Confidential C UNIVERSITATEA DIN PITEȘTI [617759]

1

Confidential C UNIVERSITATEA DIN PITEȘTI
FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, COMUNICAȚII ȘI
CALCULATOARE
SPECALIZARE : SISTEME DE CONVERSIE A ENERGIEI

Modelarea si simularea panoului
fotovoltaic

Absolvent: [anonimizat]:
Conf.univ.dr. NICU BIZON

PITEȘTI
Sesiunea 2020

2

Confidential C
Contents
1.Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 3
1.1 Evolu tie și energie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 3
1.2 Energia solar a ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 6
1.3 Celula si sistemele fotovoltaice ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 9
1.4 Consum estimativ si economie ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 16
1.5 Ce doresc să realizez? ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 20
2. Convertorul CC -CC tip buck ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 21
2.1. Modelare in regim de curent neintreupt prin bobina ………………………….. ………………………….. 23
2.2. Modelare in regim de curent intreupt prin bobina ………………………….. ………………………….. …. 25
3. Surse de energie regenerabila ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 27
3.1. Modelarea panoului fotovoltaic (panou PV) ………………………….. ………………………….. ………… 28
3.2. Caracteristici P -I, P-V, V -I ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 29
4. Simulatoare software pentru caracteristicile P -I, P-V, V -I ale celulei PV, panoului PV, ariei de panouri PV
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 34
4.1. Simulatoare software existente ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 34
4.2. Proiectarea unui simulator software ………………………….. ………………………….. ……………………. 39
5. Simulatoare hardware pentru caracteristicile P – ale celulei PV, panoului PV, ariei de panouri PV 42
5.1. Simulatoare hardware existente ………………………….. ………………………….. ………………………….. 43
5.2. Proiectarea unui simulator hardware ………………………….. ………………………….. …………………… 45
6. Rezultate obtinute ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 50

3

Confidential C
1.Introducere

1.1 Evolu tie și energie

Energia regenerabilă provine din resurse naturale, care sunt actualizate în mod constant pe
intervale scurte de timp. În prezent, economia mondială funcționează în principal pe surse de
energie din surse neregenerabile (cărbune, petrol, gaze naturale). Emi siile de gaze cu efect de seră
în favoarea încălzirii globale (figura 1), poluarea, ploile acide și așa mai departe se datorează
utilizării acestor resurse tradiționale, dar și pentru a alerta oamenii cu privire la epuizarea iminentă a
petrolului, principa la sursă de combustibil pentru transport, care a declanșat o investiție globală
masivă în procesul de consolidare a energiei regenerabile. Potrivit celui mai recent raport, acestea
contribuie cu aproximativ 22% la producția de energie electrică și 19% la c onsumul global de
energie (figura 2).

Fig. 1 – Emisii anuale de gaze de seră (CO2, metan, N2O) ca urmare a exploatării resurselor convenționale
de energie

4

Confidential C O presiune suplimentară asupra dezvoltării sectorului energiei din surse regenerabile se
adaugă, de asemenea, prin creșterea continuă și prefigurată a nevoilor energetice din cauza
economiilor economiei mondiale, precum și a creșterii continue a populației. Figura 3 prezintă
tendința de dezvoltare a energiei electrice din surse regenerabile, prognozat ă până în 2030.

Fig. 2 – Repartizarea consumului global de energie, pe tipuri de surse

Fig. 3 – Istoricul și tendința de dezvoltare a energiei electrice din surse regenerabile până în anul 2030 (în
mld. kWhs)

5

Confidential C Sursele regenerative sunt pentru un ge n generat de energie electrică, căldură, dar și pentru
produsul combustibililor pentru transport. În cele ce urmează sunt comprimatele de calitate gulfle
de conversație de resurse regenerabile / energie în combustibili sau energie cu utilitate practică,
specificând, intens datorate în acest domeniu, există diverse alte sisteme de nivel de laborator sau în
stații pilot demonstrative, cu șanse reale de a prelua piața în viitorul apropiat.

Radiația solară poate fi utilizată pentru a produce energie electrică direct cu ajutorul
panourilor fotovoltaice sau indirect prin utilizarea energiei termice
(căldură→apă→vapori→turbină→generator; Motoare stirling, etc). Radiația solară este, de
asemenea, utilizată la o scară relativă mare pentru producția de apă caldă mena jeră sau chiar
industrială. Turbinele eoliene cu axă verticală sau orizontală transformă energia cinetică din curenții
de aer în mișcare (numiți energie eoliană) în energie electrică. În unele cazuri, energia eolia este
folosită pentru a pompa apa din pură . Cea mai comunicată utilizare a energiei naturale, care dă
naștere unui caracter de noutate, este energia cinetică a apelor curgătoare, care este transformată în
energie electrică prin acționarea sistemului generator -turbină -electric. Mai recent, sisteme de valori
similare energia mareelor produsă de deplasarea apelor oceanice din cauza mareelor, dar și existența
și tehnologia sunt în prezent în stadiul de cercetare sau demonstrație, ceea ce capitalizează energia
valurilor transformându -l în electricitate. În unele zone geografice, ar fi Islanda, căldura și stocate în
interiorul Pământului este aproape de supraffect, care permite captarea attake și conversia în energie
electrică sau utilizarea ca încălzire locuiesc, pentru proceseindustriale, pentru desalin izarea apei sau
agricultură. Este cunoscut sub numele de energie geotermală. Biomasa este reprezentată de
materiale organice recente de origine vegetală și este disponibilă sub formă de agricultură,
silvicultură, diferite tipuri de deșeuri și reziduuri. Da torită abundenței attake, biomasa este din ce în
ce mai importantă atât pentru producția de căldură (în general prin ardere directă sau gazificare a
materialelor de natură vegetală), electrice, cât și pentru producția de biocombustibili organici
(biomotori nă, bioetanol, biogaz, biobutan, biohidrogen etc.). Deși arderea sau conversația genelor
de biomasă are CO2, procesul este considerat neutru în ceea ce privește emisiile din seră datorită
faptului că aceeași cantitate de CO2 a fost absorbită de plante din atmosferă pe parcursul ciclului lor
de viață. Se poate considera că încetările în acest domeniu sunt în fază incipientă și va continua să
se vadă optimizarea tehnologiei de conversație, reducerea produselor de energie și combustibili
regenerabili, creștere a factorilor de sprijin, precum și identitatea și eminarea riscurilor potențiale
asociate cu punerea lor în aplicare pe scară largă.

6

Confidential C

1.2 Energia solar a

Soarele este sursa de energie a Pământului, ajutând la menținerea temperaturii planetei cu mult
peste aproape 0K de a fi în spațiul interplanetar și este singura sursă de energie a Energiei Dunării
cu mult dincolo de viața de pe Pământ.
Soarele în locul său ar trebui să fie considerat ca o sferă cu un diametru de aproximativ 1,4 km. 150
km de Pământ. Această distanță este atât de mare încât două linii drepte pornind de la un punct de
pe suprafața Pământului până la două puncte opuse de diamant ale discului solar, forjând un unghi
de aproximativ o jumătate de grad. Cu toate că radiația solară este măsu rată în toate direcțiile, se
poate considera că lumina soarelui care se îngleaie pe suprafața Pământului sunt paralele.
Intensitatea radiațiilor solare care ajung la suprafața Pământului este mai mică decât constanța
solară, pentru că în timp ce traverseaz ă atmosfera Pământului, cu o grosime de peste 50 km, chiar
și pe cer senin, intensitatea radiațiilor solare este redusă treptat într -o direcție perpendiculară pe
suprafața Pământului, cu aproximativ 15… 30% în funcție de perioada anului. Schimbările pro duse
de atmosfera și suprafața Pământului, pe radiația solară, sunt sugerate în cifrele.

Schema interacțiunilor dintre energia solară și atmosfera, respectiv suprafața terestr a

7

Confidential C
Efectele atmosferei asupra radiației solare. Uneori la suprafața Pământului ajunge sub 50% din radiația solară de la
periferia atmosferei.
Chiar și pe cer senin, radiația care trezește suprafața Pământului, din toate direcțiile în urma
fenomenului de difuzie, numită și radiație difuză, reprezentanți 5… 15% din valea f luxului de
radiații solare care trezește suprafața Pământului fără a fi afectată de acest fenomen, numit radiație
directă. Împreună, radiația directă și difuză sunt așa -numitele total.
Cifra este spectrul de radiații solare de la marginea atmosferei și de pe suprafața Pământului, în
comparație cu cel corespunzător unui corp negru absolut cu o temperatură de 5250.

Spectrul radiației solare.

8

Confidential C

Harta intesității radiației solare în Europa și România

Harta schematică a radiației solare în România

Evident, radiația solară este distribuită neuniform pe suprafața Pământului, poziția geografică și
condițiile climatice locale, având o influență deosebită pentru impactul radiației solare asupra
suprafeței terestre.

9

Confidential C

1.3 Celula si sistemele fotovoltaice

Necesarul de energie în general și în special cea electrică este corelat, azi mai mult decât
oricând, cu dezvoltarea societății, care în ultimii ani este una foarte rapidă. Dezvoltarea economică
puternică din ultimii ani a țărilor mai puțin dezvoltate, accesul la un trai decent și chiar confortabil
al unui număr din ce în ce mai mare de oameni face ca nevoia de energie să crească exponențial. De
asemenea, asistăm azi la schimbări climatice destul de importante puse de oamenii de știință pe
seama poluării . Toate aceste aspecte cer imperios dezvoltarea unor noi tipuri de energie nepoluante
și pe cât se poate nemonopolizante și/sau perfecționarea celor deja existente. Categoria care
răspunde cel mai bine acestor cerințe este categoria energiilor regenerabile sau alternative. Vom
enumera câteva dintre ele: energia solară convertită în energie electrică și energie termică, energia
eoliană, energia geotermală, energia valurilor, biomasa și altele. Energia electrică produsă de
sistemele fotovoltaice joacă astăzi un rol din ce în ce mai important. Începând cu anul 2013,
investițiile făcute au dus pentru prima dată în istorie la următorul fapt: puterea instalată în domeniul
fotovoltaic la nivel mondial, de 39 GW, a depășit puterea instalată în domeniul eolian la niv el
mondial, care a fost 35 GW. Puterea instalată în anul 2016 a fost de 75 GW, ceea ce înseamnă
instalarea a peste 31000 de panouri fotovoltaice pe oră . În anul 2017 puterea instalată a crescut cu
98 GW, aproape dublu față de puterea instalată în anul 201 5, care a fost de 51GW. Acest fapt se
datorează Chinei, care a instalat peste 53 GW, depășind ea singură puterea instalată în 2015 în
întreaga lume. Evoluția puterii instalate în domeniul fotovoltaic din 2004 până la finalul anului
2017 este prezentată în Fig. 1. Dinamica domeniului este susținută foarte convingător și de numărul
de locuri de muncă create. Astfel, din totalul de peste 10 milioane de locuri de muncă create în
domeniul energiilor regenerabile, direct sau indirect, peste 4 milioane sunt datora te energiei solare
și peste 3.3 milioane energiei solare fotovoltaice.

10

Confidential C

Fig. 1. Puterea instalată în domeniul fotovoltaic
Deoarece celula fotovoltaică este „inima” sistemului fotovoltaic, în teza de abilitare sunt
prezentate contribuțiile autorului la: dezvoltarea de noi metode și sisteme electronice care
permit caracterizarea celulelor și panourilor fotovoltaice în diferite condiții de iluminare,
utilizarea acestora în sisteme hibride noi și pentru diferite aplicații importante ale acestora.
Astăzi există o mare diversitate de celule fotovoltaice. Această diversitate a apărut din
dorința cercetătorilor de a obține celule foto voltaice cât mai performante, la prețuri
accesibile, sau altfel spus raportul preț calitate să fie optim. Câteva dintre cele mai
reprezentative tipuri de celule fotovoltaice, create în laboratoarele de cercetare, nu
industriale, sunt prezentate în Tabelul 1. Eficiența teoretică pentru celulele de siliciu
monocristalin este de 31 -32% și este aproape atinsă. Astăzi se cercetează asiduu în
domeniul celulelor fotovoltaice cu multijoncțiune (în general cu joncțiune triplă sau
cvadruplă) folosite mai ales în lumi nă concentrată și al celulelor Perovskite care au avut o
creștere susținută a eficienței într -un interval mic de timp, astfel aceasta crescând de la
12% în 2013 la aproape 21% în 2018. În cazul celulelor industriale de siliciu monocristalin
firma SunPower a dezvoltat celulele fotovoltaice Maxeon care au toată suprafața iluminată
activă, toate contactele fiind pe spatele celulei. Celulele Maxeon de generația a treia au o
eficiență de peste 23%, iar panourile de serie X ajung la o eficiență de peste 22% și

11

Confidential C generează o putere cu 44% mai mare decât cele convenționale și au o rată de degenerare
mai mică, aceasta ducând la o creștere a puterii generate, pe durata de viață standard
acceptată azi – 25 de ani, de peste 75% . În Fig. 2 este prezentată celula Maxeon
comparativ cu cea clasică de siliciu monocristalin.
Tabelul 1. Eficiența celor mai reprezentative tipuri de celule fotovoltaice în condiții standard de măsurare:

Fig. 2. Maxeon vs. Clasică: a) fața iluminată (superioară); b) spatele celulelor

12

Confidential C Celula fotovoltaică poate fi caracterizată atât în regim static (curent continuu) cât și în
regim dinamic (curent alternativ).
O celulă solară este alcătuită din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cele mai
frecvente fiind siliconul. Straturile Aeste au dimensiuni de grosime de 0,001 și 0,2 mm și sunt
doused cu anumite elemente pentru a forma joncțiuni "p" și "n". Această structură este similară cu
o diodă. Când stratul de silicon este expus la lumină, va exista o "agitație" a electronilor în m aterial
și va genera un curent electric. .
Celulele, numele și celulele fotovoltaice, au de obicei o suprafață foarte mică, iar curentul de la
biserică este mic, dar combinațiile paralele seriale ale acestor celule pot produce curenți suficient de
mari pen tru a face parte din practică. Pentru o fată acest lucru, celulita este rezumată în panouri care
le dau rezistență mecanică și meteorologică.

O celulă solară tipică

13

Confidential C Panourile fotovoltaice sunt generatorul de energie într -un sistem fotovoltaic. Panourile servesc ca o
conversație de energie foton în energie electrică realizate folosind celule fotovoltaice severe. Un
panou fotovoltaic este format din mai multe benzi fotovoltaice conectate electric și laminate între
foi de vinil de înaltă transparen ță acoperite cu fier scăzut și sticlă rezistentă la intemperii.
Panoul fotovoltaic este, de asemenea, cunoscut sub numele de modul fotovoltaic sau panoul solar
fotovoltaic.

Panourile fotovoltaice sunt monocristaline, policristaline și amorfe și pot fi mon tate în funcție de
funcția proiectului pe acoperiș, terase sau direct pe teren. În ultima perioadă au fost dezvoltate
sisteme integrate de instalare a acoperișului, panourile fotovoltaice fiind produse cu sisteme de
impermeabilizare, inclusiv (sistem SUNRI F), transparente sau hibride (în combinație cu panouri
termice).

Celule fotovoltaice policristaline într -un modul solar.

14

Confidential C Panourile fotovoltaice sunt generatorul de energie într -un sistem fotovoltaic. Panourile
servesc ca o conversație de energie foton în energie electrică făcute cu ajutorul mai multor celule
fotovoltaice. Un panou fotovoltaic este compus din mai multe benzi fotovoltaice conectate electric
și laminate între foi de vinil cu transparență ridicată acoperite cu sticlă cu conținut scăzut de f ier și
rezistent la intemperii.
Panoul fotovoltaic este, de asemenea, cunoscut sub numele de modul fotovoltaic sau
panoul solar fotovoltaic.

Panourile fotovoltaice sunt monocristaline, policristaline și amorfe și pot fi montate în
funcție de funcția proie ctului pe acoperiș, terase sau direct pe teren. În ultima perioadă au fost
dezvoltate sisteme integrate de instalare a acoperișului, panourile fotovoltaice fiind produse cu
sisteme de impermeabilizare inclusiv (sistem SUNRIF), transparente sau hibride (în combinație cu
panouri termice).

Eficiența panourilor fotovoltaice a crescut în ultima vreme, ajungând la 20%, iar durata de
viață este de peste 25 de ani și este determinată în cea mai mare măsură de proveniența și calitatea
celor fotovoltaice, tehnologia legăturii lor, transparența foilor de acetat de etil de vinil în care s -au
încheiat, tehnologia de aspirare și transparența sticlei. Performanța inițială a panourilor fotovoltaice
este redusă în timp ca urmare a îmbătrânirii materialelor din care sunt fab ricate, calitatea foliilor și a
sticlei fiind esențială pentru evoluția în timp a gropii de ieșire.

15

Confidential C
Panou solar

Panouri fotovoltaice

16

Confidential C
1.4 Consum estimativ si Economie
Consumul estimat pentru o casa de 150 mp, cu echipamente electrice standard, fara
incalzire electrica este de 200 -300 kWh pe luza, potrivit estimatorului online al CEZ.
Dacă doriți să treceți la starea de prosumer, pum alegeți una dintre cele două variante, în
funcție de preferințele dumneavoastră și de cât timp petrecem acasă în timpul zilei:
a) Varianta în care consumul nu este automatizat și eficient
b) Varianța în îngrijire există un dispozitiv inteligent acasă care pate control consumatori mari.

a) Sistem conectat la rețea, fără automatizare
Producția anuală și economiile realizate de sistem
Mai jos, am considerat o curbă de consum pentru o familie cu program de muncă de la 9 la
17 pentru a ilustra producția orară și consumul orar într -o locuință clasică pe timpul săptămânii.
Curba de consum exactă poate fi obținută de la distribuitorul de energie electrică, în cazul în care
aveți un contor inteligent.
Putem observa că aproximativ 25% din energia produsă va fi utilizată pentru autoconsum,
în timp ce aproximativ 75% vor fi livrate în rețea și văzute furnizorului.

17

Confidential C
Astfel, pentru fiecare MWh de energie produsă și consumată de noi economisim
aproximativ 480 de lei, iar pentru fiecare MWh produs și livrat în rețea primim momentan
aproximativ 230 de lei.
Aceste valori sunt indicative, pentru un calcul specific locației dumneavoastra, va rugam sa
luați în considerare valorile din factura de energie electrică primită de la furnizor!
Pentru un calcul economic corect, trebuie să considerăm că, în timp, efic iența panourilor
scade, deci implicit producția de energie scade și ea. Însă, în același timp, conform proiecțiilor din
strategia energetică națională, prețul energiei va crește semnificativ pentru consumatorii casnici,
fiind prognozată pentru anul 2030 o valoare de 195 euro pentru un MWh cumpărat din rețea de un
consumator casnic.
Chiar și în scenariul optim, costul energiei electrice poate ajunge la 145 euro/ MWh in
2030. Astfel, socotind toată durata de viață a sistemului, care este de aproximativ 20 de ani, deși el
va produce mai puțină energie, economiile vor fi totuși mai mari, pe masura ce prețurile pentru
energia consumată cresc.
Mentenanța pe durata de viață a sistemului va costa aproximativ 10% din valoarea
investiției inițiale.

18

Confidential C În tabelul de ma i jos se poate observa economia anuală estimată pentru un sistem de 3
kWp cu un randament de 15%, ținând cont de o creștere modică de 1% pe an a prețului energiei
electrice și o scădere a randamentului panourilor de 0,5% pe an.
Aproximativ 22.800 RON econ omisiti pe durata de viață a sistemului.

b) Sistem conectat la retea, cu automatizare
Prin folosirea unui smart controller care pot porni automat diverși consumatori mari atunci
când producția panourilor este maximă (aer condiționat, mașină de spălat, boiler) putem crește
procentul de energie consumată până la 40 -50%.

19

Confidential C În acest scenariu, economiile cresc. Astfel, cu cât mai multa energie solară reușim să
folosim pentru consumul propriu, cu atat mai repede ne putem recupera investiția.

Aproximativ 26.000 RON pot fi economisiți pe durata de viață a sistemului în cazul in care
minimum 40% din energia produsă este folosită pentru autoconsum.

Desigur, e greu de estimat care va fi costul energiei în 20 de ani, dar ținând cont că toate
prețurile tind să se alinieze la media europeană, că în fiecare an prețurile sunt indexate cel puțin cu
inflația și că din 2020 vom avea foarte probabil și o piață unică pentru energia electrică la nivelul
UE, cel mai probabil prețurile la energia electric ă vor continua să crească. În proiecția considerată
de noi am luat în calcul o creștere a prețului cu doar 1% anual, în condițiile în care în ultimii doi ani
prețurile în Romania au crescut cu procente mult mai mari.

20

Confidential C

1.5 Ce doresc să realizez?

Obiectiv general: modelarea, simularea si implementarea circuitelor electronice utilizate in
sursele hibride de energie .
Obiective specifice: Proiectarea simulatorului generic pentru sursele de energie avand o
caracteristica de putere cu punct unic sau gl obal de putere maxima .

21

Confidential C

2. Convertorul CC -CC tip buck

Circuitele de conversație c.c. – c.c. (eng. dc – dc) au fost redenumite choppers cu aspectul de
comutatoare silitium (tirozitori, triace), în limba engleză – SRC (Silicon Controlled Rectifiers). În
prezent, tiristorii sunt rar utilizați în convertoarele DC –DC, dar tranzistorii pterivi bipolari,
tranzitoriii MOSFET și acești convertoare sunt nume ale surselor de comutare. Sursele de comutare
pot fi de unul dintre următoarele tipuri:

 surse de comutare de tip descendent. Tensiunea de intrare nestabilizată este redusă pentru a
produce o tensiune stabilizată continuu la ieșire. Cunoscut sub numele de Buck Converter sau
Step-Down SMPS.
 chopper ridicator. Tensiunea nestabilizată de la intra re este creată pentru a produce o tensiune
stabilizată continuă la es ire. Cunoscut sub numele de CONVERTOR BOOST sau SMPS
step-up.
 convertor fly -back.
 convertorul mixt. Tensiunea de intrare nestabilizată este crescută sau redusă pentru a produce
o tensiun e de stabilizare continuă la ieșire.
 convertoare rezonante.

o Aplicatii tipice in care se folosesc surse de putere in comutatie, chopper -ele, sunt:
• motoare in c.c.
• incarcatoare pentru baterie.
• surse de putere Vcc.

22

Confidential C

La convertoarele c.c. – c.c. în comutator există unele particularități pentru inducanții
utilizați, ceea ce va duce un curent ridicat la celelalte frecvențe. Nu va fi utilizarea de fire în loc de
cele răsucite la frecvențe mai mari de 50 KHz, cu poezii magnetice de calitate pentru a redu ce
pierderile în miez. Condensatori sunt, de asemenea, necesare. Ei lucrează la frecvențe înalte cu
supracurenți periodici. Limitele lor actuale trebuie verificate înainte de a fi atted. Astfel, se va
atrage o mare atenție asupra parametrilor de lucru ai i nductanților și capacităților.
În majoritatea circuitelor de putere, diodele au jucat un rol crucial. O diodă de putere
normală este proiectată să funcționeze la 400 Hz sau mai puțin. În cele mai multe invertoare și
convertoare c.c. – c.c. funcționează la frecvențe mult mai mari și, prin urmare, aceste circuite
necesită diode care comuta închis și deschis rapid. În plus, este de dorit ca diodele să nu introducă
efect de regim tranzitoriu la comutare. De aceea este foarte important să alege m diodele potrivite.

23

Confidential C

2.1. Modelare in regim de curent neintreupt prin bobina
In ipostazele enuntate mai sus se pot scrie urmatoarele relatii:
– Pe durata de conductie a tranzistorului (Tc), caderea de tensiune pe bobina L este
constanta data de relatia:
(1)
Iar pe durata de blocare a tranzistorului(Tb):
(2)
Tinand seama ca in regim stationar valoarea medie a tensiunii pe bobina este nula
se poate scrie:
(3)
De unde rezulta:
(4)

24

Confidential C (5)
(6)

S-a tinut cont ca: T=Tc + Tb; (factorul de umplere)
Curentul de sarcina Is este egal cu valoarea medie a curentului prin bobina (in regim
stationar valoarea medie a curentului prin condensator este 0).Deci :
(7)
Din relatia (1), (4) si (5) rezulta :
(8)
Iar din relatia (7) si (8) se obtine :
(9)
(10)

25

Confidential C Din relatia (4) rezulta ca in conductie neintrerupta, tensiunea de iesire nu depinde
de curentul de sarcina.Forma de unda a curentului prin bobina este aceeasi pentru diferite valori ale
curentului de sarcina, in ipoteza ca tensiunea de intrare si factorul de umplere raman constante.Daca
curentul de sarcina I S scade spre o valoare limita I SL, ILmin atinge valoarea zero.Convertorul se afla
la limita conductiei intrerupte.Valoarea I SL se determina din relatia (9) punand conditia I Lmin=0. Ca
urmare :
(11)
In cazul in care, tensiunea de intrare variaza intre U Imin si U Imax, se poate demonstra
ca ΔIL are variatia maxima atunci cand U I atinge valoarea maxima adica δ=δmin ( in ipoteza
mentinerii constante a tensiunii de iesire ).
Relatia (11) devine :
(12)

2.2. Modelare in regim de curent intreupt prin bobina
Daca I Lmin=0, inainte ca tranzistorul T sa se deschida, convertorul functioneaza in
conductie intrerupta.
Formele de unda ce descriu functionarea acestui regim sunt prezentate in figura 2b.
Neglijand pierderile din circuit putem scrie:
(13)
unde PI, PS reprezinta absorbita, respective debitata de convertor.

26

Confidential C Relatia (13) se poate scr ie si sub forma :
(14)
Unde : II este valoarea medie a curentului absorbit de convertor, egala cu valoarea medie a
curentului prin tranzistor.
Tinand seama de figura 2b se deduce imediat :
(15)
Dar, (16)
Inlocuind relatia (16) in (15) se obtine :
(17)
Revenind la relatia (14), dupa cateva calcule simple rezulta :
(18)
Unde am notat :

(19)

27

Confidential C
tensiunea de iesire normala, respectiv curentul de iesire normal.
Caracteristicile de iesire ale convertorului sunt prezenta te in figura 3 pentru diferite
valori ale factorului de umplere.Curba punctata delimiteaza zona de conductie intrerupta de zona de
conductie neintrerupta situata in dreapta ei.Se observa ca in conductie intrerupta tensiunea de iesire
este puternic dependen ta de curentul de iesire.

3. Surse de energie regenerabila
Energii regenerabile sunt considerate în practică, energiile ce provin din surse care fie că se
regenerează de la sine în scurt timp, fie sunt surse practic inepuizabile. Termenul de energie
regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din
procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a
proceselor biologice și a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite
procedee. Sursele de energie ne -reînnoibile includ energia nucleară precum și energia generată prin
arderea combustibililor fosili, așa cum ar fi țițeiul , cărbunele și gazele naturale . Aceste resurse sunt,
în chip evident, limitate la existența zăcămintelor respective și sunt considerate în general (a se
vedea teoria academicianului român Ludovic Mrazec de formare anorganică a țițeiului și a gazelor
naturale) ne -regenerabile. Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:
 energia eoliană , uzual exprimat – energia vântului
 energia solară
 energia apei
o energia hidraulică , energia apelor curgătoare
o energia mareelor , energia flux/refluxului mărilor și oceanelor
o energie potențială osmotică
 energia geotermică , energie câștigată din căldura de adâncime a Pământului
 energie de biomasă : biodiesel, bioetanol, biogaz

28

Confidential C Toate aceste forme de energie sunt, în mod tehnic, valorificabile putând servi la generarea
curentului electric, pr oducerea de apă caldă, etc. Actualmente ele sunt în mod inegal valorificate,
dar există o tendință certă și concretă care arată că se investește insistent în această, relativ nouă,
ramură energetică.

3.1. Modelarea panoului fotovoltaic (panou PV)

29

Confidential C
3.2. Caracteristici P -I, P-V, V -I

Descrierea
O matrice fotovoltaică de 100 kW este conectată la o rețea de 25 kV printr -un convertor de
impuls DC -DC și un convertor de sursă de tensiune trifazat (VSC). Maximum Power Point

30

Confidential C Tracking (MPPT) este implementat în convertorul de amplificare prin intermediul unui model
Simulink utilizând tehnica "Conductance incrementală + integrală regulator".
Un alt exemplu (a se vedea modelul power_PVarray_grid_avg) utilizează modele medii
pentru convertoarele DC_DC și VSC. În acest model mediu, controlerul MPPT se bazează pe
tehnica "Perturb și Observe".
Modelul detaliat conține următoarele componente:
 Matrice fotovoltaică care oferă o cantitate maximă de 100 kW la 1000 W/m^2 radiatii solare.
 5-kHz DC -DC boost convertor creșterea tensiunii de la pv tensiune naturală (273 V DC la putere
maximă) la 500 V DC. Ciclul de funcționare de comutare este optimizat de un controler MPPT care
utilizează tehnica "Conductance incrementală + reglementare integrală". Acest siste m MPPT
variază automat ciclul de funcționare pentru a genera tensiunea necesară pentru a extrage puterea
maximă.
 1980 -Hz 3 -nivel 3 -nivel 3 -faze VSC . VSC convertește tensiunea de legătură de 500 V DC la 260 V
AC și păstrează factorul de putere de unitate. S istemul de control VSC utilizează două bucle de
control: o buclă de control extern care reglează tensiunea de legătură DC la +/ – 250 V și o buclă de
control intern care reglează curenții de rețea ID și Iq (componente curente active și reactive). Id
curent de referință este ieșirea de tensiune DC controler extern. Iq curent de referință este setat la
zero, în scopul de a menține factorul de putere unitate. Ieșirile de tensiune Vd și Vq ale
controlerului curent sunt convertite în trei semnale modulante Uabc_r ef utilizate de pwm Generator.
Sistemul de control utilizează un timp eșantion de 100 microsecunde pentru controlerele de
tensiune și curent, precum și pentru unitatea de sincronizare PLL. Generatoarele de impulsuri ale
convertoarelor Boost și VSC utilizea ză un timp rapid de eșantionare de 1 microsecundă pentru a
obține o rezoluție adecvată a formelor de undă PWM.
 10-kvar condensator banca de filtrare armonice produse de VSC.
 transformator de cuplare trifazat 100 kVA 260V/25kV.
 Grilă de utilitate (alimentator de distribuție de 25 kV + sistem de transmisie echivalent de 120
kV).
Matricea PV de 100 kW utilizează 330 module SunPower (SPR -305E -WHT -D). Matricea
este formată din 66 de șiruri de 5 module conectate în serie conectate în paralel (66*5*305. 2 W=
100,7 kW).

31

Confidential C Parametrul 'Module' al blocului PV Array vă permite să alegeți între diferite tipuri de
matrice ale modelului NREL System Advisor ( https://sam.nrel.gov/ ).
Specificațiile producătorului pentr u un modul sunt:
 Număr de celule conectate în serie: 96
 Tensiune circuit deschis: Voc= 64,2 V
 Curent de scurtcircuit: Isc = 5.96 A
 Tensiune și curent la putere maximă: Vmp =54,7 V, Imp= 5,58 A
Meniul blocului matricei fotovoltaice vă permite să trasați car acteristicile I -V și P -V pentru
un modul și pentru întreaga matrice.
Blocul de matrice PV are două intrări care vă permit să diferite iradiere a soarelui (intrare 1
în W / m ^ 2) și temperatura (intrare 2 în deg. C). Profilurile de iradianță și temperatură sunt
definite de un bloc Generator de semnal care este conectat la intrările matricei fotovoltaice.
Simulare
Executați modelul și respectați următoarea secvență de evenimente pe Domenii.
Simularea începe cu condițiile standard de încercare (25 deg. C, 100 0 W/m^2).
De la t=0 sec la t= 0,05 sec, impulsurile la convertoarele Boost și VSC sunt blocate.
Tensiunea fotovoltaică corespunde tensiunii cu circuit deschis (Nser*Voc=5*64.2=321 V, a se
vedea urmărirea Vmean pe domeniul fotovoltaic). Podul pe trei nivelu ri funcționează ca redresoare
cu diodă și condensatorii de legătură dc sunt taxați peste 500 V (a se vedea urmărirea Vmean pe
domeniul de aplicare VSC ).
La t=0.05 sec, convertoarele Boost și VSC sunt deblocate. Tensiunea legăturii DC este
reglată la Vdc=5 00V. Ciclul de funcționare al convertizorului de impuls este fix (D= 0,5, așa se
arată în domeniul fotovoltaic).
Starea de echilibru este atinsă la t=0,25 sec. Prin urmare, tensiunea fotovoltaică rezultată
este V_PV = (1 -D)*Vdc= (1 -0.5)*500=250 V (a se ved ea urmărirea Vmean pe domeniul
fotovoltaic). Puterea de ieșire a matricei fotovoltaice este de 96 kW (a se vedea urmărirea pmean ă a
domeniului fotovoltaic), în timp ce puterea maximă specificată cu o iradianță de 1000 W/m^2 este
de 100,7 kW. Observați pe Domeniul de aplicare Grid că faza A tensiune și curent la 25 kV autobuz

32

Confidential C sunt în fază (factor de putere unitate). La t = 0.4 sec MPPT este activat. Regulatorul MPPT începe
reglarea tensiunii fotovoltaice prin diferite cicluri de funcționare pentru a extrage puterea maximă.
Puterea maximă (100,4 kW) se obține atunci când ciclul de funcționare este D=0,454.
La t=0,6 sec, tensiunea medie a matricei fotovoltaice =274 V conform așteptărilor din
specificațiile modulului FOTOvoltaic (Nser*Vmp=5*54.7= 273,5 V).
De la t=0,6 sec la t=1,1 sec, iradedia soarelui este rampată de la 1000 W/m^2 la 250
W/m^2. MPPT continuă urmărirea puterii maxime.
La t = 1.2 sec atunci când iradiace a scăzut la 250 W / m ^ 2, ciclul de funcționare este D =
0.461. Tensiunea și puterea PV co respunzătoare sunt Vmean = 268 V și Pmean = 24.3 kW. Rețineți
că MMPT continuă urmărirea puterii maxime în timpul acestei schimbări rapide de iraderacitate.
De la t =1,2 sec la t=2,5 sec iradiance soare este restaurat înapoi la 1000 W / m ^ 2 și apoi
tempe ratura este crescut la 50 deg. C. pentru a observa impactul creșterii temperaturii. Rețineți că
atunci când temperatura crește de la 25 deg. C la 50 grade C, puterea de ieșire matrice scade de la
100.7 kW la 93 kW.

33

Confidential C
Descrierea
Modulul FOTOvoltaic este conectat la o sursă variabilă de tensiune dc pentru măsurarea
caracteristicilor Sale I -V și P -V. Acesta este modelat ca trei siruri de caractere de 20 de celule
legate de serie, în paralel cu diode bypass care permit fluxul de curent atunci când celulele s unt
umbrite sau deteriorate. Iradianța standard de 1000 W/m2 se aplică pe primul șir de 20 de celule, în
timp ce umbrirea parțială se aplică pe șirurile 2 (celulele 21 -40) și șirul 3 (celulele 41 -60), rezultând
în iradianență respectivă de 300 W/m2 și 600 W/m2.
Simulare
Simulează modelul. Caracteristicile globale I -V și P -V sunt reprezentate grafic la sfârșitul
simulării. Rețineți că curba P -V prezintă trei maxime. Când acest modul PV este conectat la un
convertor de origine tensiune, acest lucru poate fi o provocare pentru algoritmul maxim de putere
punct de urmărire (MPPT) pentru a converge pe cel mai înalt vârf. Punctul global de putere maximă
(GMPP) (Pm= 104 W) indicat de un cerc roșu pe cifră este cu 34% mai mic decât puterea maximă
preconizată (250/3*( 1 +0,3 +0,6) = 158 W).

34

Confidential C 4. Simulatoare software pentru caracteristicile P -I, P-V, V -I ale
celulei PV, panoului PV, ariei de panouri PV
Pentru proiectarea și modelarea rețelelor electrice de distribuție ce au integrată generarea
distribuită cu CFV se rea lizează proiectarea într -un mediu de programare ușor cu software de
proiectare a sistemelor electroenergetice, de exemplu, Paladin Design Base din familia de software
aplicat EDSA. Folosite în aproape toate domeniile în care energia electrică este utilizat ă, produsele
Paladin Design Base asigură operarea corectă și continuă a sistemelor electrice din rețelele de
transport și distribuție a energiei electrice, centrale nucleare, termoelectrice și hidroelectrice, centre
de comandă, fabrici, platforme petrolier e și alte structuri complexe care necesită alimentare
continuă cu energie electrică. Softurile Paladin Design Base sunt folosite pentru modelarea,
simularea, înțelegerea și reproiectarea modului în care infrastructura electrică răspunde în cazul
apariției unor defecte neprevăzute sau pentru mentenanța uzuală a sistemului. Alternativă la
modelul informatic tradițional, acest software propune o variantă care are drept avantaj esențial
utilizarea unei rețele arborescente. Prin utilizarea softurilor Paladin Des ign Base se permite
creșterea substanțială a vitezei de lucru în următoarele direcții principale: simularea proceselor din
rețea și identificarea rapidă a elementelor implicate într -un eveniment; accesarea și editarea
documentației primare (secțiuni prin i nstalații, scheme tehnice); întreținerea și consultarea datelor
tehnice și statistice referitoare la instalațiile din gestiune; interfață prietenoasă cu utilizatorul.

4.1. Simulatoare software existente
REGATRON SASControl este un software de aplicație special conceput pentru simularea
matricelor fotovoltaice. SASControl împreună cu una dintre sursele de alimentare DC regatron sau
multi -unitate dc sisteme de alimentare realiza un foarte confortabil Solar Array Simulare Sistem.
Acesta este adapt at în special la nevoile R +D ca, de asemenea, testarea invertoarelor solare și
permite chiar și procedurile de funcționare în conformitate cu reglementările internaționale. Core of

35

Confidential C SASControl este un sistem versatil de programare a scripturilor, care ofer ă utilizatorului
posibilitatea de a implementa cu ușurință secvențe de programare proprii cu una sau mai multe
surse de alimentare TopCon și de a măsura și protocola datele rezultate.
Cu fila "Live Viewer", operatorul este actualizat în orice moment la pro gresul unei
simulări. Toate valorile și schița grafică a poziției MPP sunt reîmprospătate constant. Fila "colectare
date" este un înregistrator de date pe termen lung pe mai multe canale, cu caracteristici grafice
îmbunătățite care permit înregistrarea și vizualizarea oricărei variabile de proces.
SASControl este capabil să genereze curbe exacte ale matricei fotovoltaice dependente de
tipul de celulă (tip monocristalin sau de siliciu) sau prin introducerea datei tabelului; chiar și
definiția unui MPP avut î n vedere conduce la o definiție precisă a curbei.
De asemenea, este furnizat un script pentru a rula o simulare "cursul de o zi" (COADS):
script -ul citește un set de date de iradianță dintr -un fișier și simulează acest set de date o dată sau în
mod repetat.
Caracteristici
 SASControl plus o sursă de alimentare TopCon DC formează un sistem capabil să simuleze o ieșire
a matricei fotovoltaice și relațiile sale dintre curent, tensiune și putere.
 Comportamentul unui invertor fotovoltaic poate fi testat în condiții exacte. Prin extinderea puterii
de curent continuu, sunt posibile simulări de până la 2,5 MW
 Integrare completă cu regatron TopCon serie de dispozitive: TC. P, TC. GSS, TC. GSX și TC.
P.LIN (în)
 Conexiune la distanță prin interfețe PC, de ex. RS -232 sau USB
 Simularea curbelor caracteristice conform standardului EN50530
 Bazat pe parametri
 Inclusiv valoarea teoretică a MPP
 Manipularea iradianței, temperaturii, amplitudinii sau scalarea intrărilor cu comenzi speciale de
script.
 Indicarea stărilor de avertizare și de eroare, inclusiv istoricul erorilor și tratarea erorilor.

36

Confidential C

37

Confidential C

38

Confidential C

39

Confidential C 4.2. Proiectarea unui simulator software
La conectarea LAN a sursei de alimentare regenerative pCUBE și a PC -ului instalat cu
software -ul PV Simulator, pCUBE poate fi operat ca un panou simulat de celule solare.
Caracteristicile panoului solar, caracteristicile IV în timp real, punctul de operare, radiația solară
și temperatura pot fi monitorizate. Prin urmare, analiza și evaluarea sunt posibile în Smart
Grid și Power Conditioner. Una dintre caracteristicile speciale ale pCUBE este capacitatea de
a conecta atât seria și paralel, ceea ce face o alegere potrivită pentru serii/ panouri solare
paralele.

Simulare pv automată cu doar 4 parametri
Caracteristica PV este o funcție de radiații solare și modificări de temperatură . Utilizatorii
trebuie pur și simplu să introducă 4 parametri , temperatura minimă și maximă , radiația solară
minimă și maximă , pentru a configura caracteristicile IV . Restul operațiunii este automat.

40

Confidential C
Caracteristici fotovoltaice complicate, Temperatură, Radiație solară disponibilă în format CSV
Datele IV pot fi salvate în fișierul CSV. Fișier CSV care conține informații privind
caracteristicile PV, temperatura și radiația solară este ușor de importat și se efectuează
simularea pv.

41

Confidential C Monitor de date în timp real al stării de operare
Monitorizarea în timp real a curentului current, tensiune, putere ,IV și pv grafic la conectarea
cu PC-ul.

Operarea pCUBE cu descărcare a datelor
Caracteristicile pv pot fi descărcate în pCUBE. După descărcare, pCUBE poate fi operat ca un
singur pv simulat.

42

Confidential C
5. Simulatoare hardware pentru caracteristicile P – ale celulei
PV, panoului PV, ariei de panouri PV
Sursele de energie au câștigat popularitate în întreaga lume datorită predictibilității și
disponibilității sale ridicate . Panouri solare PV panels poate furniza diferite tipuri de sarcini.
Uneori, panourile solare FOTOvoltaice panels sunt conectate direct la sarcină. Moreofften ,
puterea de conversie între panou și sarcina este utilizată. Pv panou solar este neliniar I-V
caracteristică. Într -o parte a acestei caracteristici se comportă ca sursa de curent, și pe de alta
parte ca sursa de tensiune . Convertoare de putere cu algoritm de control adecvat sunt folosite
pentru a regla acest tip de caracteristi că la nevoile de sarcină, și pentru a maximiza
eficiența modulului. Din aces ata cauza, aceste sisteme fotovoltaice de cercetare sunt împărțite
în două domenii: fizica matrice, proiectare și optimizare, și sisteme de conversie a ene rgiei.
Sistemele de conversie trebuie să fie testate pe sisteme fotovoltaice. . Instalarea sistemelor
fotovoltaice poate fi o provocare costisitoare. Chiar mai mult, caracteristicile depind de
iluminare și temperatură, care nu pot fi contro late. Pv simulator poate em ite caracteristica dorită
a panoului solar în fiecare parte a anului, zi, independent de iluminare și temperatură, care
este foarte convenabil pentru testareade laborator .
Există două metode pentru a simula panoul pv real. În primul rând, necesită utilizarea
dispozitivului care poate simul a lumina soarelui târziu .A doua metodă este simularea
ecuației device dispozitivului fotovoltaic . Folosind a doua metodă, este foarte convenabil s ă
construiți circuitul prezentat în Fig. 1, care descrie complet ecuația dispozitivului fotovoltaic
device și face simularea de dispozitive fotovoltaice mult mai ușor. Atunci când se utilizează al
doilea m od , este important să se ia în considerare impactul iradifiere și temperatură .

Modelul dispozitivulu i fotovoltaic, device folosit pentru a construi simulatorul, este un
model cu o singură diodă. Modelul cu diodă dublă este respins, deoarece efectul celei de -a dou a
diode poate fi observat la iradiere joasă și tensiune joasă . Pentru modelul cu o singură diodă,
trebuie determinați cinci parametri: curent foto, curent de saturație diodă, factor de idealitate
diodă, rezistență paralelă și rezist ență în serie .
În secțiunea 2 modelul și schema matematică a celulelor fotovoltaice sunt prezentate și
explicate.. Secțiunea 3 descrie realizarea practică a simulatorului.

43

Confidential C

5.1. Simulatoare hardware existente
Este foarte important să înțeleagă diferența dintre celulele fotovoltaice cell și întregul
panou solar. Panoul solar poate avea mai multe celule fotovoltaice, cells conectate în serie sau
paralele, care depinde de caracteristica i-v de ieșire dorită . Modelul cu o singură diodă este
utilizat în această lucrare. Modul de celule fotovoltaice are partea ideală, care este compusă din
sursa curentă current și o diodă conectată în paralel .

Fig. 1 – Model cu o singură diodă a celulei fotovoltaice ideale și a celulei fotovoltaice practice cu rezistență în serie și
paralelă.
În Fig. 1, celulei fotovoltaice i se arată partea ideală și dispozitivul practic. Partea
ideală a celulei fotovoltaice cell poate fi descrisă folosind teoria semiconductorilor de bază:
(1)
în cazul în care ampv, celula este curentul generat de lumina incidentului (este direct
proporțională cu iradierea soarelui), I0,celula este saturația inversă sau curentul de scurgere a
diodei, q este electronul charge (1.60217646·10 –19–19C), iar k este constanta Boltzmann
(1.3806503·10–23J/K), T (în Kelvin) este temperatura joncțiunii p-n , iar a este factorul ideal al
diodelor .
Ecuația (1) este ecuația pentru o celulă fotovoltaică cell. Panourile solare fotovoltaice
panels pot avea un număr diferit de celule fotovoltaice conectate în serie și/sau paralele.
Ecuația care determină caracteristica I-V a panoului solar FOTO este::

44

Confidential C (2)
unde ampv și I0 sunt curenții pv și saturație , respectiv Vt = NskT/q este tensiunea termică a
matricei cu celule Ns conectate în serii, și Rs , Rp sunt seria și rezistența paralelă a
dispozitivului fotovoltaic device, respectiv.

Fig. 2 – Caracteristica I-V a panoului solar cu puncte importante tipice points
Caracteristica panoului solar este indicată pe Fig. 2, unde sunt specificate puncte
importante tipice ale caracteristicii. . Isc este curentul de scurt -circuit și Voc este tensiunea
deschis -circuit . MPP este punctul maxim de puter e , Imp, Mp mp sunt curentul și tensiunea
pentru MPP, respectiv. V
În timpul cells proiectării electrice, în seria N s și în seria Np paralele sunt conectate
diferit. Parametrii din (2) depind de Ns și Np. Dacă celulele FOTOvoltaice Np sunt conectate
în paralel, atunci curenții de la (2) sunt: Am pv = NpIpv,cell și I0 = NpI0,cell .

În cazul în care Isc este necesar mai mare , mai multe celule fotovoltaice cells sunt conectate
în paralel. In cazul in care Voc este necesar mai mare , mai multe celule fotovoltaice cells sunt
conectate în serie. Acest lucru este foarte important , fapt în timpul realizării simulator ului de
panou solar, care este subiectul principal al acestei lucrări.

45

Confidential C

5.2. Proiectarea unui simulator hardware
Proiectarea unui simulator PV de putere redusa
Simulatorul de panou solar reali zat în această lucrare este ieftin și simplu, fără
procesor, memorie, etc E l are un convertor de putere controlat de curent, care este controlat de
simulator analogic. Sursa de curent , diodă și curent prin rezistor Rp din model, prezentate
în Fig. 1, are părți ale topologiei de control . Rezultatul topologiei de control este o referință
curentă pentru convertor. Rezistor Rs este conectat în serie cu rezistor de sarcină . Diferitele
caracteristici I-V au parametri diferiți în modelele matematice, descrise de (2). Diferite
modele înseamnă că trebuie stabilite diferite caracteristici ale diodelor. Circuitul pentru
setarea diferitelor caracteristici ale diodelor este prezentat în the Fig. 3. Pentru a analiza acest
circuit, Ebers -Moll model unui tranzistor bipolar. Modelul ebers -moll-Moll al tranzistorului
oferă o legătură între tensiunea emițătorului de bază ( VBE) și curentul de colector (I IC):):
(3)

unde VT = Vt este tensiune termică și iES curent de saturație inversă emițător de bază . Din
teoria semiconductoarelor este foarte bine cunoscută relația dintre colecționar și curentul
emițătorului: : IC = αIE, unde α este câștigul curentului :

Fig. 3 – Circuit electric utilizat pentru reglarea arbitrară a caracteristicii diodei .

46

Confidential C În Fig. 3 există două tranzistori Q1 și Q2, astfel încât există două curenți de colector:
IC1 și IC2. Dacă vom devide aceste do i curenți, vom avea:

unde VB și VE sunt potențialele electrice ale pinilor de bază și, respectiv emițătorului. Din
ecuatiile (5) și Eq. (6), obtinem :
(7)

De la fig. 3, curenții colectori ai Q1 și Q2 sunt egali: IC1 = +15V/1kΩ și IC2 = Vout/Rout.
Acum, de la ec. 4 și ec. 7 vom avem expresie analitică care se referă vîn și Vout din Fig. 3:
(8)
din care se poate concluziona că factorul de idealitate diodă este a = 1+R 1/R2. Tensiunea
termică, Vt în această ecuație este tensiunea termică a tranzistorilor, și nu este înmulțită cu
Ns. Exponent în (8) are semn negativ, astfel încât semnalul de intrare trebuie să fie inversat.

De la Fig. 3 tensiuni VBE1 și VBE2 pot fi găsite ca: (4)
(5)
Si
(6)

47

Confidential C Tensiunea în (8), Vout, este referința curentă . Deci, valoarea curentului de saturație diodă
din model se potrivește cu valoarea expre siei Rout·15V/1kΩ, și ar trebui să fie undeva în jurul
valorii de 10–8, depinde de tipul de panou solar. Acest lucru necesită o valoare foarte scăzută
a rezistor Ului Rafară. Pentru a rezolva acest lucru, tensiune offset mici (0.6V) este furnizat
la Vîn, iar acum valoarea curentului de saturație este:
(9)

în cazul în care exp( – 0.6V /aVt) este undeva la aproximativ 2·10–8. Tensiunea offset este
furnizată la Vprin rezistor de 25 kΩ prezentat în Fig. 4.

Fig. 4 – Întreaga logică de control pentru simulatorul PV, unde celula fotovoltaică bloc este
circuitul pentru setarea caracteristicii diodei din Fig. 3.
Este mai simplu să utilizați circuitul de la Fig. 3 numai pentru a simula o celulă
fotovoltaică. cell. Astfel, Vîn este apoi măsurată tensiune a împărțită la numărul de celule
fotovoltaice conectate serie , Ns. Această diviziune se realizează cu rezistorR Voc, în cazul
în care valoarea sa în kΩ este egală cu Ns,(Fig. 4). Pv -ul curent Ipv este setat de cele două
rezistențe de la Fig. 4, Rtemp și RIsc. Cu Rtemp, temperatura dispozitivului FOTO este setată. Cu
valori mai mari ale lui temp R,
6

48

Confidential C temperatura mai mare a dispozitivului fotovoltaic este setată. Isc este set at cu rezistor RIsc.
Rezistor Rp din Fig. 4 este de 1.000 de ori mai mare decât valoarea reală a rezistenței
paralele. . Am ref este de referință pentru convertor de curent controlat, care are controler de
curent .

Fig. 5 – Întregul simulator.
Rezistor Rs nu face parte din topologia de control. . Prin ea trece curent I, astfel încât Rs
trebuie să fie proiectate pentru cur ent Isc a panoului solar pv simulat. Valoarea sa este
schimbătoare datorită parametrilor de circuit estimați de la Fig. 1. Diagrama blocului
întregului sistem este afișată pe fig. 5. curent Sursa curentă de la Fig. 5 (CSC) este un
convertor de putere controlat . Este echivalent curenți lor ipv, Id și curentul prin rezistor Rp
de la Fig. 1.

SIMULAREA ULTS
Algoritmul explicat în Secțiunea 3 este simulat și comparat cu ecuația fotovoltaică a
dispozitivului . Cinci parametri importanți ai modelului, prezentați în Tab. 1, sunt setați cu
reglarea corectă a rezistențelor în schema indicată în Fig. 3. Parametrii sunt :
Tabelul 1
Valori le parametrilor
Parametru Valoarea
Am pv 1.5; 1.3;
1 A
I0,n 9.825·10–
8 A

49

Confidential C R 1.3
florin parvu 500 Ω
(500 Ω)
florin sarpe 0,28 Ω
Valorile a cinci parametri i -au fost utilizați în modelul de circuit fotovoltaic pentru
simulare sunt prezentate în tabelul 1. Am pv depinde de lumina și această valoare în Tab. 1 este
ales arbitrar .. I0,n este valoarea parametrului la temperatur a nominală. Simularea se efectuează
în PSpice .

Fig. 6 – Rezultatele simulării . Curbele curves fără puncte sunt the ecuația matematică the a dispozitivului
fotovoltaic , iar cele doted sunt caracteristicile algoritmului explicat în secțiunea 3.
Rezultatele simulării sunt prezentate în Fig. 6. Se poate observa că cele două curbe
sunt p erfect potrivite. Curbele fără puncte sunt caracteristicile ecuației modelului de
matematic a , iar cele lalte sunt caracteristicile algoritmului modelului fotovoltaic utilizat pentru
simularea panoului solar, explicat în Section ea 3. Si mularea se efectuează pentru cele trei
valori ale curentului de scurtcircuit: 1.0A, 1.3A și 1.5A. Aceste rezultate sunt baza bună
pentru realizarea practică, și rezultate bune de laborator.

50

Confidential C

6. Rezultate obtinute
Utilizarea rezistențelor Rtemp, RIsc și R Voc este explicată în secțiunea 3. Rezistor R2
este rezistor extern utilizat pentru stabilirea factorului de idealitate diodă a. Acest rezistor
este prezentat în Fig. 3.

Cinci par ametri sunt setați, ca în simulare. Pentru diferite valori ale rezistor ilor de
sarcină, tensiunea și curentul la puterea de ieșire a simulatorului sunt măsurate. Rezultatele
măsurate sunt prezentate în fig. 8. Curbele sunt măsurate, iar curbele cu puncte de ieșire sunt
curbe simulate . O potrivire bună a rezultatelor de laborator și simulare pot fi observate.

Concluziile
O modalitate de realizare a simulatorului PV este prezentată în această lucrare. Ideea
este acoperită de teorie și confirmată cu rezultatele simulation și de laborator . Se arată
cum pe cale ușoară și ieftină , simulator ul fotovoltaic poate fi realizat. Caracteristicile arbitrare
ale dispozitivului fotovoltaic pot fi efectuate cu acest simulator. Acesta poate fi utilizat

51

Confidential C pentru diferite tipuri de teste de laborator în cazul în care pv panou solar caracteristic este
necesar.