Symulator fotowoltaiczny (PV - Photovoltaic), zwany również symulatorem modułów/paneli fotowoltaicznych (solar array simulators - SAS).
• Dlaczego miałbyś wybrać Symulator PV dla swojej aplikacji?
• Czym różni się symulator fotowoltaiczny od standardowego zasilacza prądu stałego
• Jakie rozwiązania oferuje Keysight do testowania produktów solarnych

Dlaczego warto wybrać symulator PV?
Krótka odpowiedź brzmi: PV Simulator jest o wiele bardziej praktyczny niż instalacja PV. Dłuższą odpowiedzią jest to, że instalacja fotowoltaiczna będzie duża, bardzo droga, a moc wyjściowa jest niekontrolowana. Moc wyjściowa będzie zależeć od zmiennych warunków środowiskowych, takich jak temperatura i ekspozycja na słońce (znane również jako napromienianie), co jest bardzo trudne do kontrolowania w środowisku laboratoryjnym. Aby umieścić rozmiar w perspektywie, 15 kW instalacja PV zawierałby 50 paneli słonecznych 300 W (300 W to popularny panel słoneczny). Zajmie to około 90 m2!

Symulator fotowoltaiczny jest znacznie bardziej elastycznym rozwiązaniem: ma efektywne wymiary, jest tańszy, ma programowalną moc wyjściową i jest objęty gwarancją na wypadek, gdyby coś się z nim stało. Możesz zaprogramować wyjście, aby symulować dowolne warunki pogodowe, które chcesz przetestować. Na przykład możesz zaprogramować na wyjście charakterystykę, która symuluje 50% pokrycia chmur Twoich paneli. Jeśli korzystasz z rzeczywistej tablicy fotowoltaicznej, musisz poczekać, aż warunki pogodowe będą idealne, aby to zrobić. Symulator fotowoltaiczny jest również narzędziem testowym. W przypadku Keysight PV Simulator: jest zwymiarowany do zainstalowania w standardowej szafie testowej (do 15 kW w 3 jednostkach szafy) i w pełni wspiera SCPI do sterowania i pomiaru jego wydajności.

Co różni symulator fotowoltaiczny od standardowego zasilacza DC?
Drugą rzeczą, którą chcemy omówić, jest to, dlaczego miałbyś użyć symulatora fotowoltaicznego zamiast standardowego zasilacza prądu stałego. Krótka odpowiedź na ten temat jest taka, że ​​wyjście symulatora PV jest nieco inna niż wyjście standardowego zasilacza.
Standardowy zasilacz prądu stałego zwykle ma jedną z dwóch charakterystyk wyjściowych: prostokątną lub automatyczną.


Rysunek 1 - Charakterystyka prostokątna dla zasilacza 10 kW, 1 kV, 10 A.

Prostokątna charakterystyka wyjściowa jest taka, jak w większości standardowych zasilaczy. Występuje napięcie znamionowe (VRATED) i prąd znamionowy (IRATED). Zilustrowano to na rysunku 1. Obliczasz maksymalną moc (PMAX) mnożąc VRATED i IRATED. Zasilacz może wytwarzać dowolną kombinację napięcia i prądu, o ile mieści się w określonych granicach. Na rycinie 1 byłoby to w dowolnym miejscu pod prostokątem tworzącym limity.
 

Ryc. 2 - Charakterystyka automatyczna dla zasilacza 10 kW, 1 kV, 30 A.

Rzadziej występują zasilacze prądu stałego z charakterystyką wyjściową typu autoranging. Różnica polega na tym, że limity są określane przez PMAX, który nie jest iloczynem VRATED i IRATED. Rzućmy okiem na powyższy przykład. Jest on przystosowany do 1000 V i maksymalnie 30 A. Gdyby PMAX był równy VRATED pomnożony przez IRATED, to byłby to zasilacz o mocy 30 kW, ale ma moc 10 kW. Ten zasilacz może wytwarzać dowolną kombinację napięcia lub prądu równą 10 kW od 1000 V, 10 A do 333,3 V, 30 A. Zasilacze z automatyczną regulacją są bardzo elastyczne gdyż jeden zasilacz pokrywa bardzo szerokie zakresy napięcia i prądu.
Symulator PV ma inny typ charakterystyki wyjściowej, zwany potocznie krzywą I-V.


Rysunek 3 - Krzywa I-V tablicy fotowoltaicznej

Krzywa wyjściowa na ryc. 3 przedstawia charakterystykę wyjściową panelu słonecznego dokładniej niż dwie pozostałe charakterystyki wyjściowe. Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że oś y ma prąd na tym rysunku, a nie napięcie, jak na pozostałych dwóch wykresach. Drugą rzeczą do zauważenia jest to, że kształt różni się od pozostałych dwóch charakterystyk. Ten kształt jest reprezentatywny dla naturalnej charakterystyki wyjściowej systemu paneli fotowoltaicznych.

Istnieją dwa sposoby generowania krzywej I-V za pomocą symulatora PV. Pierwszy sposób jest określany jako tryb SAS (lub krzywa). W tym trybie użytkownik wprowadza cztery parametry pokazane na rysunku 3: napięcie w obwodzie otwartym (VOC), maksymalne napięcie mocy (VMP), prąd zwarcia (ISC) i maksymalny prąd mocy (IMP). Oprogramowanie układowe PV Simulator wykorzystuje następnie te parametry do wygenerowania krzywej na podstawie modelu matematycznego. Jest to najprostszy sposób na wygenerowanie krzywej, ponieważ wystarczy wprowadzić tylko cztery parametry. Kompromis polega na tym, że jesteś ograniczony do modelu matematycznego używanego przez instrument.

Drugi sposób, bardziej złożona metoda generowania krzywych PV, jest nazywany trybem tabeli. W trybie tabelowym użytkownik wysyła listę par napięcia i prądu do urządzenia. Oprogramowanie układowe PV Simulator analizuje wszystkie wprowadzone punkty i generuje krzywą PV. Oprogramowanie PV Simulator interpoluje między punktami, aby narysować pełną krzywą. W rzeczywistości możesz wprowadzić tabelę z zaledwie trzema punktami! Jest to znacznie bardziej elastyczne podejście niż tryb SAS, ale jest również trudniejsze. Istnieją reguły, których należy przestrzegać, aby wygenerować krzywą, a jeśli jakieś reguły zostaną złamane, pojawi się błąd. Programowanie jest również bardziej skomplikowane, ponieważ musisz wprowadzić tabele wartości. Tryb tabeli jest jednak bardzo ważny, ponieważ pozwala wygenerować dowolną tabelę, którą chcesz. Tryb SAS ogranicza cię do konkretnego modelu matematycznego, za którym podąża Symulator PV.

Większość zasilaczy sprzedawanych przez Keysight jest zoptymalizowanych do pracy w trybie stałego napięcia (CV). Zasilacze Keysight działają również w trybie prądu stałego (CC). Są one jednak zoptymalizowane pod kątem źródeł napięcia, a nie źródeł prądu. Jedną z największych różnic w stosunku do naszych standardowych zasilaczy prądu stałego jest to, że nasze symulatory fotowoltaiczne są zoptymalizowane do pracy w trybie CC, ponieważ układy fotowoltaiczne są często modelowane w obwodach jako urządzenia CC (w przeciwieństwie do czegoś takiego jak bateria, która jest urządzeniem CV).
Gdy PV Simulator pracuje w trybie SAS lub w trybie tabeli, moc wyjściową reguluje się za pomocą pętli sprzężenia zwrotnego. Symulator PV monitoruje wartość napięcia wyjściowego i dostosowuje prąd wyjściowy do wartości podanej przez model matematyczny. Ta pętla sprzężenia zwrotnego stale pracuje z dużą prędkością i stale dostosowuje się do wymagań obciążenia.