098-3,16m        
     m=(0,363-1,1098)/(-3,16)=(-0,7468)/(-3,16)=0,236                                                                                  
  Коэффициент b очень мал и им можно пренебречь, коэффициент m будет равен:
     m=1/0,236=4,237                          
  Корректируем уравнение измерения в соответствии с полученными коэффициентами.


Рисунок 4 - Проводник МАХ с настроенным каналом

  После настройки канала его можно использовать при создании программы с помощью виртуальных приборов АСНИ LabVIEW.  


Рисунок 5 - Структурно-функциональная схема

  Вырабатываемое напряжение с фотоэлектрической панели проходит через коннектор, в котором занижается до +-10В(допустимы значения для платы PCI). После коннектора, напряжение подаётся на плату PCI, где, через настроенный ранее канал обмена, фиксируются значения напряжений, вырабатываемых с фотоэлектрической панели. Далее, для представления пользователю и систематизации полученных данных, используется программа LabView. В ней создаётся пользовательский интерфейс на G-языке.

Жариков Денис

Добрый день!

Что чем в итоге управляет?

KRD

Добрый день!

По окончанию разработки, система обеспечит возможность сбора и систематизирование данных о вырабатываемых напряжениях с фотоэлектрической панели в автоматическом режиме. В ходе разработки за нами стоит задача настройки процесса сбора данных, а также создание пользовательского интерфейса. Статья выше представлена не полностью

RRD

Здравствуйте.
Рауль Дмитриевич, в Вашей теме рекомендую добавить информацию о поворотном устройстве (азимутально-угловая или полярная) солнечной батареи.
Не лишним будет приведение кратких сведений о монокристаллических и поликристаллических солнечных элементах, их достоинства и недостатки.
Спасибо.

Вверх