РадиоЛоцман - Все об электронике

Формирователь опорной вольтамперной характеристики для имитатора солнечной панели

В статье описан главный элемент имитатора солнечной панели – формирователь опорной вольтамперной характеристики (ВАХ). Подробно рассматривается конструкция формирователя ВАХ и результаты тестирования. Статья рассчитана на читателей, самостоятельно разрабатывающих контроллеры солнечных панелей.

Держим старые цены на MEAN WELL весь июль!

Определения

В рамках настоящей статьи мы будем использовать термин «солнечная панель» для обозначения одиночного конструктивно оформленного источника фотоэлектрической энергии, определяемого совокупностью электрических и массогабаритных характеристик. При описании формирователя опорной вольтамперной характеристики солнечной панели, являющегося предметом данной статьи, мы будем использовать термин «фотоприёмник» для солнечной панели малого размера. Мы будем использовать термин «имитатор» для обозначения устройства, которое при подключении нагрузки ведет себя подобно солнечной панели.

Как известно, на вольтамперной характеристике солнечных панелей есть замечательная точка, в которой вся фотоэлектрическая система (собственно солнечная панель и преобразователь мощности) работает с максимальной эффективностью. Эта точка называется «точкой максимальной мощности» (TMM) и показана на Рисунке 1.

Вольтамперная характеристика солнечной панели и положение точки максимальной мощности (ТММ).
Рисунок 1. Вольтамперная характеристика солнечной панели и положение
точки максимальной мощности (ТММ).

Наибольшей эффективностью преобразования фотоэлектрической энергии обладают электронные контроллеры, имеющие алгоритм поиска TMM. Разработать и настроить контроллер солнечной панели, работающий постоянно в оптимальном режиме, без источника входного сигнала так же невозможно, как настроить качественный УНЧ без широкодиапазонного генератора сигналов с низкими искажениями. Устройства, моделирующие работу солнечных панелей, называются имитаторами или симуляторами. Стоимость промышленных имитаторов, например продукции фирмы Keysight Technologies, исключает их применение независимыми разработчиками.

«Сердцем» каждого имитатора является узел, формирующий ВАХ, идентичную ВАХ солнечной батареи. Известны несколько методов построения такого узла:

  1. Метод цифрового математического моделирования. Для его практического применения требуется высокопроизводительные микро-ЭВМ с большим объемом памяти. Этот метод, отличающийся предсказуемостью и повторяемостью результатов, используется в основном для разработки и отладки бортовых систем энергоснабжения космических аппаратов.
     
  2. Метод аналогового моделирования за счет использования прямой ветви p-n перехода, например [1]. При практической реализации по этому методу возникают сложности с получением всего спектра ВАХ (в зависимости от освещенности и температуры).
     
  3. Метод, основанный на использовании системы светодиод-фотодиод. При всей кажущейся простоте и очевидности такого подхода при реализации такой системы возникает множество технических проблем, из-за чего этот метод на практике не используется.
     
  4. Метод, предусматривающий использования реальной солнечной панели и регулируемого источника света, создающего световой поток с интенсивностью, близкой к солнечной. Именно такие формирователи обеспечивают параметры ВАХ, идентичные реальным, и позволяющие создавать испытательные стенды с широким изменением освещенности и температуры. Этот метод считается наиболее трудоёмким в реализации.

В статье описывается формирователь ВАХ солнечной панели, реализованный именно по последнему методу.

Описываемый в статье формирователь ВАХ разработан авторами в 2008 году, когда фермерская Северная Италия переживала бум «зеленой энергетики». Контроллеры солнечных батарей на волне роста спроса стоили очень дорого. Поэтому возникла необходимость самостоятельного изготовления этих устройств для собственных нужд. Сейчас обстоятельства заставили вспомнить об имитаторе солнечной панели, который уже много лет служил гнездом для ос. Схем, естественно, никаких не сохранилось. Поэтому пришлось восстанавливать схемы по памяти и измерениям отдельных элементов. Тем не менее, прибор был восстановлен и уже используется.

Плавно переходим к описанию формирователя опорной ВАХ для имитатора солнечной панели.

Формирователь состоит из трех основных узлов:

  • Термостатируемого излучателя светового потока;
  • Термостатируемого фотоприёмника;
  • Электронных схем, обеспечивающих управление световым потоком и поддержанием температуры излучателя и фотоприёмника в заданных пределах.

Блок-схема формирователя опорной ВАХ изображена на Рисунке 2.

Блок-схема формирователя опорной ВАХ.
Рисунок 2. Блок-схема формирователя опорной ВАХ.

Излучатель и фотоприёмник конструктивно объединены в модуль, имеющий размеры 100 × 70 × 50 мм, разделенный на два отсека, имеющих собственные температурные режимы. Отсеки разделены прозрачной перегородкой. Основные элементы этого модуля показаны на Рисунке 3, а внешний вид – на Рисунке 4. Голубыми стрелками показаны направления воздушного потока при охлаждении элементов.

Модуль излучателя и фотоприёмника: 1 - радиатор излучателя, 2 - СОВ излучатель, 3 - прозрачная перегородка, 4 - фотоприёмник, 5 - медная подложка, 6 - вентиляторы, 7- нагреватель.
Рисунок 3. Модуль излучателя и фотоприёмника: 1 – радиатор излучателя,
2 – СОВ излучатель, 3 – прозрачная перегородка, 4 – фотоприёмник,
5 – медная подложка, 6 – вентиляторы, 7– нагреватель.

Рассмотрим конструкцию излучателя светового потока. Излучатель содержит COB-матрицу белых светодиодов размером 40×40 мм, приклеенную термоскотчем к радиатору с общей площадью охлаждения около 180 см2. Пленочный терморезистор приклеен непосредственно на алюминиевую подложку COB, что способствует максимально быстрой реакции на изменение температуры излучателя. Известно, что изменение температуры светодиода ведет к снижению светового потока и изменению спектра излучения со сдвигом в область более коротких волн. Излучатель обдувается 12-вольтовым вентилятором размером 40×40 мм. Воздушный поток направлен вдоль ребер радиатора, а часть потока попадает непосредственно на излучающую поверхность СОВ-модуля, охлаждая люминофор.

Модуль излучателя и фотоприёмника в интерьере прибора.
Рисунок 4. Модуль излучателя и фотоприёмника в интерьере прибора.

Рабочая температура окружающего воздуха, обеспечивающая нормальную работу прибора, находится в диапазоне 20 – 25 °C, что соответствует температуре в лабораторном помещении. Точность поддержания температуры подложки излучателя в стационарном режиме лучше ±1 °C.

Спектр излучения осветителя типичен для любого белого светодиода с цветовой температурой 4000 К.

Осветитель питается постоянным током. От применения ШИМ мы отказались в пользу уменьшения наводок на фотоприёмник, так как последний находится весьма близко от излучателя и имеет к тому же достаточно хорошие частотные свойства.

Конструкция фотоприёмника более сложна. Поликристаллическая солнечная панель на стеклянной основе имеет размеры 40×40 мм, то есть фотоприёмник и излучатель имеют одинаковые физические размеры, что обеспечивает равномерность засветки фотоприёмника – важного условия корректной работы. Напряжение холостого хода фотоприёмника при максимальном световом потоке равно 2.5 В. Ток короткого замыкания при тех же условиях составляет около 25 мА.

Фотоприёмник наклеен на медную подложку толщиной 2 мм через термоскотч, эластичность которого позволяет компенсировать разницу в коэффициентах теплового расширения стекла и меди. В качестве нагревателя используется мощный полевой транзистор, закрепленный на медной подложке без изолирующей прокладки. Температуру фотоприёмника можно изменять шагами по 10 °C от 30 °C до 70 °C. Точность поддержания температуры подложки фотоприёмника в стационарном режиме не хуже ±0.5 °C.

В качестве термочувствительного элемента используется пленочный терморезистор, приклеенный к подложке рядом с транзистором-нагревателем. Калибровка терморезистора для возможности использования в качестве не только датчика, но и термометра, проводилась в прецизионном водном термостате с точностью установки температуры ванны 0.1 °C. Охлаждение фотоприёмника при необходимости оперативной смены температурного режима осуществляется 12-вольтовым вентилятором с размерами 40×40 мм.

Сравнение спектральной чувствительности фотоприёмника, используемого в формирователе опорной ВАХ с известными качественными фотоприёмниками.
Рисунок 5. Сравнение спектральной чувствительности фотоприёмника,
используемого в формирователе опорной ВАХ с известными
качественными фотоприёмниками.

Мы исследовали спектральную чувствительность солнечной панели, используемой в качестве фотоприёмника, и сравнили ее с аналогичным параметром некоторых качественных фотодиодов, например OPT101 и BPW21R. Сравнение выполнено с помощью прибора, описанного в авторской работе [2], на десяти фиксированных длинах волн. Результат сравнения представлен на Рисунке 5.

Выходной сигнал фотоприёмника на частоте 10 кГц.
Рисунок 6. Выходной сигнал фотоприёмника на частоте 10 кГц.

Выше мы упоминали о неплохих частотных свойствах фотоприёмника. На Рисунке 6 представлена осциллограмма выходного сигнала фотоприёмника на частоте 10 кГц в режиме, близком к короткому замыканию. Для сравнения на Рисунке 7 показана осциллограмма выходного сигнала на частоте 1 кГц.

Выходной сигнал фотоприёмника на частоте 1 кГц.
Рисунок 7. Выходной сигнал фотоприёмника на частоте 1 кГц.положение
точки максимальной мощности (ТММ).

Калибровка фотоприёмника происходила следующим образом. В течение нескольких дней подряд при безоблачном небе в полдень, при одном и том же положении фотоприёмника происходили многократные кратковременные (с длительностью экспозиции около 3 с) измерения тока короткого замыкания. Поскольку дело происходило летом во время летнего солнцестояния в сельской местности в предгорьях Доломит, то есть практически при идеальном состоянии атмосферы, усреднённые значения измерений были приняты за 100% шкалы прибора. Точные измерения светового потока фотометром тоже проводились, но результаты измерений утрачены.

После установки фотоприёмника в описанный модуль, подбирался такой ток излучателя и такое расстояние между излучателем и фотоприёмником, чтобы при температуре подложки излучателя и фотоприёмника равной 30 °C, достигался уровень освещенности, равный 100% шкалы. При этом важно было соблюсти два условия. Ток излучателя должен быть меньше максимально допустимого, чтобы избежать быстрой деградации светодиодов, а световой поток от излучателя не должен вызывать нагрев фотоприёмника.

Тестирование формирователя опорной ВАХ для имитатора солнечной панели

Для представления ВАХ в классическом виде необходимо линейно изменять напряжение на выходе фотоприёмника от нуля до напряжения холостого хода. Ток фотоприёмника при этом будет изменяться от тока короткого замыкания до нуля. Кривая мощности при этом будет изменяться по сложной траектории от нуля до нуля, проходя через точку максимальной мощности, как следует из Рисунка 1.

Блок-схема оборудования для тестирования представлена на Рисунке 8.

Блок-схема оборудования для тестирования формирователя опорной ВАХ для имитатора солнечной панели.
Рисунок 8. Блок-схема оборудования для тестирования формирователя опорной ВАХ для имитатора
солнечной панели.

Для наблюдения ВАХ на экране осциллографа мы подаем на первый канал ток фотоприёмника, на второй канал напряжение фотоприёмника, после чего любуемся классической вольтамперной характеристикой солнечной панели. Чтобы получить кривую мощности, перемножаем сигналы первого и второго каналов, что мы можем видеть на Рисунке 9.

Вольтамперная характеристика фотоприёмника, используемого в формирователе опорной ВАХ имитатора солнечной панели. Синий - напряжение на выходе фотоприёмника, желтый - ток фотоприёмника, лиловый - мощность.
Рисунок 9. Вольтамперная характеристика фотоприёмника, используемого в
формирователе опорной ВАХ имитатора солнечной панели.
Синий – напряжение на выходе фотоприёмника, желтый – ток
фотоприёмника, лиловый – мощность.

Изменяя световой поток, создаваемый излучателем, и температуру фотоприёмника, мы можем получить ВАХ, соответствующую любому предусмотренному параметрами прибора сочетанию светового потока и температуры фотоприёмника. На Рисунках 10 и 11 показаны снятые вручную вольтамперные характеристики фотоприёмника формирователя опорной ВАХ для имитатора солнечной панели.

Вольтамперные характеристики фотоприёмника при разных значениях светового потока, но при одинаковой температуре подложки фотоприёмника, и соответствующие графики мощности.
Рисунок 10. Вольтамперные характеристики фотоприёмника при разных значениях
светового потока, но при одинаковой температуре подложки фотоприёмника,
и соответствующие графики мощности.
 
Вольтамперная характеристика фотоприёмника при одинаковых значениях светового потока, но при разной температуре подложки фотоприёмника, и соответствующие графики мощности.
Рисунок 11. Вольтамперная характеристика фотоприёмника при одинаковых значениях
светового потока, но при разной температуре подложки фотоприёмника,
и соответствующие графики мощности.

Заключение

В статье подробно описаны: принцип, устройство, схема и результаты тестирования источника опорной вольтамперной характеристики имитатора солнечной панели. В ближайшее время мы планируем создать ещё один экземпляр формирователя ВАХ на основе современной монокристаллической панели и светодиодов, имеющих спектр, максимально приближенный к солнечному. Если в результате тестирования будут получены существенные отличия, мы непременно известим об этом читателей журнала.

Благодарим читателей, проявивших интерес к нашей работе.

В качестве основного источника информации рекомендуем работу [3]. Приведенный в конце данной работы список литературы позволяет получить исчерпывающее представление о проблеме создания имитаторов солнечных панелей.

Ссылки

  1. Giovanni Romeo, Giuseppe Urbinilogia.  «Нестабильный» источник питания имитирует поведение солнечной батареи
  2. М.П. Басков, О.Д. Левашов. К вопросу об использовании светодиодов в качестве фотоприёмников
  3. А.В. Шкуратов, А.В. Петровский. Формирователь аналоговых вольтамперных характеристик. Доклады ТУСУР, 2018, том 21, № 3

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

ADAR3000/3001 16-канальный формирователь диаграммы направленности для К/Ка диапазона частот от Analog Devices
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Добрый день, коллеги-ученые! Сам интересуюсь подобным вопросом, но пока я еще так глубоко не копал. Есть вопросы. Непонятно практическое назначение этого имитатора. Как с его помощью можно отлаживать контроллеры с ТММ? Его как можно подключить напрямую к контроллеру? Но тогда у него должны определенные параметры: выходное напряжение, максимальный выходной ток и т.п. Но матрицу 40 х 40 мм вряд ли подключишь напрямую к 100-ваттному контроллеру. На рисунке 5 у вас показан сравнительный анализ чувствительности фотоприемника и солнечной панели. Но там, во-первых, никаких цифр нет, во-вторых невооруженным взглядом заметна большая разница в спектральной чувствительности солнечной панели и фотоприемника. "Спектр излучения осветителя типичен для любого белого светодиода с цветовой температурой 4000 К." Неужели все белые светодиоды с температурой 4000 К имеют одинаковый спектр излучения? Ведь разницу иногда даже видно невооруженным глазом. Да и технологии изготовления светодиодов (RGB, RB + люминофор) должны влиять на спектр излучения. К тому же, как показали мои эксперименты, солнечная панель при облучении светодиодной лампой имеет мощность в несколько раз меньше, чем при облучении лампой накаливания, при тех же показаниях люксметра. Насколько критичен тип источника света при подобных опытах? И последний (пока) вопрос. Как с помощью вашего имитатора можно обеспечить стандартные условия тестирования, например, STC или PTC?
  • К сожалению слабо знаком с темой солнечных батарей, поэтому никак не могу понять, почему в данном случае метод цифрового математического моделирования требует высокопроизводительные микро-ЭВМ с большим объемом памяти? Что мешает сотворить искомую ВАХ на компе и прошить её в память МК?
  • Здравствуйте! Поясняю по существу. Одну характеристику можно прошить. Прошить семейство характеристик с шагом через градус тоже можно. Прошить семейство характеристик с шагом освещенности в 1 процент тоже можно. А вот прошить семейство с шагом в градус при изменении освещенности на 1 процент памяти вашего контроллера может и не хватить. Мы делали это и я знаю, о чем говорю. Правда это было много лет назад, сейчас есть Raspberry Pi и если вы интересуетесь темой можете попробовать. Не забудьте только что разные типы панелей имеют несколько отличные характеристики, которые, к тому же зависят от добросовестности производителя.
  • Здравствуйте! Спасибо за интерес к нашей работе. Описанный в статье формирователь ВАХ это только часть (важнейшая) довольно сложного прибора (имитатора солнечной панели), Вот ссылки, на которых видно, что хоть описываемый узел и занимает центральное место в приборе но является только его частью. [url]http://www.bbsoft.ru/temp/Pribor1.png[/url] [url]http://www.bbsoft.ru/temp/Pribor2.png[/url] В левом верхнем углу на первом фото виден аналоговый процессор, предварительный усилитель и усилитель мощности позволяющий имитировать панели мощностью до 100 Вт с напряжением холостого хода до 22,4 В. Если сравнивать очень условно, то узел описываемый в статье подобен управляемому источнику опорного напряжения в стабилизаторе. Если тема вызовет интерес, то, возможно, мы опубликуем полную схему прибора. Пока об этом мы не думали. Ответ на второй вопрос. Да, действительно, спектральная чувствительность этой конкретной панели существенно отличается от сравниваемых источников. Именно поэтому и приводится рисунок 5. Это коллаж, где наложены три изображения, масштаб искусственно подогнан. Это и понятно BPW21R имеет выход единицы-десятки милливольт, а панель - вольты. Третий вопрос. Правильное замечание. Нужно было сформулировать фразу так "Спектр излучения осветителя типичен для БОЛЬШИНСТВА белых светодиодов с цветовой температурой 4000 К." Типовой белый светодиод имеет ярко выраженный "горб" в области 570нм и мощный пик на 450 нм. Однако сейчас появились светодиоды, имеющие практически равномерный спектр почти без провалов в диапазоне 440-660нм. В конце статьи я отметил, что мы собираемся опробовать в нашем формирователе ВАХ именно такой источник света. Вам несомненно известны эти светодиоды. Китайские на синей основе с более равномерным спектром и корейские - более яркие но менее равномерные на фиолетовых диодах. О выборе источника света... Обычна лампа накаливания отпала сразу, так как не имеет коротковолновой части спектра, ртутные лампы имеют очень сильный инфракрасный поток нагревающий панель, увеличение расстояния до такой лампы снижает световой поток. Закон обратных квадратов пока еще никто не отменил )) Вот и остается светодиод как единственный возможный источник света. При этом мы взяли СОВ источник, совпадающий по размерам с панелью. Это очень важно - равномерное облучение. Вспомним как ведет себя реальная частично затененная солнечная панель... И последний вопрос. STC или PTC? Такая задача вообще не ставилась. Имитатор солнечной панели - это прибор для настройки контроллера. Он позволяет оценить реакции контроллера на изменение тока панели, вызванного вариациями освещенности, нагрева или того и другого одновременно. Рад был ответить на ваши вопросы. Неужели все белые светодиоды с температурой 4000 К имеют одинаковый спектр излучения?
  • [b]Александр Русу[/b], Спасибо за вопросы. Всегда с интересом читаю ваши статьи. С уважением Михаил Басков
  • SD и microSD карты могут существенно расширить возможности проектов ардуино, работающих с большими объемами данных: регистраторов данных, метеостанций, систем умного дома. Платы arduino оснащены сравнительно небольшой внутренней памятью, всего до 4 килобайт, включая и флэш-память, и EEPROM. Этой памяти не хватит для записи больших объемов данных, тем более, если плата будет постоянно выключаться или выключаться. Подключение SD карты ардуино в качестве внешнего накопителя позволяет многократно увеличить место для хранения любой информации. Съемные накопители SD стоят дешево, легко подключаются и удобны в использовании. [url]https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/podklyuchenie-sd-karty-k-arduino/[/url]
  • Фото посмотрел - впечатляет, серьезная работа Тема эта для меня не просто интересна - она прямо "животрепещуща". Причем интересует сразу два направления: - создание математических моделей солнечных элементов - создание самих имитаторов Я все же надеюсь, что у меня появится возможность вплотную заняться темой солнечных инверторов, все таки импульсное преобразование электроэнергии - это мое основное направление. Может в следующем учебном году я найду пару "живых" студентов - а то в этом году у меня только одни черные квадраты Малевича сидели на лекциях. И вот тогда мне понадобится "живой" имитатор. Поэтому мне очень интересно как Вы это сделали, и самое главное - почему именно так. Пока что у меня только один вопрос - зачем так сложно? Я понимаю, что тема непростая, но, возможно, для отладки инверторов с ТММ можно было бы сделать и проще. Поэтому буду признателен, если Вы продолжите тему и расскажете подробности. Вы же наверняка этим вопросом не один год занимались. Математическое моделирование меня также интересует - у меня есть неплохая цифровая лаборатория - я на ее основе делаю для студентов лабораторные работы (для дистанционного формата обучения - именно оно). Я уже сделал одну работу, куда загнал мат-модель солнечной панели. Но у меня тогда времени не было вплотную этим заниматься, поэтому я просто применил кусочно-линейную аппроксимацию. Для студенческих исследований ее хватает с головой, но хочется что-то посерьезней сделать. Может есть какие-то мат. модели солнечных элементов? Например ВАХ полупроводникового диода хорошо описывается моделью Эберса-Молла. Может есть что-то подобное и для фотомодулей? Вы не "копали" в этом направлении?
  • Конечно, для оценочной настройки контроллера можно использовать более простые устройства, например описанное в Радиолоцмане, на которое есть ссылка в статье. В этом устройстве как раз используются диоды как источник паттерна для формирования ВАХ панели. Но в результате мы получаем ОДНУ кривую. То есть о семействе кривых речь не идет. На раннем этапе мы делали нечто подобное, но отказались от этой идеи на уровне макета. Ваш подход - создание расчетной модели, учитывающий коэффициенты полной математической модели панели будет безусловно отличным решением, я думаю что пару - тройку дипломных работ вполне можно будет сделать. Вот только с "живыми" студентами большая проблема.
  • Писал на смартфоне, почему-то отправилась только часть текста. ... Мы этот подход не осилили, ввиду того что сразу пошли неправильны путём. Результаты расчета мы записывали в ПЗУ, так как предлагает уважаемый АРТ_НА, но наш пыл быстро остыл, когда стало ясно, что памяти катастрофически не хватает. Но не будем забывать, что это происходило 12 лет назад. Прогресс в области микроконтроллеров колоссальный. Теперь это вполне может быть рабочим вариантом. Если Вам удастся формировать ВАХ расчетным методом "на лету", на линии с контроллером это будет очень круто. Идею использования малой солнечной панели освещаемой мощным источником света нам подал один наш итальянский коллега, к сожалению не помню его фамилии. У такого подхода масса достоинств, главное из которых полная реалистичность ВАХ и возможность оперативной смены режимов освещенности и нагрева. Возможно, я вас разочарую, но наши занятия имитатором панели были весьма кратковременными и носили чисто утилитарный характер - нам нужно было сваять контроллер для панелей в оранжерее и мы решили эту задачу и на двенадцать лет забыли про эту тему. В приборе который все это время лежал в углу чердака действительно поселились осы, потом при пересылке почтой России, которая сейчас работает и в Италии, на посылку кто-то, наверно, наступил ногой, так что от корпуса остались осколки и то что на снимке - это попытка собрать в кучку то, что от прибора осталось. Но работает:) Пришлось кое-что сделать заново - например генератор "пилы" для визуализации характеристики. Вернулся я к теме имитатора из-за желания проверить одну идею насчет схемы контроллера. Проверил. Не получилось:(. Но сам имитатор думаю довести до ума, в формирователь поставить светодиоды с равномерным спектром и современную монокристаллическую гибкую панель 50х50мм, мне такую обещали сделать в Зеленограде, вот жду, когда сделают. Параметры панели будут такими: Напряжение холостого хода на уровне 3,6 В, Напряжение в рабочей точке на уровне 3,1 В Ток короткого замыкания на уровне 110 мА Ток в рабочей точке на уровне 100 мА Мощность на уровне 300 мВт. Филл-фактор, 0.7 Примечание: все фотоэлектрические параметры приведены для стандартных условий: освещенность 1000 Вт/м², спектр АМ1.5, температура 25 °С. Интересно, что панель, примененная в формирователе ВАХ, описаннаом в статье имеет не только очень интересный спектр, но лучший филл-фактор, чем та который предлагают. Несмотря на то что с момента ее изготовления прошло около 15 лет, она не утратила актуальность, хотя бы как экспонат. Кстати, когда Вы будете вести аналитическое моделирование кривых, было бы неплохо как-то учитывать филл-фактор. Для разных панелей он может варьироваться от 0.5 - плохой Китай, до 0.8 у серьезных производителей. В нашем формирователе ВАХ он естественно фиксированный и определяется упомянутой выше панелью.
  • К вопросу об использовании источников света в имитаторе солнечной панели. Здесь [url]http://bbsoft.ru/temp/mix.png[/url] есть картинка со спектрами различных источников. Я специально сделал в фотошопе наложение на каждый из них солнечного спектра. Сравнение изображений 1 и 2, а именно солнечного спектра и спектра галогеновой лампы, убедительно показывает, что использовать лампу накаливания нельзя. Кроме того малейшие изменения мощности, подводимой к лампе накаливания, существенно меняют ее спектр. На изображении 3 показан спектр светодиодов, которые я использую для освещения дома, как видите спектр непрерывный, синий пик отсутствует. На изображении 4 показан спектр светодиодов, которые я планирую использовать при модернизации источника ВАХ для имитатора солнечной панели.
  • Михаил Павлович, спектр излучения Солнца и спектр излучения лампы накаливания прекрасно описываются формулой Планка (спектральная плотность излучения, создаваемая абсолютно чёрным телом). Эффективная температура поверхности фотосферы Солнца 5770...5780 К, температуру тела накаливания ламп можно регулировать (задавать) в пределах 2300...3100 К, спектральное распределение излучений этих тел описывается единым и простым законом, который можно заложить в программу моделирования (в технике такой прием называется перенос масштаба). Второе. Вы отмечаете, что спектр излучения дуговых ртутных ламп (цветовая температура 5000...6000 К) имеет существенный вклад инфракрасного излучения, нагревающего фотоприемник. Достаточно использовать коллиматоры, светофильтры и вентиляторы для минимизации этого эффекта. От лампы ДРТ-220 в кожухе с отверстием выходного окна около 4 см на расстоянии 10...15 см от колбы можно получить энергетическую освещенность в зоне фотоприемника порядка 50 мВт/см.кв. при максимальном нагреве поверхности фотоприемника 3...5 градусов. Наконец, вы не рассматриваете возможность использования ксеноновых газоразрядных ламп (цветовая температура около 6200 К). Спектр излучения такой лампы приближен к естественному спектру Солнца. Не случайно именно такие лампы используют в кинопроекторах, а также в кино- и фотосъёмке.
  • Уважаемый коллега ms2020! Сразу же хочу сказать, что совершенно с Вами согласен. Мы рассматривали варианты использования фотоламп, и даже приобрели несколько высококачественных галогеновых ламп с цветовой температурой около 4000К для эксперимента. Но как вы справедливо отметили, для них нужно специальное дополнительное оборудование, выделяющее часть светового потока и минимизирующая нагрев фотоприемника, который должен, для чистоты эксперимента, иметь постоянную температуру, в нашем случае температура фотоприемника поддерживается с точностью пол-градуса. Ксенон мы не рассматривали исходно, хотя опыт использования таких ламп в экспериментах с лазерами у нас имелся. Могу только заметить, что сейчас в киносъемке используются светодиодные осветители, сам недавно наблюдал у нас во дворе, где происходили съемки одного из бесчисленных сериалов. Специально поинтересовался у инженера-осветителя характеристиками источников света. Нами была выбрана белая светодиодная матрица как источник света, несмотря на ее неравномерный, но все-таки непрерывный спектр излучения. Это позволило создать весьма компактный прибор. Я хотел бы отметить, что предметом статьи является именно аналоговый формирователь ВАХ имитатора солнечной панели. Т.е. с одной стороны источник света, с другой небольшая солнечная панель в качестве фотоприемника. Изменяя силу света и температуру фотоприемника, мы моделируем поведение реальной солнечной панели. Конструкция проста, идея понятна и при желании любой DIY-разработчик легко может ее повторить. Компьютерное моделирование ВАХ - это совершенно другой подход. В интернете мы можем найти множество академических работ, посвященных этой тематике, особенно в иностранных источниках. В приложении к статье мы даем ссылку на одну из таких работ, в которой есть общирный ряд ссылок на другие академические работы, в которых есть ссылки на другие источники и т.д.:) Уважаемый коллега Александр Русу совершенно правильно поднял вопрос об источнике света для аналогового формирователя ВАХ имитатора солнечной панели. Поэтому для сокращения объема дискуссии я предлагаю посмотреть на подготовленный мною коллаж [url]http://bbsoft.ru/temp/mix.png[/url], на котором представлены четыре спектра: 1 - солнечный, как опорный, 2 - галогеновой лампы с цветовой температурой около 3000K, 3 - светодиода с цветовой температурой около 4000K, 4 - светодиода с цветовой температурой около 5000K. На спектры 2,3 и 4 наложен полупрозрачный спектр 1 для быстрой оценки. Лампы на основе светодиодов, спектр которых имеет номер 3, я использую для освещения дома, a светодиоды со спектром 4 мы планируем использовать для модификации источника формирователя ВАХ для модернизации имитатора солнечной панели, описанного в статье. С уважением к коллегам и благодарностью за внимание к теме.
Полный вариант обсуждения »