alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2016.23-24.021-033alternative-911Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКАИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИSIMULATION MODELING OF LIGHTING SYSTEM ON THE BASE OF PHOTOVOLTAIC CONVERTER AND BATTERY STORAGEМартьяновА. С.MartyanovA. S.

аспирант кафедры «Элек- трические станции, сети и системы электроснабжения»

Ph.D. (engineering), Associate Professor of “Electric Stations, Grids and Electric Supply Systems” Dept.

martyanov_andrey@mail.ruБодроваЕ. С.BodrovaE. S.

аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

Postgraduate of “Electric Stations, Grids and Electric Supply Systems” Dept.

Lennok13@mail.ruДюрягинА. Ю.DyuryaginA. Y.

инженер-исследователь Управления научной и инновационной деятельности

South-Ural State University 76 Lenin Str., Chelyabinsk, 454080, Russia

andr_d88@mail.ruКоробатовД. В.KorobatovD. V.

канд. тех. наук, доцент кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

Ph.D., Associated Professor (docent) of “Electric Stations, Grids and Electric Supply Systems” Dept.

denis_vk@inbox.ruЮжно-Уральский государственный университет д. 76, пр. Ленина, г. Челябинск, 454080, РоссияРоссияSouth-Ural State University 76 Lenin Str., Chelyabinsk, 454080, RussiaRussian FederationЮжно-Уральский государственный университет д. 76, пр. Ленина, г. Челябинск, 454080, РоссияРоссияResearch Engineer of Management of Science and InnovationRussian Federation201623122016023-242133Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20162016Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/911

В статье даётся описание имитационной модели автономной системы освещения, которая состоит из фотоэлектрического преобразователя энергии солнечного излучения, накопителя электрической энергии в виде аккумуляторной батареи и светильника, являющегося потребителем электрической энергии. Модель предназначена для демонстрации изменения параметров системы в зависимости от мощности солнечного излучения, эффективности фотоэлектрического преобразователя, емкости аккумуляторной батареи и мощности освещения, обеспечиваемого системой. В работе приведены результаты тестирования разработанной компьютерной имитационной модели для различных мощностей нагрузки при неизменных параметрах источника и накопителя электрической энергии. Данные результаты подтвердили адекватность модели. Имитационная модель может применяться для анализа процессов разряда-заряда аккумуляторных батарей различных типов в системе автономного электроснабжения на таких возобновляемых источниках, как солнечная энергия и энергия ветра.

The paper describes the simulation modeling of autonomous solar lighting system based on photovoltaic cells, energy storage battery and power consumer in the form of LED lamps. The aim of research is to develop a model what allows to explore a system behavior (changes in voltages, currents and battery state of charge) under controlled conditions like solar intensity, photovoltaic converter efficiency and lighting load power. The research includes the testing of model under different load power conditions at the same solar power and battery charge capacity. Testing results have proved the adequacy of model. The proposed model can be used for studying the charge/discharge processes in the different types of batteries for such energy systems including solar and wind renewable sources.

возобновляемые источники энергиисолнечная энергияфотоэлектрический преобразовательсистема автономного освещенияалгоритмуправлениеMATLABSimulinkrenewable energy sourcessolar energyphotovoltaic converter cell panelsolar autonomous lightingalgorithms and controlMATLABSimulinkReferencesКирпичникова, И.М. Небесные объекты как источник световой энергии / И.М. Кирпичникова, А.А. Возмилова // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2013. – № 6/1 (127). – С. 40–44.Kirpichnikova I.M, Vozmilova A.A. Nebesnye ob’’ekty kak istočnik svetovoj ènergii. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2013;(6/1):40–44 (in Russ.).Кирпичникова, И.М. Использование энергоэффективных систем освещения в коммерческой недвижимости в условиях Южного Урала / И.М. Кирпичникова, О.С. Волкова // В сборнике: Наука ЮУрГУ. Секции технических наук Материалы 67-й научной конференции. Министерство образования и науки Российской Федерации; Южно-Уральский государственный университет. – 2015. – С. 1124–1130.Kirpichnikova I.M., Volkova O.S. Ispol’zovanie ènergoèffektivnyh sistem osveŝeniâ v kommerčeskoj nedvižimosti v usloviâh Ûžnogo Urala. V sbornike: Nauka ÛUrGU. Sekcii tehničeskih nauk Materialy 67-j naučnoj konferencii. Ministerstvo obrazovaniâ i nauki Rossijskoj Federacii; Ûžno-Ural’skij gosudarstvennyj universitet. 2015:1124–1130 (in Russ.).Соломин, Е.В. Состояние развития мировой ветроиндустрии / Е.В. Соломин, Е.А. Сироткин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – № 5 (145). – С. 20–25.Solomin E.V., Sirotkin E.A. Sostoânie razvitiâ mirovoj vetroindustrii. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2014;(5):20–25 (in Russ.).Соломин, Е.В. Состояние малой ветроэнергетики в мире / Е.В. Соломин, Е.А. Сироткин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – № 5 (145). – С. 26–31.Solomin E.V., Sirotkin E.A. Sostoânie maloj vetroènergetiki v mire. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2014;(5):26–31 (in Russ.).Кирпичникова, И.М. Использование солнечной энергии в сельском хозяйстве / И.М. Кирпичникова, А.А. Малюгина, С.А. Малюгин // Электротехнические комплексы и системы управления. – 2015. – № 2. – С. 76–80.Kirpichnikova I.M., Malyugina A.A., Malyugin S.A. Ispol’zovanie solnečnoj ènergii v sel’skom hozâjstve. Èlektrotehničeskie kompleksy i sistemy upravleniâ. 2015;(2):76–80 (in Russ.).Соломин, Е.В. Ветроэнергетические установки ГРЦ-Вертикаль / Е.В. Соломин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2010. – № 1. – С. 10–15.Solomin, E.V. Vetroènergetičeskie ustanovki GRC-Vertikal’. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2010;(1):10–15 (in Russ.).Волович, Г.И. О развитии средств автоматизации в энергетике с использованием возобновляемых источников энергии / Г.И. Волович [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2013. – № 9 (131). – С. 59–64.Volovich G.I. et al. O razvitii sredstv avtomatizacii v ènergetike s ispol’zovaniem vozobnovlâemyh istočnikov ènergii. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2013;(9):59–64 (in Russ.).Дюрягин, А.Ю. Использование фотоэлектрических преобразователей в технологиях защиты растений / А.Ю. Дюрягин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – №5 – С. 11–15.Dyuryagin A.Yu. Ispol’zovanie fotoèlektričeskih preobrazovatelej v tehnologiâh zaŝity rastenij. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2014;(5):11–15 (in Russ.).Возмилов, А.Г. Светоловушка для проведения мониторинга численности насекомых на основе фотоэлектрических преобразователей и светодиодов / А.Г. Возмилов, Д.О. Суринский, А.Ю. Дюрягин // Вестник Челябинской государственной агроинженерной академии. – 2010. – Т. 57. – С. 27–30.Vozmilov A.G., Surinskij D.O., Dyuryagin A.Yu. Svetolovuška dlâ provedeniâ monitoringa čislennosti nasekomyh na osnove fotoèlektričeskih preobrazovatelej i svetodiodov. Vestnik Čelâbinskoj gosudarstvennoj agroinženernoj akademii. 2010;(57):27– 30 (in Russ.).Kirpichnikova, I.M. Vertical axis wind turbines. New aspects / I.M. Kirpichnikova, A.S. Martyanov, E.V. Solomin // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2013. – № 1–2 (118). – С. 55–58.Kirpichnikova I.M., Martyanov A.S., Solomin E.V. Vertical axis wind turbines. New aspects. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2013;(1–2):55–58 (in Russ.).Соломин, Е.В. Итерационный подход в разработке и оптимизации вертикально-осевых ветроэнергетических установок / Е.В. Соломин, И.М. Кирпичникова, А.С. Мартьянов // В сборнике: Электротехника. Электротехнология. Энергетика сборник научных трудов VII международной научной конференции молодых ученых. Новосибирский государственный технический университет; Межвузовский центр содействия научной и инновационной деятельности студентов и молодых ученых Новосибирской области. 2015. С. 92–95.Solomin E.V., Kirpichnikova I.M., Martyanov A.S. Iteracionnyj podhod v razrabotke i optimizacii vertikal’no-osevyh vetroènergetičeskih ustanovok. V sbornike: Èlektrotehnika. Èlektrotehnologiâ. Ènergetika sbornik naučnyh trudov VII meždunarodnoj naučnoj konferencii molodyh učenyh. Novosibirskij gosudarstvennyj tehničeskij universitet; Mežvuzovskij centr sodejstviâ naučnoj i innovacionnoj deâtel’nosti studentov i molodyh učenyh Novosibirskoj oblasti. 2015(92)–95 (in Russ.).Keller, A.V. Development of Algorithms of Rapid Charging for Batteries of Hybrid and Electric Drives of City Freight and Passenger Automobile Transportation Vehicles [Электронный ресурс] / A.V. Keller [et al.] // Control and Communications (SIBCON), 2015 International Siberian Conference (XI Международная IEEE Сибирская конференция по управлению и связи SIBCON-2015). – Omsk. – 2015. Режим доступа: http://ieee.tpu.ru/files/sibcon2015.html (Дата обращения: 01.09.2016).Keller A.V. et al. Development of Algorithms of Rapid Charging for Batteries of Hybrid and Electric Drives of City Freight and Passenger Automobile Transportation Vehicles. Control and Communications (SIBCON), 2015 International Siberian Conference (XI Meždunarodnaâ IEEE Sibirskaâ konferenciâ po upravleniû i svâzi SIBCON-2015). – Omsk. – 2015. Available at: http://ieee.tpu.ru/files/sibcon2015.html (in Eng.).Solomin, E.V. Algorithms of LiFePO4 batteries automatic charge [Электронный ресурс] / E.V. Solomin, D.V. Topolsky, I.G. Topolskaya // International Conference on Industrial Engineering. – 23.11.2015. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. – 2015. – Vol. 129. – P. 213– 218 (Journal reference: PROENG27158. PII: S1877-7058(15)03919-3) DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.035. Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705 81503919 (Дата обращения: 01.09.2016).Solomin E.V., Topolsky D.V., Topolskaya I.G. Algorithms of LiFePO4 batteries automatic charge. International Conference on Industrial Engineering. – 23.11.2015. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. 2015;(129):213–218 (Journal reference: PROENG27158. PII: S1877-7058(15)03919-3) DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.035. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S18777 0581503919 (in Eng.).Кирпичникова, И.М. Система контроля заряда электрической энергии аккумулятора в солнечной опреснительной установке / И.М. Кирпичникова, И.Р. Рахматулин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. – 2014. – Т. 14. – № 4. – С. 46–51.Kirpichnikova I.M., Rahmatulin I.R. Sistema kontrolâ zarâda èlektričeskoj ènergii akkumulâtora v solnečnoj opresnitel’noj ustanovke. Vestnik Ûžno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriâ: Ènergetika. 2014;(14/4):46–51 (in Russ.).Martyanov, A.S. Research of IGBT-Transistor in Pulse Switch [Электронный ресурс] / A.S. Martyanov, D.V. Korobatov, E.V. Solomin // 2016 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). – 19-20.05.2016. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. – Режим доступа: https://www.ieee.org/conferences_events/conferences/confe rencedetails/index.html?Conf_ID=38536 (Дата обращения: 01.09.2016).Martyanov A.S., Korobatov D.V., Solomin E.V. Research of IGBT-Transistor in Pulse Switch. 2016 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 19–Коробатов, Д.В. Эффективные методы регулирования мощности устройств на основе ВИЭ / Д.В. Коробатов [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 11–12 (199–200). – С. 69–78.05.2016. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. – Available at: https://www.ieee.org/conferences_events/conferences/co nferencedetails/index.html?Conf_ID=38536.Кирпичникова, И.М. Моделирование комбинированной ветро-солнечной установки / И.М. Кирпичникова, С.А. Четошников // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 7–8. – С. 25–31.Korobatov D.V. et al. Èffektivnye metody regulirovaniâ moŝnosti ustrojstv na osnove VIÈ. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016;(11–12):69–78 (in Russ.).Киндряшов, А.Н. Электрические машины ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения / А.Н. Киндряшов, А.С. Мартьянов, Е.В. Соломин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2013. – № 1– 2 (118). – С. 59–62.Kirpichnikova I.M., Chetoshnikov S.A. Modelirovanie kombinirovannoj vetro-solnečnoj ustanovki . International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016;(7–8):25–31 (in Russ.).Мартьянов, А.С. Cистема освещения, основанная на ветроэнергетической установке / А.С. Мартьянов, Е.В. Соломин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2010. – № 1. – С. 101–105.Kindryashov A.N., Martyanov A.S., Solomin E.V. Èlektričeskie mašiny vetroènergetičeskih ustanovok s vertikal’noj os’û vraŝeniâ. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2013;(1–2):59–62 (in Russ.).Martyanov, A.S. Development of control algorithms in MATLAB/SIMULINK / A.S. Martyanov, E.V. Solomin, D.V. Korobatov // В сборнике: Procedia Engineering Сер. “International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2015”. – 2015. – С. 922–926.Martyanov A.S., Solomin E.V. Sistema osveŝeniâ, osnovannaâ na vetroènergetičeskoj ustanovke. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2010;(1):101–105 (in Russ.).Козлов, С.В. Анализ эффективности систем накопления энергии / С.В. Козлов, А.Н. Киндряшов, Е.В. Соломин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 2. – С. 29–34.Martyanov A.S., Solomin E.V., Korobatov D.V. Development of control algo-rithms in MATLAB/SIMULINK. V sbornike: Procedia Engineering Ser. “International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2015”. 2015:922–926 (in Eng.).Solomin, E.V. Adaptive control over the permanent characteristics of a wind turbine / E.V. Solomin, E.A. Sirotkin, A.S. Martyanov // International Conference on Industrial Engineering. – 23.11.2015. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. – 2015. – Vol. 129. – P. 640– 646 (Journal reference: PROENG27157. PII: S1877-7058(15)03968-5). DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.084.Kozlov S.V., Kindryashov A.N., Solomin E.V. Analiz èffektivnosti sistem nakopleniâ ènergii. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2015;(2):29–34 (in Russ.).Solomin, E.V. Arrangement of data exchange between adaptive digital current and voltage transformer and SCADA-system under IEC 61850 standard [Электронный ресурс] / E.V. Solomin, D.V. Topolsky, N.D. Topolsky // International Conference on Industrial Engineering. – 23.11.2015. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. – 2015. – Vol. 129. – P. 207–212 (Journal reference: PROENG27157. PII: S1877-7058(15)03918-1). DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.034. – Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705 815039181 (Дата обращения: 01.09.2016).Solomin E.V., Sirotkin E.A., Martyanov A.S. Adaptive control over the permanent characteristics of a wind turbine. International Conference on Industrial Engineering, 23.11.2015. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. 2015;(129):640–646 (Journal reference: PROENG27157. PII: S1877-7058(15)03968-5). DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.084 (in Eng.).Solomin E.V., Topolsky D.V., Topolsky N.D. Arrangement of data exchange between adaptive digital current and voltage transformer and SCADA-system under IEC 61850 standard. International Conference on Industrial Engineering, 23.11.2015. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. 2015;(129):207–212 (Journal reference: PROENG27157. PII: S1877-7058(15)03918-1). DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.034. – Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705 815039181 (Data obraŝeniâ: 01.09.2016) (in Eng.).Solomin E.V., Topolsky D.V., Topolsky N.D. Arrangement of data exchange between adaptive digital current and voltage transformer and SCADA-system under IEC 61850 standard. International Conference on Industrial Engineering, 23.11.2015. – Chelyabinsk. – Procedia Engineering Journal. 2015;(129):207–212 (Journal reference: PROENG27157. PII: S1877-7058(15)03918-1). DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.034. – Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705 815039181 (Data obraŝeniâ: 01.09.2016) (in Eng.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.