Система динамічної комутації топології сонячних панелей з врахуванням особливостей хмарного покриву
Вантажиться...
Дата
2024
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Мартинюк В.І. Система динамічної комутації топології сонячних панелей з врахуванням особливостей хмарного покриву. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 Електроніка – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2024.
Дисертаційна робота присвячена створенню системи динамічної комутації топології сонячних панелей на основі створення їх уточненої вольтамперної характеристики та моделювання хмарного покриву, що дозволяє визначити топологію комутації сонячних панелей зі максимізацією вихідної потужності. У першому розділі проведено аналіз наявних методів оцінки потенціалу сонячної енергії та її основних параметрів. Виконано дослідження сучасного стану розвитку напівпровідникових перетворювачів сонячної енергії, особливостей їх функціювання в умовах часткового затінення, а також способів зменшення його негативного впливу. Проаналізовано стан розвитку еквівалентних схем заміщення, математичних моделей та топологій. Детально розглянуто математичні моделі хмарного покриву. Проведено класифікацію та порівняльний аналіз методів генерації зображень хмарного покриву на основі використання шумів. У другому розділі наведено математичні співвідношення, які описують удосконалену модель сонячної панелі, що була отримана на основі аналізу еквівалентних схем заміщення. Запропоновано два способи визначення параметрів моделі, а саме спосіб перебору коефіцієнтів ідеальності та опорів. Розглянуто особливості алгоритмів запропонованих способів та наведено рекомендації щодо використання вагових функцій, що дозволяє отримати більш точну оцінку значень параметрів моделі. Запропоноване використання методу простої ітерації та методу релаксації для вирішення трансцендентних рівнянь і забезпечення збіжності чисельних методів. Показано, що найменші значення похибок апроксимації забезпечує Гаусівська віконна функція. Наведено розраховані значення параметрів моделі для сонячних панелей KC200GT та ST40. Проведено порівняльний аналіз запропонованих способів визначення параметрів моделі з сучасними методами, представленими в літературі. Порівняння здійснювалося для сонячних панелей KC200GT та ST40 і встановлено, що запропоновані способи визначення параметрів забезпечують кращу апроксимацію вольт-амперних характеристик. Проведено визначення залежності параметрів удосконаленої моделі сонячної панелі від рівня опроміненості та температури з наведенням відповідних значень похибок. Третій розділ присвячений створенню математичної моделі хмарного покриву. Описано особливості запропонованої моделі хмарного покриву, заснованої на аналізі спектральних характеристик зображень хмар різного виду. Показано, що на основі даної моделі та вихідного зображення хмарного покриву здійснюється генерація зображення хмар, які відтворюють основні особливості вихідного. Запропоноване використання вагової функції для спрощення аналізу вихідних зображень та зменшення впливу явища витікання спектру. Розглянуто спосіб визначення параметрів створеної моделі та досліджено особливості фазово-частотної характеристики і способу її генерації. Для апроксимації амплітудно-частотної характеристики використано методи регресійного аналізу та головних компонент. Наведено приклад використання з визначенням значень параметрів моделі для досліджуваного зображення хмарного покриву. Проведено порівняльний аналіз запропонованої моделі з алгоритмом спектрального синтезу. Визначено похибку апроксимації, які забезпечують розглянуті моделі. Проведено порівняння значень параметрів моделі зі значеннями, отриманими методом перебору, що вказує на ефективність розробленої моделі. Четвертий розділ присвячений комп’ютерному моделюванню вольтамперних характеристик та характеристик вихідної потужності масиву сонячних панелей на основі панелі KC200GT в програмному середовищі Matlab Simulink. Розроблено та описано схемні моделі некомутованого та комутованого масивів сонячних панелей та наведено особливості їх використання з наведенням необхідних розрахунків параметрів. Змодельовані робота системи динамічної комутації та перемикання топології масиву сонячних панелей під час функціювання для забезпечення максимальної вихідної потужності в умовах часткового затінення. Отримано вихідні характеристики для досліджуваних масивів на основі значень параметрів моделей сонячної панелі та хмарного покриву, які були отримані в попередніх розділах. Проведено порівняльний аналіз даної системи з некомутованим масивом з метою оцінки ефективності запропонованого алгоритму комутації, що підтвердило теоретичні розрахунки та правочинність розробленої системи динамічної комутації і запропонованих математичних моделей сонячних панелей та хмарного покриву.
Опис
Ключові слова
сонячні панелі, еквівалентна схема, вольт-амперна характеристика, часткове затінення, чисельні методи, алгоритми апроксимації, апроксимація, метод простої ітерації, метод релаксації, спектральний синтез, моделювання хмарного покриву, регресійний аналіз, метод головних компонент, аналіз частотних характеристик, solar cells, equivalent circuit, current-voltage characteristic, partial shading, approximation algorithms, method of simple iteration, relaxation method, numerical methods, spectral synthesis, cloud cover modeling, regression analysis, principal component analysis, frequency characteristic analysis
Бібліографічний опис
Мартинюк, В. І. Система динамічної комутації топології сонячних панелей з врахуванням особливостей хмарного покриву : дис. … д-ра філософії : 171 – Електроніка / Мартинюк Вадим Ігорович. – Київ, 2024. – 214 с.