SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAĈUNARSTVA

DIPLOMSKI RAD br. 247

EMULATOR RADA FOTONAPONSKOG

PANELA I NEIZRAZITI REGULATOR ZA

PRAĆENJE TOĈKE MAKSIMALNE SNAGE NA

NJEGOVIM STRUJNO-NAPONSKIM

KARAKTERISTIKAMA

Miljenko Kokot

Zagreb, lipanj 2011.

ZAHVALA

Ovaj diplomski rad posvećujem svojim roditeljima.

Hvala Vam na svemu što ste mi pružili tijekom mog studija.

1

Naslov:

Emulator rada fotonaponskog panela i neizraziti regulator za praćenje točke

maksimalne snage na njegovim strujno-naponskim karakteristikama

Sažetak:

U ovom radu izraĎen je emulator rada fotonaponskih panela i neizraziti regulator za

praćenje točke maksimalne snage na njegovim strujno-naponskim karakteristikama.

U prvom dijelu rada pridaje se važnost izradi upravljačkog programa za Magna

Power Electronics emulatoru fotonaponskih panela u programskom okruženju

LabVIEW. Upravljački program, na temelju vremenskog profila upadne sunčeve

dozračenosti na panel i temperature panela, šalje statičke karakteristike

fotonaponskog panela Magna emulatoru u stvarnom vremenu. Rad emulatora je

eksperimentalno provjeren na elektronički upravljivom teretu. U drugom dijelu rada

projektiran je neizraziti regulator za praćenje točke maksimalne snage na strujno-

naponskoj karakteristici fotonaponskih panela. Rad regulatora maksimalne snage

simulacijski je provjeren u okruženju Matlab/Simulink.

Ključne riječi:

Emulator rada fotonaponskih panela, Neizraziti regulator, Točka maksimalne snage

(MPPT), Strujno-naponska karakteristika

2

Heading:

Emulator of photovoltaic panels and fuzzy based photovoltaic maximum power point

tracking controller

Abstract:

In this paper made an emulator of photovoltaic panels and fuzzy controller for

tracking maximum power point at its current-voltage characteristics. The first part is

devoted to the importance of developing a driver for Magna Power Electronics

emulator photovoltaic panels in LabVIEW programming environment. The driver,

based on the time profile of incident solar irradiance on the panel and the panel

temperature, sending static characteristics of photovoltaic panels Magna emulator in

real time. Emulator is experimentally tested on electronic load. In the second part the

fuzzy controller is designed for maximum power point tracking (MPPT) for current-

voltage characteristics of photovoltaic panels. Maximum power point tracking

controller performance si tested in simulation environment Matlab / Simulink.

Keywords:

Emulator of photovoltaic panels, Fuzzy controller, MPPT, Current-voltage

characteristic

3

Sadržaj:

1. Uvod ..................................................................................................................... 9

2. Fotonaponske ćelije ........................................................................................... 12

2.1. Utjecaj parazitskih otpora na karakteristiku FN ćelije .................................. 15

2.2. Utjecaj temperature na karakteristiku FN ćelije ........................................... 18

3. Povezivanje fotonaponskih ćelija i panela .......................................................... 20

3.1. Povezivanje fotonaponskih ćelija ................................................................. 20

3.2. Povezivanje fotonaponskih panela (modula) ............................................... 21

4. Upravljivi istosmjerni izvor kao emulator FN panela ........................................... 24

4.1. Sučelje za upravljanje MPE izvorom .............................................................. 27

5. Simulator fotonaponskih panela ......................................................................... 31

5.1. Ulazni parametri .......................................................................................... 32

5.2. Realizacija fotonaponskog panela ............................................................... 33

5.3. Generiranje karakteristike ............................................................................ 35

5.4. Magna ispis ................................................................................................. 36

6. Ispitivanje rada emulatora na elektronički upravljivom teretu ............................. 37

7. Fotonaponski sustav .......................................................................................... 41

7.1. Model fotonaponskog panela ...................................................................... 42

7.2. Silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač .......................................................... 43

8. Neizraziti MPPT regulator .................................................................................. 46

8.1. Realizacija neizrazitog regulatora za praćenje točke maksimalne snage .... 47

8.2. Simulacijski rezultati .................................................................................... 49

9. Zaključak ............................................................................................................ 52

4

Popis oznaka i kratica

struja koja teče kroz trošilo priključeno na fotonaponski izvor [A]

struja fotonaponskog strujnog izvora [A]

struja koja teče kroz diodu fotonaponskog električnog kruga [A]

reverzna struja zasićenja [A]

napon na izvodima diode [V]

faktor idealnosti diode (za silicij 1.35)

Boltzmannova konstanta ( )

elementarni naboj elektrona ( )

temperatura fotonaponske ćelije [K]

struja kratkog spoja FN panela [A]

napon praznog hoda FN panela [V]

referentna temperatura ćelije [K]

referentna reverzna struja zasićenja [A]

energija pojasa poluvodiča (za silicij 1.12 eV)

referentna struja fotonaponskog izvora [A]

referentna sunčeva dozračenost [W/m2]

referentni napon praznog hoda fotonaponskog izvora [V]

koeficijent temperaturne ovisnosti struje kratkog spoja

koeficijent temperaturne ovisnosti napona praznog hoda

sunčeva dozračenost [W/m2]

serijski parazitni otpor [Ω]

paralelni parazitni otpor [Ω]

broj FN ćelija spojenih u seriju

broj serijski spojenih panela

broj paralelno spojenih panela

postavljena vrijednost napona

modulacijski multiplikator kao funkcija VMOD ulaza

trenutni broj iteracija

broj točaka karakteristike (max. 50)

napon na kondenzatoru [V]

struja zavojnice [A]

5

induktivitet [µH]

kapacitet [µF]

Izlazni napon silazno-uzlaznog pretvarača [V]

Ulazni napon silazno-uzlaznog pretvarača [V]

faktor voĎenja (engl. Duty cycle)

izlazna snaga silazno-uzlaznog pretvarača [W]

izlazna struja silazno-uzlaznog pretvarača [A]

otpor tereta [Ω]

frekvencija [Hz]

dozvoljena valovitost struje zavojnice (20%),

dozvoljena valovitost izlaznog napona (0.5%),

6

Popis Tablica

Tablica 4.1 Primjer modulacijske tablice za emulaciju FN polja (tipa 0) ................... 26

Tablica 4.2 Karakteristike MPE izvora serije XR200-10 ........................................... 27

Tablica 5.1 Parametri simulatora FN panela ............................................................. 32

Tablica 6.1 Iznosi struje i napona strujnog upravljivog pretvarača Magna za različite

iznose struja tereta ................................................................................................... 39

Tablica 7.1 Parametri fotonaponskog panela Solvis SV215 ..................................... 42

Tablica 7.2 Odabrani parametri silazno-uzlaznog pretvarača ................................... 44

Tablica 7.3 Izračunati parametri silazno-uzlaznog pretvarača .................................. 45

Tablica 8.1 Pravila neizrazitog MPPT regulatora ...................................................... 49

7

Popis slika

Slika 1.1 Godišnje Sunčevo zračenje na površini zemlje u usporedbi sa zalihama

fosilnih i nuklearnih goriva te godišnjom potrošnjom energije u svijetu ....................... 9

Slika 1.2 Karta insolacije svijeta ............................................................................... 10

Slika 2.1 Osnovna graĎa fotonaponske ćelije ........................................................... 12

Slika 2.2 Osnovni prikaz p-n spoja fotonaponske ćelije ............................................ 13

Slika 2.3 Kretanje elektrona kroz električni krug ....................................................... 13

Slika 2.4 Jednostavni ekvivalentni električni krug fotonaponske ćelije ..................... 14

Slika 2.5 I-U karakteristika FN ćelije uz osvjetljenje i bez osvjetljenja ...................... 15

Slika 2.6 Ekvivalentni električni krug FN ćelije sa serijskim otporom ........................ 15

Slika 2.7 Utjecaj serijskog otpora na I-U karakteristiku FN ćelije .............................. 16

Slika 2.8 Ekvivalentni električni krug FN ćelije sa paralelnim otporom ..................... 16

Slika 2.9 Utjecaj paralelnog otpora na I-U karakteristiku FN ćelije ........................... 17

Slika 2.10 Električni krug FN ćelije sa parazitskim otporima ..................................... 17

Slika 2.11 Utjecaj temperature na I-U karakteristiku FN ćelije .................................. 19

Slika 3.1 Od FN ćelije do FN panela (modula) i FN polja.......................................... 20

Slika 3.2 Utjecaj serijski spojenih FN ćelija na I-U karakteristiku .............................. 21

Slika 3.3 Serijski spojeni fotonaponski paneli ........................................................... 22

Slika 3.4 Paralelno spojeni fotonaponski paneli ........................................................ 22

Slika 3.5 Dva standardna načina spajanja fotonaponskih panela ............................. 23

Slika 4.1 Upravljivi istosmjerni izvor tvrtke Magna Power Electronics ...................... 24

Slika 4.2 Način spajanja JSI izvoda da bi se postigla emulacija FN polja ................. 25

Slika 4.3 Primjer I-U karakteristike za FN polje ......................................................... 26

Slika 4.4 Virtualna kontrolna ploča ........................................................................... 27

Slika 4.5 Naredbena ploča ........................................................................................ 28

Slika 4.6 Registar ploča ............................................................................................ 28

Slika 4.7 Kalibracijska ploča ..................................................................................... 29

Slika 4.8 Firmware ploča .......................................................................................... 29

Slika 4.9 Modulacijska ploča ..................................................................................... 30

Slika 5.1 Prednja ploča simulatora fotonaponskih panela ........................................ 31

Slika 5.2 Blokovski prikaz realiziranog simulatora FN panela ................................... 31

Slika 5.3 I-U karakteristika fotonaponskog panela .................................................... 35

Slika 5.4 P-U karakteristika fotonaponskog panela .................................................. 35

8

Slika 5.5 Dio prednje ploče simulatora FN panela vezan za Magna ispis ................. 36

Slika 6.1 Ispitivanje rada emulatora na elektronički upravljivom teretu ..................... 37

Slika 6.2 I-U karakteristika FN panela za Gt=500 W/m2 ............................................ 38

Slika 6.3 P-U karakteristika FN panela za Gt=500 W/m2 .......................................... 38

Slika 6.4 I-U karakteristika FN panela za Gt=900 W/m2 ............................................ 39

Slika 6.5 P-U karakteristika FN panela za Gt=900 W/m2 .......................................... 40

Slika 7.1 Blokovski prikaz fotonaponskog sustava ................................................... 41

Slika 7.2 Fotonaponski sustav realiziran u Matlab Simulinku ................................... 41

Slika 7.3 Model fotonaponskog panela realiziran u Matlab Simulinku ...................... 42

Slika 7.4 Silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač ......................................................... 43

Slika 7.5 Neinvertirajući silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač .................................. 44

Slika 8.1 P-U karakteristika FN panela ..................................................................... 46

Slika 8.2 Načelna shema izvedbe neizrazitog regulatora ......................................... 47

Slika 8.3 Neizraziti MPPT regulator realiziran u Matlab Simulinku ........................... 48

Slika 8.4 Funkcije pripadnosti neizrazitog MPPT regulatora ..................................... 48

Slika 8.5 Odziv na promjenu dozračenosti s 600W/m2 na 700W/m2 ......................... 50

Slika 8.6 Odziv na promjenu dozračenosti s 600W/m2 na 500W/m2 ......................... 50

Slika 8.7 Odziv na promjenu temperature s 20°C na 25°C ...................................... 51

Slika 8.8 Odziv na promjenu temperature s 30°C na 25°C ...................................... 51

9

1. Uvod

U posljednjih nekoliko desetljeća, a posebice danas, korištenje obnovljivih

izvora energije imaju sve veću ulogu u svjetskoj proizvodnji energije. Priroda nas

svakodnevno "opskrbljuje", i to potpuno besplatno, velikim količinama sunca i vjetra.

S druge strane, na našem planetu sve je manje nafte, ugljena i ostalih eksploatiranih

dobara, čija je cijena usporedno s tom činjenicom sve veća i veća. Uz to, posljednjih

godina čovjeku je sve više očito kako je prevelikim iskorištavanjem fosilnih goriva

značajno i najvjerojatnije nepopravljivo oštetio životni okoliš, ne samo sebe, već i svih

vrsta na Zemlji. Nameće se zaključak da korištenjem sunca i vjetra štedimo

materijalna sredstva za postizanje istog cilja koji bismo postigli upotrebom

tradicionalnih sredstava uz mnogo veće troškove. Kako bi se ta prepreka što prije

premostila intenzivno se istražuju nove tehnologije, načini upravljanja i drugi elementi

koji bi pridonijeli manjoj cijeni proizvedene energije. U ovom radu posvećujemo se

istraživanju novih tehnologija i načina upravljanja vezanih za energiju sunca.

Manje od jednog sunčanog sata dovoljno je da pokrije cjelokupnu potrebu za

energijom gotovo 7 milijardi ljudi koji žive na ovom planetu. Slika 1.1 zorno pokazuje

prirodni potencijal energije sunčeva zračenja. To je velika narančasta kocka, koja je

50 puta veća od zbroja svih zaliha fosilnih i nuklearnih goriva [1].

Slika 1.1 Godišnje Sunčevo zračenje na površini zemlje u usporedbi sa zalihama

fosilnih i nuklearnih goriva te godišnjom potrošnjom energije u svijetu

10

Trenutačno je tehnički potencijal energije sunčeva zračenja još uvijek veći od

svjetske potrošnje energije, koja je prikazana malom plavom kockicom na slici 1.1.

Usprkos ogromnom potencijalu, iskorištavanjem solarne energije trenutno se pokriva

vrlo mali postotak energetskih potreba čovječanstva. Jednim dijelom to je zbog slabe

razvijenosti trenutnih tehnologija za iskorištavanje energije Sunca, ali ipak je najveći

problem trenutna cijena sustava za iskorištavanje solarne energije. Ipak već danas

postoje sunčeve elektrane koje opskrbljuju cijele gradove električnom strujom i pri

tome smanjuju emisije štetnih plinova.

Na slici 1.2 dana je karta insolacije svijeta koja prikazuje koliko u prosjeku ima

sunčanih sati dnevnog [2]. Najbolja pozicija za instaliranje fotonaponskih postrojenja

je područje oko ekvatora, dok su pozicije koje su udaljenije od ekvatora uglavnom

sve lošije. Čak i u najsjevernijim krajevima koje naseljavaju ljudi insolacija je dovoljna

da bi se trebalo razmišljati o tome kako iskoristiti ovaj oblik energije. Da bi se

poboljšala ekonomičnost fotonaponskih postrojenja, fotonaponski moduli se naginju i

orijentiraju prema Suncu.

Slika 1.2 Karta insolacije svijeta

11

U prvom dijelu rada pridaje se važnost izradi upravljačkog programa za

Magna Power Electronics emulatoru fotonaponskih panela u programskom okruženju

LabVIEW. Upravljački program, na temelju vremenskog profila upadne sunčeve

dozračenosti na panel i temperature panela, šalje statičke karakteristike

fotonaponskog panela Magna emulatoru u stvarnom vremenu. Rad emulatora je

eksperimentalno provjeren na elektronički upravljivom teretu. U drugom dijelu rada

projektiran je neizraziti regulator za praćenje točke maksimalne snage na strujno-

naponskoj karakteristici fotonaponskih panela. Rad regulatora maksimalne snage

simulacijski je provjeren u okruženju Matlab/Simulink.

12

2. Fotonaponske ćelije

Fotonaponske ćelije su poluvodički elementi koji direktno pretvaraju energiju

sunčeva zračenja u električnu energiju. Fotonaponski efekt otkrio je francuski fizičar

Edmond Becquerel još davne 1839 godine. Fotonaponske ćelije izgraĎene su od dva

sloja: pozitivnog i negativnog, a razlika potencijala izmeĎu ta dva sloja ovisi o

intenzitetu solarnog zračenja. Solarna energija stiže na Zemlju u obliku fotona.

Prilikom pada na površinu solarnog panela ti fotoni predaju svoju energiju panelu i na

taj način izbijaju negativno nabijene elektrone iz atoma. Izbijeni elektroni kreću se

prema drugoj (negativnoj) strani panela i na taj način dolazi do razlike potencijala, tj.

generira se električna energija (slika 2.1). Fotonaponske ćelije izraĎuju se od silicija,

a silicij je jedan od najzastupljenijih elemenata na Zemlji. Opširnije o principu rada

fotonaponskih ćelija slijedi u nastavku poglavlja [3].

Slika 2.1 Osnovna graĎa fotonaponske ćelije

Svjetlost koja obasjava ćeliju izazva apsorpciju fotona te se formiraju parovi

elektron-šupljina. Kao što je prikazano na slici 2.2 kada pokretni nosioci naboja doĎu

u blizinu p-n spoja, električno polje u osiromašenom p-n području usmjeruju šupljine

prema p-strani, a elektrone prema n-strani ćelije. P-strana akumulira šupljine, a n-

strana akumulira elektrone, što stvara napon koji može izazvati protjecanje struje [5].

13

Slika 2.2 Osnovni prikaz p-n spoja fotonaponske ćelije

Ako su električni kontakti dodani na vrhu i na dnu ćelije elektroni će se kretati

uz pomoć električnih vodiča kroz trošilo sve do p-spoja ćelije gdje će se

rekombinirati sa šupljinama stvarajući tako električni krug. (slika 2.3)

Slika 2.3 Kretanje elektrona kroz električni krug

Jednostavni električni krug fotonaponske ćelije (slika 2.4) sastoji se od

realne diode spojene u paraleli sa idealnim strujnim izvorom koji daje struju

proporcionalno izloženom sunčevom zračenju.

14

Slika 2.4 Jednostavni ekvivalentni električni krug fotonaponske ćelije

Struja koja teče kroz trošilo električnog fotonaponskog kruga jednaka je:

(2-1)

Gdje je:

- struja koja teče kroz trošilo priključeno na fotonaponski izvor

- struja fotonaponskog strujnog izvora

- struja koja teče kroz diodu fotonaponskog električnog kruga

Struja kroz diodu može se opisati slijedećim izrazom:

( * (2-2)

Gdje je:

– reverzna struja zasićenja [A]

– napon na izvodima diode [V]

– faktor idealnosti diode (za silicij 1.35)

– Boltzmannova konstanta ( )

– elementarni naboj elektrona ( )

– temperatura fotonaponske ćelije [K]

Uvrštavanjem (2-2) u (2-1), dobiva se:

( * (2-3)

15

Korištenjem izraza (2 - 3) nacrtana je I-U karakteristika fotonaponske ćelije

kada nema osvjetljenja i kada je osvijetljena. Kada nema osvjetljenja, I-U graf je

zapravo zakrenuta krivulja diode. Kada je osvijetljena ćelija, I-U graf predstavlja

krivulju bez osvjetljenja uvećanu za IPV [4] i [5].

Slika 2.5 I-U karakteristika FN ćelije uz osvjetljenje i bez osvjetljenja

Dvije bitne veličine na I-U karakteristici su:

1. STRUJA KRATKOG SPOJA Isc – struja FN panela uz kratko spojen izlaz

2. NAPON PRAZNOG HODA Voc – napon na stezaljkama FN panela

2.1. Utjecaj parazitskih otpora na karakteristiku FN ćelije

Ekvivalentni model fotonaponske ćelije koji je bio opisan do sada je baziran uz

pretpostavku da su izvor i dioda idealni. MeĎutim, postoje odreĎene pojave koje

utječu na odziv fotonaponske ćelije, a do sada nisu bile uzete u obzir:

a) SERIJSKI PARAZITSKI OTPOR

Slika 2.6 Ekvivalentni električni krug FN ćelije sa serijskim otporom

16

Jedno od glavnih ograničenja fotonaponskog panela predstavljaju gubitci zbog

otpora poluvodičkog materijala u p i n sloju, otpora metalne rešetke i metalnih

kontakata. Svi ti gubitci mogu se opisati serijskim omskim otporom Rs

fotonaponske ćelije. Njegov utjecaj na I-U karakteristiku može se vidjeti na slici 2.7.

Slika 2.7 Utjecaj serijskog otpora na I-U karakteristiku FN ćelije

b) PARALELNI PARAZITSKI OTPOR

Slika 2.8 Ekvivalentni električni krug FN ćelije sa paralelnim otporom

Paralelni PARAZITSKI otpor Rp javlja se kod p-n spoja zbog neidealnosti i

nečistoće spoja, koje izazivaju djelomično smanjenje spoja blizu krajeva ćelije.

Utjecaj paralelnog otpora Rp na solarnu ćeliju prikazan je na slici 2.9 [4] i [5].

17

Slika 2.9 Utjecaj paralelnog otpora na I-U karakteristiku FN ćelije

Ekvivalentni električni krug fotonaponske ćelije koji uključuje serijski i paralelni

parazitski otpor prikazan je na slici 2.10.

Slika 2.10 Električni krug FN ćelije sa parazitskim otporima

Napon na izvodima diode možemo zapisati:

(2-4)

Proširivanjem izraza (2-3) sa serijskim otporom dobije se:

(

* (2-5)

18

Dodavanjem paralelnog otpora u jednadžbu (2-5) dobivamo:

(

*

(2-6)

2.2. Utjecaj temperature na karakteristiku FN ćelije

Radna temperatura ima veliki utjecaj na električne karakteristike fotonaponske

ćelije. Kako temperatura ćelije može narasti i do 65°C, a u svemirskim

aplikacijama i više, bitno je utjecaj temperature što detaljnije analizirati.

Utjecaj temperature na reverznu struju zasićenja može se izraziti kao:

(

*

*

(

)+

(2-7)

Gdje je:

– referentna temperatura ćelije [K]

– referentna reverzna struja zasićenja [A]

– energija pojasa poluvodiča (za silicij 1.12 eV)

Porastom temperature rasti će i struja Ipv prema izrazu:

( ( )) (2-8)

Gdje je:

– referentna struja fotonaponskog izvora [A]

– referentna sunčeva dozračenost [W/m2]

– koeficijent temperaturne ovisnosti struje kratkog spoja

19

Utjecaj temperature na Voc može se izraziti kao:

( ) (2-9)

Gdje je:

– referentni napon praznog hoda fotonaponskog izvora [V]

– koeficijent temperaturne ovisnosti napona praznog uhoda

Utjecaj temperature na I-U karakteristiku može se vidjeti na slici 2.11.

Slika 2.11 Utjecaj temperature na I-U karakteristiku FN ćelije

Sa slike 2.11 možemo vidjeti da temperatura značajno utječe na napon

praznog hoda, dok se struja kratkog spoja jako malo mijenja, zanemarivo u odnosu

na napon.

20

3. Povezivanje fotonaponskih ćelija i panela

Fotonaponska ćelija temeljni je gradivni blok fotonaponskog sustava.

Individualne fotonaponske ćelije su obično malih dimenzija (od 1 do 15 cm), te u

prosjeku proizvode od 1 do 2 W. Budući da je izlazna snaga ćelije premala, električno

se povezuju u fotonaponski panel (modul) kako bi ostvarili adekvatnu izlaznu snagu.

Da bi se postigla još veća snaga fotonaponski paneli se takoĎer meĎusobno

povezuju tvoreći tako fotonaponsko polje (slika 3.1). Fotonaponsko polje može biti

cjelokupno proizvodno postrojenje, sastavljeno od jednog pa do nekoliko tisuća

modula, ovisno o potrebnoj izlaznoj snazi.

Slika 3.1 Od FN ćelije do FN panela (modula) i FN polja

3.1. Povezivanje fotonaponskih ćelija

Fotonaponske ćelije moguće je spajati u seriju i u paralelu. Spajanjem

fotonaponskih ćelija u seriju povećava se iznos napona, dok struja koja teče kroz njih

ostaje ista (slika 3.2). U slučaju da se želi postići veća struja fotonaponskih panela

potrebno je ćelije spojiti paralelno, tj. spojem u paralelu napon se ne mijenja, dok se

struja povećava sa brojem ćelija. U praksi se fotonaponske ćelije obično ne spajaju u

paralelu, već samo serijski [4] i [5].

21

Slika 3.2 Utjecaj serijski spojenih FN ćelija na I-U karakteristiku

Fotonaponski panel koji se sastoji on ns serijski i np paralelno spojenih ćelija

može se opisati izrazom:

(

(

) *

(3-1)

3.2. Povezivanje fotonaponskih panela (modula)

Fotonaponski se paneli kao i fotonaponske ćelije mogu spajati u seriju kako bi

se povećao napon ili u paralelu kako bi se povećala struja. Fotonaponska polja

obično su sastavljena od kombinacije serijski i paralelno spojenih panela kako bi se

povećala snaga.

Fotonaponski paneli spojeni u seriju utječu na I-U karakteristiku na sličan

način kao i fotonaponska ćelija. Ukupni napon je zbroj napona pojedinih panela

(slika 3.3).

22

Slika 3.3 Serijski spojeni fotonaponski paneli

Ako se želi postići veća struja potrebno je fotonaponske panele spojiti u

paralelu. Utjecaj paralelno spojenih panela na I-U karakteristiku može se vidjeti na

slici 3.4.

Slika 3.4 Paralelno spojeni fotonaponski paneli

23

Fotonaponsko polje se obično spaja kao kombinacija serijski i paralelno

spojenih panela. Time se postiže veća snaga panela. Postoje dva načina spajanja

panela u seriju/paralelu (slika 3.5):

a) Paneli se spajaju u seriju kao nizovi koji se nakon toga spajaju u paralelu

b) Paneli se prvo spajaju u paralelu, a nakon toga se ta kombinacija panela spaja

u seriju

Načini spajanja panela ne utječu na I-U karakteristiku. MeĎutim, ako se odspoji niz

serijski spojenih panela radi servisiranja, polje će i dalje davati potrebni napon, uz

smanjenu struju, što nije slučaj kod drugog načina spajanja. Iz tih razloga

preporuča se spajati panele prema prvom načinu spajanja [5].

Slika 3.5 Dva standardna načina spajanja fotonaponskih panelaM

Fotonaponsko polje koje se sastoji od Ns serijski i Np paralelno spojenih

panela može se opisati sa:

(

(

(

)

)

)

(

*

(

* (3-2)

24

4. Upravljivi istosmjerni izvor kao emulator FN panela

Istosmjerni izvor Magna Power Electronics (MPE) serije XR (slika 4.1) pripada

grupi strujno upravljivih pretvarača koji su robusniji na promjene tereta u

odnosu na ostale preklopne izvore. Ova tehnologija omogućava izvoru da radi

pod uvjetima kratkog spoja, praznog hoda, te naravno izmeĎu ta dva područja.

Istosmjerni izvori MPE serije XR mogu raditi kao naponski ili kao strujni izvor,

ovisno o upravljačkim postavkama i teretu. Ako radi kao naponski izvor, a teret

raste iznad postavljene vrijednosti struje, izvor će se automatski prebaciti u strujni

način rada te će dalje raditi kao strujni izvor. Istosmjerni izvori MPE serije XR

omogućavaju master/slave paralelni i serijski način rada. Ova opcija omogućava

spajanje više izvora u paralelu ili seriju kako bi se povećala izlazna struja ili

napon. Upravljivi istosmjerni izvor tvrtke Magna Power Electronics imaju u sebi tri

razine preko naponske/strujne zaštite: gašenje IGBT-a, prekid dovoda glavnog

napajanja, te ulazni osigurači. Nakon što se dogodi preko naponska/strujna

pogreška, izvor mora biti resetiran. Upravljivi istosmjerni izvor tvrtke Magna Power

Electronics kompatibilan je sa programskim paketom Labview. Uz njega dolaze i

odgovarajući driveri pomoću kojih se može upravljati sa njime [6].

Slika 4.1 Upravljivi istosmjerni izvor tvrtke Magna Power Electronics

25

Upravljivi istosmjerni izvor tvrtke Magna Power Electronics imaju mogućnost

emulirati različite izvore kao što su baterije, gorive ćelije, fotonaponska polja i sl. Ove

emulacije postižu se modulacijom, tj. programiranjem izlaznog napona ili struje

koristeći sučelje za upravljanjem istosmjernim izvorom (engl. Remote Interface

Software) ili pomoću SCPI naredaba. Kako bi se simuliralo fotonaponsko polje,

potrebno je spojiti izvod 24 od JSI sa izvodom 25 od JSI (slika 4.2) [7].

Slika 4.2 Način spajanja JSI izvoda da bi se postigla emulacija FN polja

Za simulaciju fotonaponskog polja takoĎer treba postaviti modulacijski

upravljački parametar na naponsko upravljanje (prvi parametar postaviti na 1), te

koristiti multiplikaciju (drugi parametar postaviti na 0). Sintaksa modulacije za

podešavanje emulatora fotonaponskog polja: MOD:TYPE:SEL 1,0. Modulacija se

može opisati kao:

(4-1)

Gdje je:

– postavna vrijednost napona

– modulacijski multiplikator kao funkcija VMOD ulaza

26

Na slici 4.3. prikazan je primjer tipične I-U karakteristike nekog fotonaponskog

polja, a u tabeli 4.1. prikazan je primjer modulacijske tablice za emulaciju FN polja

(tipa 0) [7].

Slika 4.3 Primjer I-U karakteristike za FN polje

Tablica 4.1 Primjer modulacijske tablice za emulaciju FN polja (tipa 0)

27

U Laboratoriju za obnovljive izvore energije LARES-u (engl. LAboratory for

Renewable Energy Sources) postoji upravljivi istosmjerni izvor Magna Power

Electronics serije XR, model XR200-10, koji spada u kategoriju snage do 2KW. U

tabeli 4.2. dane su karakteristike za model XR 200-10.

Tablica 4.2 Karakteristike MPE izvora serije XR200-10 [6]

4.1. Suĉelje za upravljanje MPE izvorom

Sučelje za upravljanje RIS (engl. Remote Interface Software) sa upravljivim

istosmjernim izvorom Magna Power Electronics serije XR dolazi u paketu sa samim

ureĎajem. Sučelje pruža korisniku jednostavan i intuitivan način rada s MPE izvorom

uz upravljanje računalom. IP adresa za spajanje MPE izvora sa sučeljem je:

XR200-10: 169.254.227.81:50505

Sučelje za upravljanje RIS sastoji se od šest prozora:

Virtualna kontrolna ploĉa (engl. Virtual Control Panel) emulira prednju ploču

MPE izvora serije XR [7]

Slika 4.4 Virtualna kontrolna ploča

28

Naredbena ploĉa (engl. Command Panel) služi za programiranje i čitanje

SCPI naredbe na vrlo jednostavan način [7]

Slika 4.5 Naredbena ploča

Registar ploĉa (engl. Register Panel), služi za programiranje i čitanje registara [7]

Slika 4.6 Registar ploča

29

Kalibracijska ploĉa (engl. Calibration Panel) omogućava podešavanje

digitalnog potenciometra [7]

Slika 4.7 Kalibracijska ploča

Firmware ploĉa (engl. Firmware Panel) omogućuje da se ugraĎenom

programu napajanja izvrši nadogradnja [7]

Slika 4.8 Firmware ploča

30

Modulacijska ploĉa (engl. Modulation Panel) služi nam za programiranje

parametara modulacije, za naš slučaj vrijedi: MOD:TYPE:SEL 1,0.

Modulacijska ploča takoĎer sadrži modulacijsku tablicu koja može imati

maksimalno 50 točaka. Modulacija ulaznog napona VMOD mora biti upisana u

uzlaznom redoslijedu, dok Mod(VMOD) mora biti u silaznom redoslijedu (od 1

do 0). U slučaju da ima manje od 50 točaka u tablici, VMOD mora završavati

sa 9999 (Tablica 4.1) [7].

Slika 4.9 Modulacijska ploča

31

5. Simulator fotonaponskih panela

U ovom poglavlju opisana je izrada upravljačkog programa za Magna Power

Electronics emulator fotonaponskih panela u programskom okruženju LabView.

Upravljački program, na temelju vremenskog profila upadne sunčeve dozračenosti na

panel i temperature panela, šalje statičke karakteristike fotonaponskog panela

Magna emulatoru u stvarnom vremenu. Na slici 5.1 možemo vidjeti prednju ploču

(engl. Front Panel) upravljačkog programa izraĎenog u programskom okruženju

LabView.

Slika 5.1 Prednja ploča simulatora fotonaponskih panela

Upravljački program (u daljnjem tekstu zvan Simulator fotonaponskih panela)

blokovski je prikazan na slici 5.2.

Slika 5.2 Blokovski prikaz realiziranog simulatora FN panela

ULAZNI

PARAMETRI

REALIZACIJA

FOTONAPONSKOG PANELA

GENERIRANJE

KARAKTERISTIKE

MAGNA

ISPIS

32

5.1. Ulazni parametri

Ulazni parametri korišteni u ovom fotonaponskom panelu prikazani su u tabeli

5.1. Parametri Gt i Tc promjenljivi, ovisno o željenom sunčevom dozračenju i

temperaturi fotonaponske ćelije. TakoĎer, korisnik može u svakom trenutku

povećavati ili smanjivati broj serijski i paralelno spojenih panela. Ostali parametri

preuzeti su sa jednog stvarnog fotonaponskog panela, i u slučaju da korisnik želi

simulirati fotonaponski panel sa drugim parametrima lako ih je promijeniti na prednjoj

ploči simulatora fotonaponskih panela.

Tablica 5.1 Parametri simulatora FN panela

PARAMETAR IZNOS JEDINICA OPIS

Gt, ref 1000 W/m2 Referentna sunčeva dozračenost

Gt Promjenljivo W/m2 Sunčeva dozračenost

Tc,ref 298,15 K Referentna temperatura FN ćelije

Tc Promjenljivo K Temperatura FN ćelije

Ipv,ref 8,1369 A Referentna struja FN panela

I0,ref 1.45E-7 A Referentna struja zasićenja diode

Voc,ref 29,7 V Referentni napon FN panela

KI 0.0041 - Koeficijent temperaturne ovisnosti Ipv

KV -0,105 - Koeficijent temperaturne ovisnosti Voc

Rs 0,34 Ω Serijski parazitni otpor

Rp 400 Ω Paralelni parazitni otpor

a 1,35 - Faktor idealnosti diode

ns 48 - Broj FN ćelija spojenih u seriju

Ns 1 - Broj serijski spojenih panela

Np 1 - Broj paralelno spojenih panela

Eg 1,12 eV Energija pojasa poluvodiča

k J/K Boltzmannova konstanta

q C Elementarni naboj elektrona

33

5.2. Realizacija fotonaponskog panela

Fotonaponski panel realiziran je pomoću izraza (3-2). Kako je taj izraz

implicitan, potrebno ga je riješiti iterativno jednom numeričkom metodom. Rješenje

jednadžbe realizirano je metodom sekante, čiji je postupak dan slijedećim izrazom

[15]:

(5-1)

Simulator fotonaponskih panela ima mogućnost rada sa uključenim ili sa

isključenim parazitskim otporom Rp, koji se može podešavati sklopkom na prednjoj

ploči simulatora fotonaponskog panela.

a) Rp uključen

Početni uvjeti: i

(

(

)

)

(

*

(

* (5-2)

(

(

)

)

(

*

(

* (5-3)

Uvrštenjem u jednadžbu (5-1) dobije se .

Sljedeća iteracija:

34

b) Rp isključen

Početni uvjeti: i

(

(

)

)

(5-4)

(

(

)

)

(5-5)

Uvrštenjem u jednadžbu (5-1) dobije se .

Sljedeća iteracija:

Iz jednadžbe (3-2) vidimo da nam je potrebna struja fotonaponskog panela IPV

i struja zasićenja diode I0. Njih možemo izračunati pomoću izraza (2-7) i (2-8). Napon

V je odreĎen tako da je za 10% veći od VOC i iterativno se računa na slijedeći način:

(5-6)

Gdje je:

– trenutni broj iteracija

– broj točaka karakteristike (max. 50)

Napon fotonaponskog panela Voc možemo izračunati iz izraza (2-9).

35

5.3. Generiranje karakteristike

Nakon što smo realizirali model fotonaponskog modela, slijedi grafički prikaz

karakteristike. Na slikama 5.3 i 5.4 su prikazane dobivene I-U i P-U karakteristike

fotonaponskog panela za dane parametre iz poglavlja 5.1.

Slika 5.3 I-U karakteristika fotonaponskog panela

Slika 5.4 P-U karakteristika fotonaponskog panela

36

5.4. Magna ispis

Potrebno je generirati modulacijsku tablicu prema primjeru iz tablice 4.1. Kao

što je već spomenuto u poglavlju 4. modulacijska tablica može imati maksimalno 50

točaka. Ukoliko stvarni broj točaka premaši 50, aktivira se svijetleći indikator u crveno

i zaustavlja program. Modulacija ulaznog napona VMOD mora biti upisana u

uzlaznom redoslijedu, dok Mod(VMOD) mora biti u silaznom redoslijedu (od 1 do 0).

U slučaju da ima manje od 50 točaka u tablici, VMOD mora završavati sa 9999.

Nakon što smo generirali modulacijsku tablicu, možemo je prebaciti prema Magna

izvoru. Modulacijska tablica se prebacuje u Magnu uključenjem tipke „MAGNA ISPIS“

ili promjenom dozračenja ili temperature FN panela(slika 5.5). Tijek upisa

karakteristike u Magnu može se promatrati svjetlećim indikatorom „Upis

karakteristike“ takoĎer na vidljiv na slici 5.5.

Slika 5.5 Dio prednje ploče simulatora FN panela vezan za Magna ispis

Nakon što se karakteristika prebaci u Magnu, možemo uključiti pretvarač

tipkom „UKLJUCI PRETVARAC“ na prednjoj ploči simulatora fotonaponskog panela

(slika 5.5) ili izravno na upravljivom istosmjernom Magna izvoru tipkom „START“

(slika 4.1). TakoĎer na isti način možemo isključiti pretvarač na prednjoj ploči

simulatora tipkom „ISKLJUCI PRETVARAC“ ili na upravljivom Magna izvoru tipkom

„STOP“. Upravljivi istosmjerni Magna izvor mjeri napon i struju (Voltage Setting i

Current Setting na slici 5.5) te ispisuje njihovu vrijednost na grafu I-U i P-U

karakteristike crvenom točkom, kao što se može vidjeti na slici 5.3 i slici 5.4.

Napomena: Prije korištenja strujnog upravljivog izvora Magna, potrebno je u bloku

inicijalizacije isključiti sklopku „Reset“ i postaviti je na „Don't reset“, jer se nakon

svakog gašenja programa on postavlja na „Reset“.

37

6. Ispitivanje rada emulatora na elektroniĉki upravljivom teretu

Rad emulatora fotonaponskih panela ispitan je na elektronički upravljivom

teretu. Na slici 6.1. prikazan je Magna upravljivi izvor i elektronički upravljivi teret HP

6050 A. Ispitivanje je provedeno za različite iznose struja tereta.

Slika 6.1 Ispitivanje rada emulatora na elektronički upravljivom teretu

Na slici 6.2. prikazan je odziv I-U karakteristike na kojem su crvenim točkama

prikazani iznosi struje i napona strujnog upravljivog pretvarača Magna za različite

iznose struja tereta. Na slici 6.3. prikazan je odziv P-U karakteristike na kojoj su

crvenom točkom prikazani iznosi izlazne snage strujnog upravljivog pretvarača

Magna. U tabeli 6.1. prikazani su iznosi struje i napona strujnog upravljivog

pretvarača Magna za različite iznose struja tereta. Prilikom ispitivanja ovog primjera

korišteno je dozračenje Gt=500 W/m2, te temperatura Tc = 20°C.

38

Slika 6.2 I-U karakteristika FN panela za Gt=500 W/m2

Slika 6.3 P-U karakteristika FN panela za Gt=500 W/m2

39

Tablica 6.1 Iznosi struje i napona strujnog upravljivog pretvarača Magna za različite iznose struja tereta

TERET MAGNA PRETVARAĈ

STRUJA [A] STRUJA [A] NAPON [V]

0 0.09 29.2

0.5 0.57 28.8

1 1.1 28.2

1.5 1.58 27.8

2 2.11 27.1

2.5 2.6 26.5

3 3.1 25.6

3.6 3.7 23.5

4 4 19.1

Ispitivanje je provedeno za još nekoliko različitih iznosa dozračenja i

temperature, da se u potpunosti provjeri ispravnost simulatora fotonaponskih panela.

Na slikama 6.4 i 6.5 prikazane su I-U i P-U karakteristike na kojima su prikazane

točke za slučaj maksimalne snage i za slučaj kratkog spoja, pri čemu je iznos

dozračenja Gt=900 W/m2 i temperatura Tc = 50°C.

Slika 6.4 I-U karakteristika FN panela za Gt=900 W/m2

40

Slika 6.5 P-U karakteristika FN panela za Gt=900 W/m2

41

7. Fotonaponski sustav

Fotonaponski sustav sastoji se od fotonaponskog panela, istosmjernog

pretvarača, regulatora i trošila. Na slici 7.1 blokovski je prikazan fotonaponski sustav.

Slika 7.1 Blokovski prikaz fotonaponskog sustava

Na slici 7.2 prikazan je fotonaponski sustav realiziran u programskom paketu

Matlab Simulink. Fotonaponski sustav sastoji se od modela fotonaponskog panela,

istosmjernog silazno-uzlaznog pretvarača i regulatora za praćenje maksimalne snage

fotonaponskog panela.

Slika 7.2 Fotonaponski sustav realiziran u Matlab Simulinku

42

7.1. Model fotonaponskog panela

Fotonaponski ćelije i fotonaponski paneli detaljno su objašnjeni u poglavljima 2

i 3. Na slici 7.3 prikazan je model fotonaponskog panela realiziran u Matlab

Simulinku. Ulazni parametri u model su sunčevo dozračenje Gt, temperatura ćelije Tc

i struja panela Ipv, dok su izlazni parametri napon panela Upv i snaga panela Ppv.

Prilikom simulacije korištena su 3 fotonaponska panela spojena u seriju. Parametri za

simulaciju uzeti su sa stvarnog fotonaponskog panela modela SOLVIS SV215, a

prikazani su u tabeli 7.1.

Slika 7.3 Model fotonaponskog panela realiziran u Matlab Simulinku

Tablica 7.1 Parametri fotonaponskog panela Solvis SV215 [9] i [15]

PARAMETAR IZNOS JEDINICA OPIS

Gt, ref 1000 W/m2 Referentna sunčeva dozračenost

Gt Promjenljivo W/m2 Sunčeva dozračenost

Tc,ref 298,15 K Referentna temperatura FN ćelije

Tc Promjenljivo K Temperatura FN ćelije

Ipv,ref 8,036 A Referentna struja FN panela

I0,ref 1.67E-7 A Referentna struja zasićenja diode

Voc,ref 36,8 V Referentni napon FN panela

KI 0.0041 - Koeficijent temperaturne ovisnosti Ipv

KV -0,13 - Koeficijent temperaturne ovisnosti Voc

Rs 0,3 Ω Serijski parazitni otpor

Rp 400 Ω Paralelni parazitni otpor

a 1,35 - Faktor idealnosti diode

ns 60 - Broj FN ćelija spojenih u seriju

Ns 3 - Broj serijski spojenih panela

Np 1 - Broj paralelno spojenih panela

Eg 1,12 eV Energija pojasa poluvodiča

k J/K Boltzmannova konstanta

q C Elementarni naboj elektrona

43

7.2. Silazno-uzlazni istosmjerni pretvaraĉ

Uloga istosmjernog pretvarača je da zajedno s regulatorom za traženje

maksimuma snage osigura rad fotonaponskog panela u točki maksimalne snage. Na

slici 7.4 prikazana je opća shema silazno-uzlaznog pretvarača (engl. Buck-Boost

Converter). Silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač se može dobiti pomoću kaskadnog

spoja dvaju osnovnih istosmjernih pretvarača: silaznog i uzlaznog. Kada je sklopka

uključena izvor predaje energiju zavojnici i dioda je zaporno polarizirana. Kada je

sklopka isključena energija akumulirana u zavojnici se predaje trošilu. Pri ovoj analizi

pretpostavit ćemo da je izlazni kondenzator dovoljno velik da se izlazni napon može

smatrati konstantnim [10], [12], [13].

Slika 7.4 Silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač

Matematičke formule koje opisuju silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač bez

gubitaka u elementima dane su izrazima (7-1) i (7-2):

(7-1)

(7-2)

Uzimajući u obzir i otpore elemenata (RL i RC), matematičke formule koje

opisuju silazno-uzlazni pretvarač dane su formulama (7-3) do (7-5):

(7-3)

(7-4)

44

( ) (7-5)

Za silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač sa slike 7.4 vrijedi:

(7-6)

Gdje je:

- Izlazni napon silazno-uzlaznog pretvarača

- Ulazni napon silazno-uzlaznog pretvarača

– faktor voĎenja (engl. Duty cycle)

U radu je korišten neinvertirajući silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač čija je

shema prikazana na slici 7.5.

Slika 7.5 Neinvertirajući silazno-uzlazni istosmjerni pretvarač

U tabeli 7.2 prikazani su odabrani parametri za potrebe našeg silazno-

uzlaznog istosmjernog pretvarača. Iz danih parametara potrebno je izračunati

induktivitet L i kapacitet C.

Tablica 7.2 Odabrani parametri silazno-uzlaznog pretvarača

PARAMETAR IZNOS JEDINICA OPIS

Vin 60-100 V Ulazni napon

Vout 56 V Izlazni napon

Pout 500 W Izlazna snaga

f 20000 Hz Frekvencija

45

Izlaznu struju i otpor tereta možemo izračunati pomoću relacija:

(7-7)

(7-8)

Budući da nam je ulazni napon u rasponu od 60V do 100V, sljedeće

parametre rješavamo za 2 slučaja, kad je Vin=60V i kad je Vin=100V. Ulaznu struju,

faktor voĎenja i struju zavojnice računamo pomoću slijedećih relacija:

(7-9)

(7-10)

(7-11)

Induktivitet L i kapacitet C možemo izračunati pomoću slijedećih elacija [11]:

(7-12)

(7-13)

Gdje je:

– dozvoljena valovitost struje zavojnice (20%),

– dozvoljena valovitost izlaznog napona (0.5%),

Tablica 7.3 Izračunati parametri silazno-uzlaznog pretvarača

PARAMETAR IZNOS JEDINICA OPIS

Iout 8.93 A Izlazna struja

Rout 6.27 Ω Otpor tereta

Iin 8.33 5 A Ulazna struja

D 0.48 0.36 - Faktor voĎenja

IL 17.35 13.89 A Struja zavojnice

L 415 648 µH Induktivitet

C 765 574 µF Kapacitet

46

8. Neizraziti MPPT regulator

Cilj regulatora za traženje maksimuma snage fotonaponskog panela (engl.

MPPT Controler, Maximum Power Point Tracking Controler) je dovesti fotonaponski

sustav u radnu točku maksimalne snage i održavati ga u njoj neovisno o

poremećajima u koje spadaju promjene temperature panela, promjena dozračenosti

ili promjena opterećenja sustava.

Na slici 8.1. prikazana je P-U karakteristika na kojoj je označena točka

maksimalne snage. Točka maksimalne snage nalazi se u točki ekstrema gdje je

derivacija

. Na lijevoj strani karakteristike derivacija je pozitivna, dok je na

desnoj strani negativna.

Slika 8.1 P-U karakteristika FN panela

47

Budući da se točka maksimalne snage nalazi se u točki ekstrema gdje vrijedi:

(8-1)

Izraz (8-1) možemo raspisati ovako:

(8-2)

Iz (8-2) sljedi:

(8-3)

Kada je zadovoljen uvjet (8-3) tada se postiže maksimalna moguća snaga.

8.1. Realizacija neizrazitog regulatora za praćenje toĉke

maksimalne snage

Izvedba regulatora može se vidjeti na slici 8.2. Ulaz u neizraziti regulator je

uvjet (8-3), a izlaz je promjena faktora voĎenja . Uvjet (8-3) nam govori s koje

strane karakteristike se nalazimo i u ovisnosti o udaljenosti od središta neizrazitom

logikom (engl. Fuzzy Logic) se regulira točka maksimalne snage.

Slika 8.2 Načelna shema izvedbe neizrazitog regulatora

Realizacija neizrazitog regulatora (engl. Fuzzy Controller) za praćenje točke

maksimalne snage u Matlab Simulinku prikazana je na slici 8.3.

48

Slika 8.3 Neizraziti MPPT regulator realiziran u Matlab Simulinku

Prilikom projektiranja neizrazitog regulatora korišteno je 7 funkcija pripadnosti

(engl. Membership Function) trokutastog oblika [16]. Funkcijom pripadnosti definirano

je za koliko točka trenutne snage odstupa od točke maksimalne snage.

Slika 8.4 Funkcije pripadnosti neizrazitog MPPT regulatora

49

U tabeli 8.1 dana su korištena pravila neizrazitog MPPT regulatora, tj. kolika je

promjena faktora voĎenja za pojedini slučaj. Kada smo bliže središtu onda je

potrebna manja promjena faktora voĎenja nego kad smo na većoj udaljenosti od

središta. Nalazimo li se s lijeve strane karakteristike trebamo povećavati iznos faktora

voĎenja, dok s desne strane moramo smanjivati iznos faktora voĎenja. Na slici 8.1

možemo vidjeti da je na krajnjoj lijevoj strani d=0, a na krajnjoj desnoj strani d=1.

Tablica 8.1 Pravila neizrazitog MPPT regulatora

VD SD MD S ML SL VL

-0.001 -0.0005 -0.0001 0 0.0001 0.0005 0.001

8.2. Simulacijski rezultati

Na sljedećim slikama prikazani su odzivi dobiveni simulacijom neizrazitog

regulatora za praćenje točke maksimalne snage. Na slikama 8.5 i 8.6 prikazani su

odzivi na promjenu dozračenosti, u prvom slučaju s 600W/m2 na 700W/m2 , a u

drugom slučaju s 600W/m2 na 500W/m2 , pri čemu je u oba slučaja temperatura Tc

konstantna i iznosi Tc=25°C. Na slikama 8.7 i 8.7 prikazani su odzivi na promjenu

temperature, u prvom slučaju s 20°C na 25°C , a u drugom slučaju s 30°C na 25°C,

pri čemu je u oba slučaja dozračenost Gt konstantna i iznosi Gt =700 W/m2. Na

odzivima svijetloplavom bojom označena je maksimalna moguća snaga koju je

moguće izvući iz fotonaponskog sustava za danu dozračenost i temperaturu. Na

odzivima vidimo da snaga fotonaponskog panela i izlazna snaga iz pretvarača ne

postižu iznos maksimalne moguće snage, ali postižu iznos snage koji je vrlo blizu

maksimalnoj snazi. Postoji nejednolika pogreška u ulaznoj snazi, regulator nekad

prije, a nekad poslije uĎe u područje kada je . To ovisi o radnoj točki budući da

je područje definirano kao neizraziti skup i sustav je nelinearan.

50

Slika 8.5 Odziv na promjenu dozračenosti s 600W/m2 na 700W/m2

Slika 8.6 Odziv na promjenu dozračenosti s 600W/m2 na 500W/m2

51

Slika 8.7 Odziv na promjenu temperature s 20°C na 25°C

Slika 8.8 Odziv na promjenu temperature s 30°C na 25°C

52

9. Zakljuĉak

U ovom radu izraĎen je emulator rada fotonaponskih panela i neizraziti

regulator za praćenje točke maksimalne snage na njegovim strujno-naponskim

karakteristikama. Pomoću emulatora fotonaponskih panela moguće je upravljati sa

upravljivim istosmjernim izvorom Magna Power Electronics. Emulator rada

fotonaponskih panela izraĎen u programskom paketu LabVIEW i on na temelju

vremenskog profila upadne sunčeve dozračenosti na panel i temperature panela,

šalje statičke karakteristike fotonaponskog panela Magna emulatoru u stvarnom

vremenu. Rad emulatora je eksperimentalno provjeren na elektronički upravljivom

teretu HP 6050 A, pri čemu se pokazalo da emulator rada fotonaponskih panela radi

ispravno za sve promjene dozračenosti ili temperature fotonaponskog panela.

Emulator rada fotonaponskih panela vrlo je jednostavan i pregledan za korištenje, a s

druge strane vrlo je koristan. Moguća je i nadogradnja emulatora rada fotonaponskih

panela tako da se uvede estimacija dozračenja. U drugom dijelu rada projektiran je

neizraziti regulator za praćenje točke maksimalne snage na strujno-naponskoj

karakteristici fotonaponskih panela. Regulator dovodi fotonaponski sustav u radnu

točku maksimalne snage i održava ga u njoj neovisno o poremećajima u koje spadaju

promjena temperature panela i promjena dozračenosti. Rad regulatora maksimalne

snage simulacijski je provjeren u okruženju Matlab Simulink, pri čemu se vidi da

snaga fotonaponskog panela i izlazna snaga iz pretvarača ne postižu iznos

maksimalne moguće snage, ali postižu iznos snage koji je vrlo blizu maksimalnoj

snazi.

53

Literatura

[1] Majdandžić Lj., Fotonaponski sustavi, Instrument pretpristupne pomoći –

Obnovljivi izvori energije (IPA-OIE), 2007.

[2] AltE University, World Solar Insolation Values,

http://www.altestore.com/howto/Tools-Calculators-Reference/Reference-

Materials/Solar-Insolation-Map-World/a43/ , svibanj 2011.

[3] Princip rada fotonaponskih ćelija, 2007, http://www.altestore.com/howto/Tools-

Calculators-Reference/Reference-Materials/Solar-Insolation-Map-World/a43/ ,

svibanj 2011.

[4] Radman M., Simulator fotonaponskih panela, Diplomski rad, Fakultet

elektrotehnike i računarstva, 2010.

[5] Gilbert M. Masters, Renewable and Efficient Electric Power Systems, John

Wiley& Sons, INC., New Jeresy, 2004.

[6] XR SERIES II brochure, 2kW, 4kw, 6kW and 8kW DC Power Supply, Magna

Power Electronics, 2009.

[7] Operating and Service Manual, XR SERIES, DC Power Supplies, Magna

Power Electronics, 2010.

[8] Maksimović A., Numeričke metode, Metoda sekante, Institut RuĎer Bošković,

2006.

[9] SOLVIS fotonaponski moduli, model SV215, http://www.solvis.hr/pocetna.html,

travanj 2011.

[10] Ang S., Oliva A., Power-Switching Converters, second edition, Taylor &

Francis, 2005.

[11] Hruškar K., Algoritmi za praćenje Sunca po azimutu i elevaciji s ciljem

maksimizacije isporučene snage iz fotonaponskog sustava, Diplomski rad,

Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2011.

[12] Erickson R.W., Fundamentals of Power Electronics, second edition,

University of Colorado, Kluwer Academic Publishers, 2004.

[13] Kazimierczuk M. K., Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters,

John Wiley and Sons, 2008.

54

[14] Aldobhani A., maximum Power Point Tracking of PV System Using

ANFIS Prediction and Fuzzy Logic Tracking, De Montfort University, United

Kingdom, 2008.

[15] Pavlović T., Hruškar K, Perić N., Algoritmi za maksimizaciju isporučene

snage iz fotonaponskog sustava, 34. MeĎunarodni skup MIPRO, Opatija 2011.

[16] Fuzzy Logic Toolbox User's Guide, for use with MATLAB, The

MathWorks, 2002.