Funcționarea sistemului baterie solară – acumulator electric

Marius Babescu, Ioan Borza, Ovidiu Gana, Florin Lăcătușu

În această lucrare se prezintă funcționarea unei baterii solare (BS) debitând direct pe un acumulator electric (AE). Prin adaptarea potrivită a BS la AE, în sensul că tensiunile de funcționare în gol pentru cele două componente (AE și BS) ale sistemului electroenergetic trebuie să fie potrivit alese, se realizează obținerea, pe durata unei zile, a unei valori a energiei foarte apropiată de valoarea maxim posibilă, când BS funcționează în punctul de putere maximă MPP. Soluția propusă este mult mai economică decât cea clasică: BS + DC – DC + AE deoarece nu mai este necesar convertorul curent continuu – curent continuu, (DC – DC).

1. INTRODUCERE

Din categoria surselor de energie regenerabile, sistemele electroenergetice solare devin din ce în ce mai folosite în obținerea de energie electrică [1, 5, 6].

În toate lucrările ce au în vedere energia electrică obținută din energie solară, prin efect fotovoltaic [3, 4, 9, 10], se preconizează ca sistemul cu BS (sistem cu mai multe panouri fotovoltaice), să funcționeze în punctele de putere maximă, MPP [11, 12]. Pentru realizarea acestui regim de funcționare se impune ca între BS și AE să fie un convertor DC – DC și deci sistemul devine scump și în general nerentabil economic.

Prin modificarea rezistenței de sarcină echivalente de la bornele bateriei solare se încearcă ca funcționarea sistemului să fie cât mai aproape de punctul de putere maximă, dar acest punct nefiind cunoscut, se realizează o funcționare la o putere sub cea maximă [9, 11]. Toate aceste metode de modificare a rezistenței de sarcină echivalente presupun costuri ridicate pentru echipamentele electronice complexe, în speță convertoare DC – DC, [16], și în multe aplicații investițiile devin nerentabile.

Puterea primită de la Soare se modifică continuu și sistemul: (BS + DC – DC + AE), figura 1, trebuie să fie astfel reglat încât să funcționeze în apropierea punctului de putere maximă.

Pentru a reduce costurile instalațiilor energetice solare trebuie realizate echipamente ieftine și eficiente, așa cum se propune în prezenta lucrare.

Prin modelarea matematică a caracteristicilor tensiune – curent se propune o estimare, prin calcularea energiei obținute, a rentabilității funcționării sistemului BS + AE.

Coordonatele punctului de putere maximă POPTIM, (tensiune: UOPTIM, curent: IOPTIM), se modifică în timp depinzând de condițiile meteo (intensitatea radiației solare PS) și din acest motiv sarcina echivalentă la bornele modulului PV trebuie corelată cu valoarea intensității radiației solare [15, 17].

Prin măsurarea puterii radiante solare PS se pot determina mărimile fundamentale ce caracterizează funcționarea BS în punctele de putere maximă, MPP, și anume:

– rezistența de sarcină optimă ROPTIM, cu modelul matematic al BS, sau în varianta simplificată prin raportul tensiunilor la funcționarea în gol pe curentul la scurtcircuit (figura 2);

– puterea electrică utilă maxim disponibilă: POPTIM;

– curentul IOPTIM și tensiunea UOPTIM corespunzătoare punctului de putere maximă.

Determinarea coordonatelor punctului de putere maximă, MPP sau POPTIM, se bazează pe caracteristicile externe U = f(I), (figura 2), ale bateriei solare, BS (sau modulului PV), caracteristici care se modifică în funcție de nebulozitatea din atmosferă.

În cele ce urmează se calculează diferența între energia obținută cu BS debitând direct pe AE și cea maxim posibilă. În acest sens se modelează matematic caracteristicile externe U = f(I), ale bateriei solare – BS.

Articolul integral il puteti citi in editia tiparita a revistei Electricianul nr. 2/2013.

Share