Система динамічної комутації топології сонячних панелей з врахуванням особливостей хмарного покриву

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorЖуйков, Валерій Якович
dc.contributor.authorМартинюк, Вадим Ігорович
dc.date.accessioned2024-06-03T12:30:32Z
dc.date.available2024-06-03T12:30:32Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractМартинюк 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.
dc.description.abstractotherMartyniuk V.I. Dynamic commutation system of the topology of solar panels taking into account the characteristics of the cloud cover. – Qualifying scientific work on manuscript rights. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 171 Electronics – National Technical University of Ukraine "Ihor Sikorskyi Kyiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kyiv, 2024. The dissertation work is devoted to creating optimal conditions for the operation of an array of solar power modules and simultaneously maximizing energy production under existing weather conditions by creating a system of dynamic commutation of the topology of solar panels, which determines the optimal structure of an array of solar panels taking into account the parameters of cloud cover. In the first chapter, an analysis of the available methods for assessing the potential of solar energy and its main parameters is carried out. A study of the current state of development of semiconductor solar energy converters, features of their operation in conditions of partial shading, as well as ways of reducing its negative impact is carried out. The state of development of equivalent circuits, mathematical models and topologies is analyzed. Mathematical models of cloud cover are analyzed in details. The classification and comparative analysis of cloud cover image generation methods based on the use of noise is carried out. In the second chapter, mathematical relations are given that describe the improved model of the solar panel, which was obtained on the basis of the analysis of equivalent substitution schemes. Two methods of determining the parameters of the model are proposed, namely, the method of selecting ideality coefficients and resistances. The features of the algorithms of the proposed methods are considered and recommendations are given for the use of weight functions, which allows to obtain a more accurate estimate of the values of the model parameters. The use of the simple iteration method and the relaxation method for solving transcendental equations and ensuring the convergence of numerical methods is proposed. It is shown that the smallest approximation error values are provided by the Gaussian window function. Calculated values of model parameters for KC200GT and ST40 solar panels are given. A comparative analysis of the proposed methods of determining model parameters with modern methods presented in the literature is carried out. The comparison is made for KC200GT and ST40 solar panels and it is established that the proposed methods of determining the parameters provide a better approximation of the I-V curves. The dependence of the parameters of the improved model of the solar panel on the level of irradiance and temperature is determined, with the corresponding error values. The third chapter is devoted to the creation of a mathematical model of cloud cover. The features of the proposed cloud cover model, based on the analysis of the spectral characteristics of the image of various types of clouds, are described. It is shown that proposed model based on the original image of the cloud cover generates the cloud image, which reproduces the main features of the original image. The use of a weight function is proposed to simplify the analysis of the original images and reduce the influence of the phenomenon of spectrum leakage. The method of determining the parameters of the created model is considered, and the peculiarities of the phase-frequency characteristic and the method of its generation are investigated. The methods of regression analysis and principal component analysis are used to approximate the amplitude-frequency characteristic. An example of use is given to determine the values of the model parameters for the cloud cover image under study. A comparative analysis of the proposed model with the spectral synthesis algorithm is carried out. The approximation error that provides the presented models is determined. The values of the model parameters are compared with the values obtained by the brute force method, which indicates the effectiveness of the developed model. The fourth chapter is devoted to the computer modeling of the I-V and output power characteristics of the solar panel array for the KC200GT panel in the Matlab Simulink software environment. Schematic models of non-switched and switched arrays of solar panels are developed and described, and the features of their use are given with the necessary parameter calculations. The operation of the dynamic switching system and switching of the topology of the array of solar panels during operation to ensure the maximum output power in conditions of partial shading are simulated. The initial characteristics for the studied arrays were obtained based on the parameter values of the solar panel and cloud cover models, which were obtained in the previous sections. A comparative analysis of this system with a non-switched array is carried out in order to evaluate the efficiency of the proposed switching algorithm, which confirmed the theoretical calculations and feasibility of the developed dynamic switching system and the proposed mathematical models of solar panels and cloud cover.
dc.format.extent214 с.
dc.identifier.citationМартинюк, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/67032
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectсонячні панелі
dc.subjectеквівалентна схема
dc.subjectвольт-амперна характеристика
dc.subjectчасткове затінення
dc.subjectчисельні методи
dc.subjectалгоритми апроксимації
dc.subjectапроксимація
dc.subjectметод простої ітерації
dc.subjectметод релаксації
dc.subjectспектральний синтез
dc.subjectмоделювання хмарного покриву
dc.subjectрегресійний аналіз
dc.subjectметод головних компонент
dc.subjectаналіз частотних характеристик
dc.subjectsolar cells
dc.subjectequivalent circuit
dc.subjectcurrent-voltage characteristic
dc.subjectpartial shading
dc.subjectapproximation algorithms
dc.subjectmethod of simple iteration
dc.subjectrelaxation method
dc.subjectnumerical methods
dc.subjectspectral synthesis
dc.subjectcloud cover modeling
dc.subjectregression analysis
dc.subjectprincipal component analysis
dc.subjectfrequency characteristic analysis
dc.subject.udc621.314
dc.titleСистема динамічної комутації топології сонячних панелей з врахуванням особливостей хмарного покриву
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Martyniuk_dys.pdf
Розмір:
9 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ЕПС)
Дисертації (вільний доступ)