Възобновяеми енергийни източници работещи в автономни енергийни системи Ключови думи



Дата06.10.2017
Размер67.85 Kb.

Възобновяеми енергийни източници работещи в автономни енергийни системи

Ключови думи


Автономни енергийни системи; Автономни фотоволтаични системи; Автономни ветрогенераторни системи;

Цел


Настоящата тема има за цел да запознае читателя с различните електронни структури и системи приложени към популярни възобновяемите енергийни източници, използвани в така наречените автономни енергийни системи.

Въведение


В предишните теми (тема 10 и тема 11) в детайли беше разгледано използването на възобновяеми енергийни източници и характерните за тях електронни преобразуватели, при свързване към електроразпределителната мрежа. Съществуват обаче случаи където електрическата мрежа не е нелична. Това е характерно за отдалечени места или места със специфични особености. За тези случай се прилагат така наречените автономни енергийни системи. При тези системи произвежданата енергия се отдава директно за захранване на товара. За се компенсират промените и нестабилността в произвежданата от възобновяемият енергиен източник енергия, в тези системи задължително се включва акумулаторна батерия - тя представлява буфер между възобновяемият източник и товара.

На тази база в настоящата тема са разгледани различни конфигурации на автономни системи базирана на слънчева и ветрова енергия.


Информационен блок


1. Автономни системи генераране на енергия базирана на слънцето

Фигура 1 представя базова схема на автономна фотоволтаична структура. Основни блокове в тази схема са:

• PV модул - единичен фотоволтаичен модул

• Контролер на заряда на акумулаторната батерия - Charge контролер - този контролер регулира отдаването на енергията от фотоволтаичният модул. Той позволява в зависимост от нивото на заряд на акумулаторната батерия (заредена, разредена) и нивото на генерираната енергия от фотоволтаичният модул да се избере подходящ режим на работа. Основна функция на charge контролера е да не позволи презареждането на акумулаторната батерия в случай на интензивно производство на енергия от фотоволтаичният модул и липса на електрически товар свързан в изхода на схемата. Charge контролера в общият случай може да бъде реализиран посредством два електронни ключа.

• Акумулаторна батерия - буфер между източника и товара - използва се последователно свързване на акумулаторни батерии за получаване на желаното напрежение. Различните акумулаторни батерии и техните характеристики са описани в детайли в Тема 14.

Така разгледаната схема представлява изключително проста структура която се използва при управление на малки мощности, най-често получени от единичен фотоволтаичен модул. Представената структура се характеризира с изключително ниска цена и голяма надеждност. Недостатък е липсата на възможност за управление на зареденият ток на акумулаторната батерия, а от там и невъзможността за следене на максималната точка на мощността.



Фигура 1. Базова структура на автономна фотоволтаична система

На фигура 2 е показана комплексна структура на автономна фотоволтаична система. Основните блокове в тази структура включват:

• PV стринг или PV модул в зависимост от желаното изходно напрежение

• Контролер на заряда на акумулаторната батерия - Charge контролер. Тук електронните ключове на charge контролера от базовата структура са заменени с безтрансформаторен постояннотоков преобразувател. За реализацията на този преобразувател най-често се използват прав понижаващ, обратен повишаващ или комбиниран повишаващ-понижаващ преобразувател (Тема 4). Топологията на преобразувателя се избра на база на разликата между изходното напрежение на фотоволтаичният модул и акумулаторната батерия.

Акумулаторна батерия

• Изходен постояннотоков регулатор - представлява постояннотоков преобразувател позволяващ регулиране на изходното напрежение с цел получаване на стойности различни от тези на акумулаторната батерия.

• Схема за управление. На фигурата е показана само схемата за управление на charge контролера - тъй като тя има основна значимост за представената топология. Към схемата за управление са включени няколко обратни връзки позволяващи: следене на входното напрежение; следене на зареденият ток на акумулаторната батерия; следене на напрежението на акумулаторната батерия. Тези обратни връзки спомагат за реализиране на управление на зарядният ток на акумулатора и фиксиране на максималната точка на мощността.

Така разгледаната схема представлява комплексна структура даваща възможност за управление на множество параметри сред който: регулация на зарядният ток на акумулатора; фиксиране на максималната точка на мощността; регулация на параметрите на изходната електрическа енергия. В следствие се получава по ефективна структура с удължен живот на акумулаторната батерия и максимално извличане на енергията произведена от фотоволтаичният модул/стринг.

Фигура 2. Комплексна структура на автономна фотоволтаична система

Освен представените структури с постояннотоков изход е възможна и реализацията на автономни системи с променливотоков изход. Такива са структурите от фигура 3 и фигура 4.

Фигура 3. Структура на автономна фотоволтаична система с променливотоков изход

Фигура 3 представя структура на автономна система с променливотоков изход. Тук основни блокове са:

• Фотоволтаичните стрингове - комбинация от стрингове за постигане на достатъчно високо напрежение (за захранване на консуматори работещи с мрежово напрежение) и мощност.

• Контролер на заряда на акумулаторната батерия - тук може да бъде използван обикновен charge контролер -както изобразено на схемата или комплексен такъв изграден от подходящо подбран безтрансформаторен постояннотоков преобразувател. Съответно последния би позволил регулиране на зарядният ток на акумулаторната батерия и фиксиране на максималната точка на мощността.

• Акумулаторна батерия

• Инвертор - най-често еднофазен инвертор включващ необходимите филтри. Инверторът може да бъде мостов - при достатъчно високо напрежение на акумулаторната батерия и стринговете или противотактен (Тема 6) в случаи на ниско напрежение на акумулаторната батерия и стринговете. В случай на мостов инвертор е препоръчително включването му да става трансформаторно.

• Товарен контролер -товарният контролер има за цел превключване на товарите, и разпределяне на наличната електрическа енергия като се осигурява предимство на приоритетни товари. В допълнение тъй като разглежданата автономна система работи в изградена електрическа мрежа, то товарният контролер включва и необходимите електрони или електромеханични защити и предпазители.



Фигура 4. Структура на автономна фотоволтаична система с променливотоков и постояннотоков изход

Фигура 4 представя структура сходна на тази от фигура 3. Тук разликата е наличието на допълнителен постояннотоков регулатор който позволява управление на напрежението от постояннотоковата линия и съответно включването на постояннотокови товари. Това увеличава приложимостта на автономната система разширявайки възможностите и.

2. Ветрогенераторни системи с асинхроенен генератор

Възможно е и прилагането на автономни системи захранвани от ветрова енергия. Тук обаче се разглеждат сравнително малки мощности спрямо тези за мрежово свързаните ветрогенератори.

Структурата на базова автономна система захранва от ветрова енергия е показана на фигура 5. Основните блокове на тази система включват:

• Ветрогенератор - най-често се използват системи със синхронна многополюсна електрическа машина малка мощност.

• Токоизправител - трифазен токоизправител преобразуващ променливата електрическа енергия генерирана електрическата машина в постоянна (Тема 3)

• Контролер на заряда на акумулаторната батерия - charge контролер сходен на тези използвани във фотоволтаичните системи. Тук най-често се използва по-простата структура, изградена от електронни ключове.

• Електрическа спирачка - необходимо за този тип системи е наличието на електрическа спирачка. Тъй като при автономните устройства най-често става дума за маломощни генератори без наличие на механична спирачка, се налага предоставянето на алтернативен товар в случай че акумулаторната батерия е напълно заредена и постояннотоков товар не е наличен. Това е необходимо тъй като работата на електрическата машина като генератор в режим на празен ход ще доведе до пренапрежения в следствие от които могат да се получат необратими дефекти. Електрическата спирачка представлява баластен резистор който се включва посредством електронен или електромеханичен ключ към постояннотоковата линия на автономната система. В случай на пренапрежение електрическата спирачка се включва и разсейва, под формата на топлина енергията, генерирана от електрическата машина енергия. Важно в случая е да се предостави възможност за разсейването на тази топлинна енергия в околната среда.

Фигура 5. Базова структура на автономна ветрова система


Речник


  • Автономна система - система която не е включена към електрическата мрежа

  • Charge контролер - устройсва позволяващо комутирането или управлението на електрическата енергия отдавана за заряд на акумулаторна батерия. Този контролер може да бъде реализиран както с електронни ключове, така и със специализирани постояннотокови преобразуватели.

Резюме


Настоящата тема разглежда различни структури на автономни системи за генериране на електрическа енергия базирана на ВЕИ. Акцентира се върху най-популярните системи, а именно такива базирани на ветрова и слънчева енергия.

Литература





  1. Браун М., Токозахранващи устройства, Техника, София, 1997, ISBN 954 030 494 6

  2. Юдов Д., В. Вълчев, Преобразувателна техника, Онгъл, Варна 2005

  3. Юдов Д., В. Вълчев, Тозахранващи устройства, Онгъл, Варна 2008

  4. Mohan N., T. Undeland, P. Robbins, Power Electronics: Converters, applications and design, John Wiley and Sons, New York, 2003.

  5. Underland T., W. Robbins, Power electronics, IEEE Press, 1996, ISBN 0-471-58408-8

Блок за контрол на знанията

Примери:


  1. Текст

Решени задачи:


Текст

Задачи за решаване:


Текст

Тест


Въпрос тип 1 - ДА/НЕ:

Текст


Въпрос тип 2- „един верен от много”

Текст


Въпрос тип 3- „подреждане на отговори”:

Текст


Въпрос тип 4 - „Изображение – въпрос”:

Текст


straight connector 17



Ангел Маринов

кат. ЕТМ




База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница