Революція в галузі сонячної енергетики: інноваційний матричний метод з'єднання панелей.

Українські дослідники створили новаторський матричний підхід для обчислення електричних схем сонячних панелей з динамічними з'єднаннями.

Науковці з Інституту відновлювальної енергетики Національної академії наук України зробили значний крок вперед у сфері сонячної енергетики, створивши унікальний матричний підхід до аналізу та моделювання електричних схем фотоелектричних панелей. Дослідження, проведене кандидатом технічних наук Дмитром Бондаренком, відкриває нові горизонти для підвищення продуктивності сонячних електростанцій.

Традиційні методи виготовлення сонячних панелей мають певні обмеження, пов'язані з жорсткими з'єднаннями між фотоелектричними елементами. Класичні дизайни, які застосовують металеві стрічки для послідовно-паралельних з'єднань, не здатні адекватно реагувати на зміни зовнішнього середовища, зокрема, на часткове затінення панелей.

Основна інновація даного дослідження полягає у впровадженні динамічно керованих з'єднань на базі польових транзисторів (MOSFET). На відміну від звичних підходів, розроблена технологія забезпечує миттєву перебудову внутрішньої конфігурації сонячної панелі, що дозволяє оптимізувати її функціонування в режимі реального часу.

Основним інструментом аналізу стало використання матричного методу для представлення електричних схем. Дослідники розробили спеціалізовані матриці інциденцій, які відображають різні види з'єднань: послідовні, паралельні та шунтувальні. Особливістю цього підходу є можливість параметричних змін елементів матриць, що дозволяє системі функціонувати як динамічній.

Науковці створили універсальний модуль з чотирма комутуючими компонентами, що відкриває можливості для різноманітних конфігурацій підключення фотоелектричних елементів. Використовуючи спеціально розроблені коефіцієнти S, P та Z, можна оперативно змінювати топологію з'єднань, імітуючи процеси регуляції та посилення електричного струму.

Однією з ключових переваг застосування MOSFET-транзисторів є їх здатність забезпечувати надзвичайно низькі втрати напруги під час комутації. На відміну від звичайних діодних систем, ці транзистори формують майже бездоганний провідниковий канал, що є особливо важливим для фотоелектричних систем з низькою напругою.

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

Відмінною рисою цього методу є здатність інтегрувати часові функції безпосередньо у матричні коефіцієнти. Наприклад, застосування гармонічних функцій, таких як синус або косинус, дозволяє створювати змінний струм з заздалегідь визначеними властивостями.

Практична цінність проведеного дослідження перевищує рамки сонячної енергетики. Розроблений матричний підхід має потенціал для використання в аналізі гібридних енергетичних систем, а також у системах управління і моделюванні складних електричних мереж.

Наступні етапи досліджень зосередяться на розширенні методології для більш складних енергетичних систем, зокрема гібридних генераторів. Дослідники вбачають великі можливості у розробці інтелектуальних адаптивних електромереж, які здатні миттєво змінювати свою конфігурацію у відповідь на зміни 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.