Революція в сонячній енергетиці: матричний підхід до з'єднань панелей

Вчені з Інституту відновлюваної енергетики НАН України здійснили прорив у галузі сонячної енергетики, розробивши унікальний матричний метод аналізу та моделювання електричних кіл фотоелектричних панелей. Дослідження, проведене кандидатом технічних наук Дмитром Бондаренком, відкриває нові можливості для підвищення ефективності сонячних електростанцій.

Традиційні підходи до побудови сонячних панелей мають низку обмежень, пов'язаних з фіксованими з'єднаннями між фотоелектричними комірками. Класичні конструкції, що використовують металеві стрічки для послідовно-паралельних підключень, не дозволяють гнучко реагувати на зміну зовнішніх умов, зокрема часткове затінення панелей.

Принципова новизна дослідження полягає у впровадженні динамічних керованих з'єднань з використанням польових транзисторів (MOSFET). На відміну від традиційних рішень, запропонована технологія дозволяє миттєво перебудовувати внутрішню структуру сонячної панелі, оптимізуючи її роботу в реальному часі.

Ключовим інструментом дослідження став матричний метод представлення електричних кіл. Вчені створили спеціальні матриці інциденцій, які описують різні типи з'єднань: послідовні, паралельні та шунтувальні. Унікальність підходу полягає в тому, що елементи цих матриць можуть бути параметричними та змінюватися в часі, що фактично перетворює систему на динамічну.

Дослідники розробили універсальну комірку з чотирма комутуючими елементами, яка дозволяє реалізовувати різноманітні схеми підключення фотоелектричних елементів. За допомогою спеціальних коефіцієнтів S, P та Z можна миттєво змінювати топологію з'єднань, імітуючи процеси обмеження та підсилення струму.

Важливою перевагою використання MOSFET-транзисторів є мінімальні втрати напруги при комутації. На відміну від традиційних діодних систем, транзистори створюють практично ідеальний канал провідності, що особливо критично для низьковольтних фотоелектричних систем.

Науковці також розробили методику каскадних розрахунків, коли вихідні параметри попереднього каскаду стають вхідними для наступного. Це дозволяє створювати складні багаторівневі системи з прогнозованою поведінкою.

Унікальною особливістю методу є можливість введення часових функцій безпосередньо в матричні коефіцієнти. Наприклад, використання гармонійних функцій, таких як синус або косинус, дає змогу генерувати змінний струм з наперед заданими характеристиками.

Практичне значення дослідження виходить далеко за межі сонячної енергетики. Запропонований матричний підхід може бути адаптований для аналізу гібридних енергетичних систем, систем керування та моделювання складних електричних мереж.

Подальші дослідження будуть спрямовані на розширення методики для більш складних енергетичних систем, зокрема гібридних генераторів. Науковці вбачають потенціал у створенні інтелектуальних адаптивних електричних мереж, здатних миттєво реконфігуровуватися залежно від зовнішніх умов.

Робота Дмитра Бондаренка демонструє, що українська наука здатна генерувати інноваційні рішення світового рівня в галузі відновлюваної енергетики, пропонуючи унікальні підходи до підвищення ефективності сонячних електростанцій.