Fotó-villamos /Termikus rendszer, hálózattól független működéshez Az IEEE ISIE 2007-es konferencián szerepelt Járdán R. Kálmán, Nagy István Budapesti.

Az előadások a következő témára: "Fotó-villamos /Termikus rendszer, hálózattól független működéshez Az IEEE ISIE 2007-es konferencián szerepelt Járdán R. Kálmán, Nagy István Budapesti."— Előadás másolata:

1 Fotó-villamos /Termikus rendszer, hálózattól független működéshez Az IEEE ISIE 2007-es konferencián szerepelt Járdán R. Kálmán, Nagy István Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,Magyarország Angel Cid-Pastor, Ramon Leyva, Abdelali El Aroudi, Luis Martinez-Salamero, Rovira i Virgili-i Egyetem, Tarragona, Spanyolország Thermal insulation Thermal collector casing Hardened glass PV panel Base for PV panel Working fluid Cover glass with selective coating A működés alapját egy speciális elrendezés biztosítja, amelynél egyesítjük a Fotó-villamos és a Termikus paneleket (PV/T). Az egyesítés révén a Fotó-villamos cellák áramot termelnek, míg az egység Termikus része a hőenergiát hasznosítja, felmelegítve a benne áramló folyadékot. A foto-villamos egységből fedezni lehet a szabályozó elektronika és a rendszerhez kapcsolódó fogyasztók villamos-energia igényét. Az elmélet alátámasztására a berendezés a laboratóriumban megépítésre került. A teljes rendszer és a szabályozó egység elrendezése, ezen belül a Maximális Munkapont Keresés, azaz angolul Maximum Power Point Tracking (MPPT) szabályozó is az ábrákon látható Kombinált Fotó-villamos és Termikus (PV/T) rendszer = + - PV/T Battery DC/AC Converter DC/DC Converter Combined PV/Thermal Panel AC Load L1 Thermal System MPPT Controller DC Load mP Microcontroller & Supervisory System TS MPPT L2 Pump A Fotó-villamos/Termikus panelek által felmelegített folyadékot a termikus Rendszerbe (Thermal System) vezetjük. A folyadékot a szivattyú segítségével keringetjük a zárt rendszerben. A Termikus Rendszer használati meleg víz előállítására alkalmas. Egy egyenáram-egyenáram (DC/DC) átalakító tölti az akkumulátorokat, és elégíti ki L1 –es terhelés igényét, míg egy egyenáram-váltóáram (DC/AC) átalakító az L2 –es terhelést táplálja. Az MPPT szabályozóval állítjuk be a DC/DC átalakító munkapontját, hogy mindig a maximális teljesítményt tudjuk kinyerni a PV panelekből A szabályozó gondoskodik arról is, hogy az akkumulátorok töltöttségi szintje kívánt értékek között maradjon. Ha az akkumulátorok teljesen feltöltődtek, akkor az MPPT szabályozásról át kell váltani telesítmény-szabályozásra. A kombinált PV/T rendszer elvi felépítése

2 A PV panelek I-V karakterisztikáinak meghatározása
Microcontroller Mains GND C Vc Vs Ic M2 M1 ADC PV module Light source CT Current Cell voltage A karakterisztika mérő berendezés blokk diagramja PV cella árama, 2A/oszt, Ch 2: cella feszültsége, 5V/oszt idő: 250 ms/oszt Teszt Eredmények: a) V-A karakterisztika b) V-P karakterisztika A rendszer Termikus részének elvi felépítése A fotovillamos egységből nyert villamos teljesítmény teszi alkalmassá a PV/T rendszert a hálózattól független működésre. A napenergia optimális felhasználására egy rezonáns energia átalakítót terveztünk, intelligens, adaptív, MPPT algoritmussal ellátva. A kifejlesztett energia átalakító csúszó-mód szabályozással rendelkezik. Az új MPPT szabályozás működését laboratóriumi mérésekkel igazoltuk. Maximális Munkapont Keresés (MPPT) elve

3 Megújuló és Veszteségi Energiák Hasznosítása
Konferenciákon előadott közlemények:ből IEEE: IECON, PESC, ISIE, valamint SPEEDAM, EPE, EPE-PEMC Az elmúlt években világszerte jelentős fejlesztések összpontosultak a megújuló és veszteségi energiák felhasználásának kutatásában. Az Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék Elektrotechnika Csoportja már több mint 15 éve dolgozik ezen a kutatási területen. Speciális rendszert fejlesztettünk ki, amelyben az elektromechanikai energia átalakítást egy ultra magas fordulatszámú turbina-generátor gépcsoport biztosítja. A fordulatszám elérheti a f/p-et, ennek köszönhetően a gépcsoport rendkívül kis tömegű és a generátor hatásfoka eléri a 99%-ot. A turbinába vezetett munkaközeg a turbina lapátjain nyomatékot hoz létre, amely átadódik a vele közvetlen tengelykapcsolatban álló ultra magas fordulatszámú generátornak. A turbina-generátor egység által létrehozott villamos teljesítményt a hálózatba tápláljuk vissza egy váltóáram/váltóáram (AC/AC) átalakítón keresztül. Az átalakító két egységből áll, tartalmazza a CONV-1-et és a CONV-2-őt. Mikroprocesszoros egység biztosítja az alapvető irányítási, védelmi, diagnosztikai stb. funkcókat. A rendszer blokk vázlata Az ultra magas fordulatszámú generátornál különleges problémákat kell megoldani, ilyen például az átalakító és a generátor kölcsönhatása. A konverter által szolgáltatott feszültségek és áramok felharmonikusai számos nemkívánatos jelenséget okoznak, például többlet rézveszteség az áram felharmonikusainak következtében, többlet vasveszteség a fluxus felharmonikusainak következtében vagy a csapágyak élettartamának csökkenése a csapágyakon keresztül folyó áramok miatt. Állandó mágneses Szinkron Generátor n = rpm, m = 100 kg, P = 20 kW, h= 90% Indukciós Generátor n = rpm, m = 5 kg, P = 4,5 kW, h = 99%

4 Teljesítmény Elektronikai Átalakítók Laboratóriumi elrendezés
Web alapú szabályozási rendszer. (Dr. Sütő Zoltán fejlesztése) Az ultra magas fordulatszámú generátor speciális tulajdonságai.: A hatásfok magas ami nagy előny, de ez az alacsony állórész illetve forgórész köri ellenállásnak köszönhető, aminek következtében a névleges és a billenő szlip is alacsony, ami azt eredményezi, hogy a gép könnyen „átbillenhet”. Alacsony álló illetve forgórész szórási induktivitás nagy felharmonikus áram öszzetevőkhöz vezethet. Az IGBT-ket alkalmazó konverterekkel elérhető kapcsolási frekvencia kisebb, mint ami az optimális áram és fluxus hullámformák biztosításához szükséges lenne. A magas üresjárási áramoknak köszönhetően, a gép teljesítmény tényezője alacsonyabb amely nagyobb teljesítményű konvertert igényel. Kiegészítő berendezésekre is szükség van amelyek segítik a gép működését (Vízhűtés, olajköd kenés kerámia csapágyak esetén vagy külön szabályozó berendezésekre mágnes csapágyak esetén). Ezen berendezések növelik a rendszer bonyolultságát.

5 Napelem Táplálású Elektromos Autó
Sepsi Tibor Dániel TDK első helyezett (2008), OTDK harmadik helyezett (2009) Konzulens: Dr. Járdán R. Kálmán Az téma keretén belül egy saját építésű, napelemmel táplált elektromos autó vizsgálatát végeztük el, az Áramlástan Tanszék közreműködésével, náluk végeztük el a szélcsatorna mérést. A mérés célja az vplt, hogy a jármű légellenállási ténye-zőjének pontos megha-tározását, valamint annak javítása különböző elemekkel elvégezzük. A prototípus szélcsatorna mérése Számítógépes szimuláció segítségével tanulmányoztuk a rendszer viselkedését különböző terhelési esetekre, sebesség karakterisztikákra és nap sugárzási adatokra. Az akkumulátor töltését és kisülését is modelleztük, a jármű gyorsításakor, lassításakor és hegymenetben. Számítógépes Szimuláció Matlab/Simulink-ben Szétszerelt kerékagy motor Laboratóriumi összeállítás révén vizsgáltuk a konverter által táplált BLDC motor statikus és dinamikus viselkedését. A mérési eredmények közül néhány az alábbi ábrákon látható: Az állórész feszültsége 22Hz és 100 Hz-nél Állórész fluxus 100 Hz-nél

6 E-Learning INETELE EU project, Nagy István, Járdán R. Kálmán Az Európai Unió által támogatott Leonardo da Vinci program keretein belül, egy multimédiás program fejlesztésére került sor, amely a műszaki egyetemek hallgatóinak nyújt segítséget a tanulásban. Az INETELE nevű program több mint nyolc egyetem, közöttük a BME Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék közreműködésével, készült. Az Elektrotechnika Csoport a 3.4-es fejezetet dolgozta ki, amelynek címe: Szabályozás a Teljesítményelektronikában (Control in Power Electronics). Jellemző Állapotok: Határ Ciklus, Osztályozás Periodikus vagy Aperiodikus Állapot, Amplitúdó moduláció Mező Orientált Szabályozás Indukciós Motor V/f szabályozása DC/AC konverter feszültség vektorai