FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS
The growing power of renewable energy sources in the energy systems of Ukraine causes the problem of maintaining the parameters of electricity within acceptable limits set by the current country standards. In the context of this issue, the paper analyzes the parameters of the photovoltaic plant, whi...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/326 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103496428716032 |
|---|---|
| author | Sahara, A. Budko, V. Budko, M. Kozachuk, O. |
| author_facet | Sahara, A. Budko, V. Budko, M. Kozachuk, O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "A. Sahara",
"institution": "PhD student in Department of Renewable Energy Sources of Faculty of Electric Power Engineering and Automatics of the National Technical University of Ukraine \"Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute\"."
},
{
"author": "V. Budko",
"institution": "Head at the Department of Renewable Energy Sources of the National Technical University of Ukraine \"Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute\","
},
{
"author": "M. Budko",
"institution": "assistant professor of the Department of Renewable Energy Sources of the Faculty of Electric Power Engineering and Automatics of the National Technical University of Ukraine \"Igor Sikorsky Kiev Polytechnic Institute\", Senior Researcher of Renewable Organic Energy sources Department of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine."
},
{
"author": "O. Kozachuk",
"institution": "assistant to the senior teacher of the Department of Renewable Energy Sources of the Faculty of Electric Power Engineering and Automatics of the National Technical University of Ukraine \"Igor Sikorsky Kiev Polytechnic Institute\", 1st Category Engineer of Solar Energy Department of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine."
}
] |
| author_sort | Sahara, A. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:16Z |
| description | The growing power of renewable energy sources in the energy systems of Ukraine causes the problem of maintaining the parameters of electricity within acceptable limits set by the current country standards. In the context of this issue, the paper analyzes the parameters of the photovoltaic plant, which are connected to the central grid, during the year. The results of the analysis of the real data of the station confirmed the presence of the problem of overvoltage at the terminals of the photovoltaic power plant and nearest grid. This paper presents the analysis of parameters of electrochemical batteries which provide support for the central grid and increase the efficiency of photovoltaic stations. The battery stores electric energy during an increase of voltage in the network and discharges energy to the consumer when the voltage level at the connection point is normal.
To assess the effectiveness of the proposed approach, an analysis of the specifics of the photovoltaic plant operation accepting limitations of the energy quality is proposed. The amount of electricity supplied to the network at the overvoltage level is determined. It is established that the use of a battery storage system helps to stabilize the parameters of the output electricity from the PV plant to the network and reduces the negative impact on nearby consumers. The profitability of the buffer accumulator as a part of the network photovoltaic power plant is estimated and the advisability of creating an optimization model for selecting the required capacity is shown, which will reduce the capital costs of such a solution.
Scientific provisions, conclusions and recommendations formulated in the paper are based on the results of statistical analysis of data from the existing photovoltaic plant, theoretical and practical provisions. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2022.1(68).53-59 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:38:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
53
© А. В. Сагара, В. І. Будько, М. О. Будько, О. В. Козачук https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетика
УДК 621.311.25
РОБОТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СТАНЦІЇ ПРИ НАПРУГАХ
НА ШИНАХ ВИЩЕ ДОПУСТИМИХ НОРМ
Отримано 18 жовт. 2021; рекомендовано до публікації 21 бер. 2022.
Доступно онлайн 18 квіт. 2022
А. В. Сагара1 , В. І. Будько2,
М. О. Будько3, О. В. Козачук4
Автор для кореспонденції: Василь Будько
e-mail: solar_budko@ukr.net
Зростання частки відновлюваних джерел енергії в енергоси-
стемі України посилює проблему підтримки параметрів
електричної енергії в межах допустимих норм, визначених
чинним стандартом. З погляду цього питання в роботі про-
аналізовано параметри фотоелектричної станції, що під-
ключена до центральної електромережі з метою видачі
електричної енергії протягом року. Результати аналізу
реальних даних роботи станції підтвердили наявність про-
блем перевищення напруги в точці підключення фото-
електростанції до центральної електромережі. Проаналі-
зовано можливість підтримки параметрів електричної
енергії та підвищення коефіцієнта використання встанов-
леної потужності фотоелектричної станції за рахунок за-
стосування буферних електрохімічних акумуляторів, що
дають змогу накопичувати електричну енергію, яка приводить до підвищення напруги мережі, та віддавати
накопичений запас на споживача при нормованих значеннях напруги в точці підключення.
Для оцінки ефективності запропонованого підходу проведено аналіз роботи фотоелектричної станції з ураху-
ванням обмежень центральної мережі щодо якості електричної енергії. Визначено об’єми електричної енергії,
яка віддається в мережу на підвищеній напрузі. Встановлено, що застосування буферного електрохімічного аку-
мулятора сприяє стабілізації параметрів вихідної електроенергії від фотоелектростанції в мережу, що зменшує
негативний вплив на найближчих споживачів. Проведено оцінку рентабельності застосування буферного акуму-
лятора в складі мережевої фотоелектростанції та показана доцільність створення оптимізаційної моделі вибо-
ру необхідної ємності, що дасть змогу зменшити капіталозатрати такого рішення.
Наукові положення, висновки та рекомендації, що сформульовані в роботі, базуються на результатах статис-
тичного аналізу даних діючої фотоелектричної станції, теоретичних і практичних засадах.
Ключові слова. фотоелектрична станція, електрохімічний акумулятор, параметри електричної енергії, віднов-
лювані джерела енергії.
1 аспірант каф. відновлюваних джерел енергії
https://orcid.org/0000-0002-7194-1006
2д-р техн. наук, зав. каф. відновлюваних джерел
енергії https://orcid.org/0000-0002-6219-4221
3 канд. техн. наук, доцент каф. відновлюваних дже-
рел енергії https://orcid.org/0000-0003-0928-1657
4 асистент, каф. відновлюваних джерел енергії
https://orcid.org/0000-0003-1968-8178
1, 2, 3, 4 ф-т електроенерготехніки та автоматики, Наці-
ональний технічний університет України «Київський
політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»,
Київ, Україна
2, 3, 4 Інститут відновлюваної енергетики НАН Украї-
ни, Київ, Україна
FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION
ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS
Received 18 Oct. 2021; accepted 21 March 2022.
Available online 18 April 2022
A. Sahara1, V. Budko2, M. Budko3, O. Kozachuk4
Author for correspondence Vasyl Budko
e-mail: solar_budko@ukr.net
The growing power of renewable energy sources in the energy
systems of Ukraine causes the problem of maintaining the param-
eters of electricity within acceptable limits set by the current coun-
try standards. In the context of this issue, the paper analyzes the
parameters of the photovoltaic plant, which are connected to the
central grid, during the year. The results of the analysis of the real
1 PhD student in Department of Renewable Energy
Sources of the Faculty of Electric Power Engineering
and Automatics, National Technical University of
Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv,
Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7194-1006
2 DScTech, Head of the Department of the Renewable
Energy Sources, National Technical University of
Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute'', Kyiv;
Institute of Renewable Energy at the NAS of Ukraine,
Kyiv https://orcid.org/0000-0002-6219-4221
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
https://orcid.org/0000-0002-7194-1006
https://orcid.org/0000-0002-6219-4221
https://orcid.org/0000-0003-0928-1657
https://orcid.org/0000-0003-1968-8178
https://orcid.org/0000-0002-7194-1006
https://orcid.org/0000-0002-6219-4221
54
© А. В. Сагара, В. І. Будько, М. О. Будько, О. В. Козачук https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетика
Перелік використаних скорочень та позначень:
– енергія ФЕС, передана в мережу при
підвищеній напрузі
– енергія ФЕС, передана в мережу при
нормативній напрузі
– загальна енергія ФЕС
– нормативна максимальна напруга
АБ – акумуляторна батарея
– ємність акумуляторної батареї
Вступ. Мережеві фотоелектричні станції (ФЕС) що-
року збільшують свій внесок у сумарний показник
виробництва електричної енергії в Україні. Зокре-
ма, лише за 2020 рік приріст потужності склав
23,74 % (станом на 01.01.2021 сумарна потужність
введених в експлуатацію ФЕС, що підключені за
«зеленим» тарифом, складає 6093,6 МВт, з яких
1168,9 МВт·год введено у 2020 році), згенеровано
5968,7 млн кВт·год електричної енергії за рік [1].
З іншого боку, до роботи ФЕС висуваються жорсткі
вимоги з дотримання параметрів якості електрич-
ної енергії, адже їх порушення створює небезпечні
режими роботи споживчого електрообладнання.
У разі невідповідності встановленим нормам стан-
ція повинна відключатися від мережі або значно
знижувати генерацію на певні періоди, що призво-
дить до неефективної експлуатації обладнання.
Вирішити питання підтримки параметрів електрич-
ної енергії ФЕС та інших електростанцій на основі
відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в заданих ме-
жах, що відповідають діючим вимогам, можливо
шляхом включення до складу таких систем блока
буферного акумулювання енергії, що дає змогу ба-
лансувати енергію відновлюваного джерела. Пи-
танням використання акумуляторів енергії в складі
електричних станцій на основі ВДЕ займаються ряд
вітчизняних та закордонних науковців [2–8]. Попе-
редні результати вказують на актуальність пробле-
ми балансування та важливість такого поєднання,
що в кінцевому підсумку дозволить підвищити ко-
ефіцієнт використання встановленої потужності
ФЕС. Застосування систем акумулювання дозволяє
зробити роботу ФЕС більш прогнозованою за раху-
нок наявного буфера енергії, а приєднана станція
не спричинятиме порушення нормативних вимог
щодо надійності електропостачання, стійкості енер-
госистеми та якості електричної енергії [9].
Постановка завдання. Мета роботи: підвищення
коефіцієнта використання встановленої потужності
ФЕС за рахунок введення до її складу буферного
акумулятора енергії для підтримки параметрів ви-
хідної електроенергії, що відповідають діючим ви-
могам [10]:
• Стандартна номінальна напруга Uн для мереж
низької напруги загального призначення має
значення 220 В між фазним і нульовим прово-
data of the station confirmed the presence of the problem of over-
voltage at the terminals of the photovoltaic power plant and near-
est grid. This paper presents the analysis of parameters of electro-
chemical batteries which provide support for the central grid and
increase the efficiency of photovoltaic stations. The battery stores
electric energy during an increase of voltage in the network and
discharges energy to the consumer when the voltage level at the
connection point is normal.
To assess the effectiveness of the proposed approach, an analysis
of the specifics of the photovoltaic plant operation accepting limi-
tations of the energy quality is proposed. The amount of electricity
supplied to the network at the overvoltage level is determined. It is
established that the use of a battery storage system helps to stabi-
lize the parameters of the output electricity from the PV plant to
the network and reduces the negative impact on nearby consum-
ers. The profitability of the buffer accumulator as a part of the
network photovoltaic power plant is estimated and the advisability
of creating an optimization model for selecting the required capac-
ity is shown, which will reduce the capital costs of such a solution.
Scientific provisions, conclusions and recommendations formulated in the paper are based on the results of statistical analy-
sis of data from the existing photovoltaic plant, theoretical and practical provisions.
Keywords: photovoltaic station, electrochemical battery, parameters of electric energy, renewable energy sources.
3 CScTech, assistant professor of the Department of
Renewable Energy Sources of the Faculty of Electric
Power Engineering and Automatics of the National
Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv
Polytechnic Institute", Senior Researcher of Renewa-
ble Organic Energy sources Department Institute of
Renewable Energy at the NAS of Ukraine, Kyiv.
https://orcid.org/0000-0003-0928-1657
4 assistant to the senior teacher of the Department of
Renewable Energy Sources of the Faculty of Electric
Power Engineering and Automatics of the National
Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv
Polytechnic Institute'', Kyiv, Ukraine; 1st Category
Engineer of Solar Energy Department of the Institute
of Renewable Energy at the NAS of Ukraine, Kyiv.
https://orcid.org/0000-0003-1968-8178
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
https://orcid.org/0000-0003-0928-1657
https://orcid.org/0000-0003-1968-8178
55
© А. В. Сагара, В. І. Будько, М. О. Будько, О. В. Козачук https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетика
дом або між фазними проводами:
1) для трифазних чотирипровідних мереж: Uн =
220 В між фазним та нульовим проводом;
2) для трифазних трипровідних мереж: Uн = 220 В
між фазними проводами.
• Зміна напруги не повинна перевищувати ± 10 %
величини номінальної напруги.
• Частота напруги електропостачання для мереж
низької напруги має бути в межах:
1) для систем, які синхронно приєднані до ОЕС
України, – 50 Гц ± 1 % протягом 99,5 % часу за
рік та 50 Гц + 4 % (– 6 %) протягом 100 % часу;
2) для систем без синхронного приєднання до
ОЕС України – 50 Гц ± 2 % протягом 99,5 % часу
за рік та 50 Гц ± 15 % протягом 100 % часу.
Задачі дослідження:
1) проаналізувати специфіку роботи ФЕС з ураху-
ванням обмежень центральної мережі за якістю
електричної енергії;
2) розробити алгоритм визначення енергії EhighV,
що передається до мережі на підвищеній напру-
зі;
3) оцінити вплив електрохімічного акумулятора на
стабілізацію параметрів вихідної електроенергії
від ФЕС у мережу;
4) оцінити рентабельність застосування буферного
акумулятора в складі мережевих ФЕС.
Виклад основного матеріалу. Алгоритм роботи ме-
режевої ФЕС передбачає передачу виробленої ене-
ргії у мережу, що в свою чергу впливає на парамет-
ри електричної енергії. Електроенергія розподіля-
ється за правилом найменшого питомого опору до
найближчих споживачів. Інвертор підіймає напругу
на шинах СЕС для створення достатньої різниці по-
тенціалів, щоб передати енергію. Значення напруги
на клемах ФЕС залежить від таких параметрів:
• напруга на клемах трансформатора;
• опір лінії електропередачі та відстань до спожи-
вачів.
Найбільше зростання напруги спостерігається у час,
коли енергія від ФЕС більша, ніж необхідно спожи-
вачам на лінії, або споживачі відключені від мережі
чи сильно віддалені від точки генерації. В такому
разі інвертор має забезпечити умови, що дозволять
подолати падіння напруги на опорі лінії електропе-
редачі та створити достатню різницю потенціалів
відносно трансформатора. Водночас найближчі
споживачі можуть мати небезпечний рівень напру-
ги, що призводить до зменшення строку експлуата-
ції обладнання та його передчасного виходу з ладу.
Це є актуальною проблемою сучасних ФЕС. І цьому
питанню присвячена дана робота.
На першому етапі аналізу специфіки роботи ФЕС
було проведено оцінку статистичних даних роботи
мережевої станції потужністю 10 кВт у період з
01.05.2020 по 30.04.2021. Об’єкт дослідження роз-
ташований у Київській обл., у с. Гнідин. Номінальна
сумарна потужність фотомодулів за STC (Standart
Testing Conditions) складає 13,6 кВт. Станція орієнто-
вана на південь під кутом 25 градусів.
Статистичні данні збирались щоденно впродовж
світлового дня з інтервалом ~ 320 секунд і включа-
ють в себе значення напруги, струму й потужності
масиву сонячних фотомодулів і напруги, струму,
потужності, частоти та згенерованої енергії з боку
змінного струму на кожній фазі.
Проаналізовано напругу на шинах ФЕС (рис. 1). Кри-
ві червоного, зеленого та синього кольорів відпові-
дають щоденним рівням напруги на кожній фазі від
мінімального значення до максимального. Лінія
жовтого кольору – нормативне значення максима-
льного рівня напруги, що складає 242 В.
Аналіз отриманих статистичних даних показав, що є
значні проблеми з перевищенням напруги впро-
довж часу роботи, а саме:
• 1889,9 годин роботи на напрузі хоча б по одній
фазі;
• 467,6 годин роботи на напрузі по двох фазах;
• 33,9 годин роботи на напрузі по трьох фазах.
Упродовж року рівень напруги, що перевищував
встановлені норми, лежав у діапазоні 242,1–
268,1 В.
В результаті аналізу експериментальних даних, бу-
ло визначено енергію EhighV, що впливала на по-
наднормове зростання напруги на шинах ФЕС. За-
Рис. 1. Зміна напруги на шинах СЕС впродовж року
Fig. 1. Fluctuation of voltage on terminals of PV
station during the year of operation
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
56
© А. В. Сагара, В. І. Будько, М. О. Будько, О. В. Козачук https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетика
гальну кількість енергії від ФЕС можна отримати як:
(1)
Під час дослідження було розроблено такий алго-
ритм відділення від загальної згенерованої
енергії :
1) визначаємо проміжки часу, в яких напруга
;
2) знаходимо вироблену кількість енергії
на попередньому проміжку,
де ;
3) знаходимо вироблену кількість енергії
на проміжку перевищення на-
пруги;
4) визначаємо за поточний проміжок часу:
(2)
Отже, алгоритм базується на припущенні, що зни-
ження кількості виробленої енергії на інтервалі часу
перевищення напруги до рівня виробленої енергії
під час нормального режиму напруги приведе до
нормального режиму напруги на шинах ФЕС. Розра-
хунок проводиться для кожної фази з припущен-
ням, що встановлено три однофазні інвертори, що
можуть видавати потужність по кожній фазі окремо
і частину енергії з фази з перевищенням направляти
на акумулятори енергії.
На основі аналізу експериментальних даних отри-
мано значення енергії, які відповідають інтервалам
при підвищених напругах.
• Максимальне значення за день –
32,7 кВт·год.
• Середньорічне значення за день –
6,4 кВт·год.
На основі отриманих даних побудовано добовий
графік зміни енергії (повна енергія ФЕС)
та протягом року (рис. 2). Ана-
ліз отриманої залежності показує, що базовий нор-
мальний рівень напруги перевищується в основно-
му в періоди року з високою інтенсивністю сонячно-
го випромінювання.
Дослідження протягом року
(рис. 3) показало, що максимальний відсоток енер-
гії EhighV за день склав 39,7 %. Частка від річ-
ної генерації складає 19,44 %.
Крім того, встановлено, що частки по фазах
А, В та С за рік складають 37,87, 45,36 та 16,77 %
відповідно. Оскільки інвертор генерує потужність
однакову по всіх фазах, значна різниця між
фазами вказує на нерівномірний розподіл наванта-
ження на досліджуваній лінії.
Як відомо, інвертори, що працюють з зовнішньою
мережею, умовно можна поділити на два типи:
• мережеві;
• гібридні.
Мережеві інвертори не мають власного механізму
створення синусоїдального сигналу, тому можуть
працювати лише за наявності зовнішнього жив-
лення. Якщо параметри підключення незадовільні,
система значно зменшує або повністю припиняє
видачу енергії. Це призводить до зниження коефіці-
єнта використання встановленої потужності за раху-
нок простою та, як результат, зменшення виробітку
електроенергії.
Під задовільними маються на увазі не граничні па-
раметри для інвертора, а нормативні значення ро-
боти, які прописані у мережевому коді, – інструкції
Рис. 2. Зміна та
впродовж року
Fig. 2. Fluctuation of and
during the year of operation
Рис. 3. Відсоток впродовж року
Fig. 3. Percentage of Eexcees.day during year
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
57
© А. В. Сагара, В. І. Будько, М. О. Будько, О. В. Козачук https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетика
для роботи, визначені для певної країни, що вклю-
чають в себе ліміти параметрів електричної енергії
для обладнання та порядок дій у разі їх порушення.
Гібридні інвертори можуть живити навантаження як
за наявності мережі, так і коли вона відсутня. В цьо-
му разі обладнання теж працює на основі мереже-
вих кодів, але, на відміну від мережевих інверторів,
за умови незадовільних параметрів живлення сис-
тема відключається від зовнішніх джерел енергії.
Таким чином, для уникнення втрат енергії під час
відключення необхідно передбачати запас ємності
АБ.
Оскільки використання електрохімічних акумулято-
рів потребує значних капіталовкладень, необхідно
розробити алгоритм підбору раціональної ємності
АБ, при якій система зможе функціонувати в межах
допустимих параметрів. Для оптимізації ємності
буферних акумуляторів можна застосувати алго-
ритм роботи ФЕС, відповідно до якого акумулятори
заряджаються лише енергією EhighV, що призводить
до зростання напруги вище 242 В. У разі зниження
напруги нижче максимального рівня, необхідно
розряджати АБ такою потужністю, яка не призведе
до перевищення обмежень по напрузі в системі.
Максимальна денна надлишкова кількість енергії за
рік склала 32,7 кВт·год. Отже, для використання
100 % понаднормової енергії знадобиться ємність
АБ Cbat.max, що складає:
, (3)
де: – максимальна річна понаднормова
енергія, кВт·год;
– номінальна напруга АБ (для 15-
елементного АБ на LiFePO4 – 49,5 В);
– ККД зарядки АБ (приймаємо 0,95).
Отже:
А·год.
Для впровадження балансування електричної енер-
гії за рахунок акумуляторної батареї необхідно до-
сягнути як мінімум рівня беззбитковості таких сис-
тем. Проведено техніко-економічний розрахунок
використання АБ як буфера для балансування мере-
жі. Перед проведенням аналізу було зроблено при-
пущення, що енергія, вироблена на напрузі понад
242 В, є надлишковою в поточний момент часу і мо-
же бути або накопичена, або обмежена за допомо-
гою алгоритмів роботи інвертора.
Залежність між розміром буфера енергії АБ та вико-
ристаною енергією (рис. 4) не лінійна. Крива
виходить майже на стаціонарне значення викорис-
таної енергії вже на ємності АБ 320 А·год,
що відповідає 95,5 % .
Рис. 4. Залежність між ємністю АБ та
використаною надлишковою енергією
Fig. 4. Dependence between the capacity of battery
and consumption of excess energy
Для розрахунку періоду повернення інвестицій в
систему акумулювання прийнято такі дані:
1) Використовуємо акумулятор одиничною потуж-
ністю 50 А·год, вартість якого складає 32936 грн
(~1215 дол. США) [11].
2) Вартість проданої електроенергії дорівнює по-
точній ставці «зеленого» тарифу з вирахуваним
податком і складає 0,152 дол. США/кВт·год [12].
3) Для системи акумулювання використаємо три
однофазні гібридні інвертори потужністю по
3 кВт. Вартість системи 144 201 грн (~5319 дол.
США) [12].
У результаті аналізу отримано залежність терміну
повернення інвестицій від ємності АБ (рис. 5).
Рис. 5. Залежність повернення інвестицій від
використаної ємності АБ
Fig. 5. Dependence between the payback period
and capacity of battery in system
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
58
© А. В. Сагара, В. І. Будько, М. О. Будько, О. В. Козачук https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетика
При прийнятому значенні ємності системи
200 А·год термін є також мінімальним і складає
37,14 року, а при встановленні ємності, що забез-
печує ~ 100 % потреб в акумулюванні (650 А·год) –
56,5 року.
Висновки
Результати аналізу статистичних даних підтверджу-
ють наявність проблеми погіршення якості елек-
тричної енергії у точці підключення джерел ВДЕ, а
саме підвищення напруги. Отримані результати
вказують на можливість вирішення проблеми ста-
білізації параметрів електричної енергії ФЕС за ра-
хунок використання електрохімічних акумуляторів
як енергетичного буфера. В цьому дослідженні для
забезпечення балансування 77,7 % енергії, що при-
зводить до підвищення напруги вище нормативно-
го рівня, необхідно залучити 30,7 % максимального
за рік необхідного значення ємності АБ, а саме
200 А·год. Наразі такі системи не є рентабельними
через значну вартість електрохімічних акумулято-
рів на основі літію. Для підвищення економічної
доцільності таких систем необхідно розробити ал-
горитм підбору оптимальної ємності, який врахову-
ватиме можливість підтримки рівня напруги на
верхньому діапазоні за рахунок зарядки у пікові
години з U>242 В, та розрядки за U<=242 В. Під час
вибору ємності буферного акумулятора доцільно
враховувати можливість обмеження генерації піко-
вих значень енергії алгоритмами інвертора. У разі
приєднання ОЕС України до Європейської енерго-
системи гостріше ставитиметься питання до якості
електроенергії та мінімізації впливу місцевих гене-
раторів електричної енергії (зокрема СЕС) на пара-
метри напруги мережі.
ПОСИЛАННЯ
1. Статистика щодо розвитку відновлюваної енер-
гетики. [Електронний ресурс]. Доступно: https://
saee.gov.ua/uk/content/informatsiyni-materialy
2. F. Marra, G. Yang, C. Træholt, J. Østergaard, and
E. Larsen, “A Decentralized Storage Strategy for
Residential Feeders with Photovoltaics”, IEEE
Transactions on Smart Grid, 5 (2), pp. 974–981,
2014. https://doi.org/10.1109/TSG.2013.2281175
3. UGK Mulleriyawage, and WX Shen. “Optimally siz-
ing of battery energy storage capacity by opera-
tional optimization of residential PV-Battery sys-
tems: an Australian household case study”, Renew
Energy, 2020. https://doi.org/10.1016/j.
renene.2020.07.022.
4. R. Gupta, F. Sossan, and M. Paolone, “Countrywide
PV hosting capacity and energy storage require-
ments for distribution networks: The case of Swit-
zerland”, Applied Energy, vol. 281, 2021. https://
doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116010
5. E. Galvan, P. Manda, and Y. Sang, “Networked mi-
crogrids with roof-top solar PV and battery energy
storage to improve distribution grids resilience to
natural disasters”. International Journal of Electri-
cal Power & Energy Systems, vol. 123, Dec. 2020.
https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106239
6. Giorgos S. Georgiou, Paul Christodoulides, and So-
teris A. Kalogirou, “Optimizing the energy storage
schedule of a battery in a PV grid-connected nZEB
using linear programming”, Energy, vol. 208, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118177
7. В. І. Будько, та Я. В. Вайнштейн, “Перекриття
небалансів згенерованої та прогнозованої елек-
троенергії сонячною електростанцією за раху-
нок системи акумулювання електричної енер-
гії”, Відновлювана енергетика, № 4 (67), c. 25–
31, 2021. https://
doi.org/10.36296/18198058.2021.4(67).25-31
8. Г. Л. Карпчук, М. О. Будько, “Особливості робо-
ти системи полікремнієва фотобатарея – прото-
нообмінний електролізер”, Відновлювана енер-
гетика, № 3 (62), c. 16–26, 2020. https://
doi.org/10.36296/18198058.2020.3(62).16-26
9. СОУ НЕК 341.001:2019 «Вимоги до вітрових та
сонячних електростанцій при їх роботі парале-
льно з об’єднаною енергетичною системою Ук-
раїни», [Електронний ресурс]. Доступно: https://
ua.energy/wpcontent/uploads/2019/06/SOU-NEK-
341.001_2019.pdf
10. ДСТУ EN 50160:2014 Характеристики напруги
електропостачання в електричних мережах за-
гальної призначеності, затверджені наказом
Міністерства економічного розвитку і торгівлі
України (ДСТУ EN 50160:2014): [Електронний
ресурс]. Доступно: https://www.en.lg.ua/images/
stories/2019/standart-yakosti.pdf
11. LiFePO4 АКБ для сонячних електростанцій.
[Електронний ресурс]. Доступно: https://solar-
tech.com.ua/thermalequipment/
storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-
pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-
ch.html
12. Закон України Про внесення змін до деяких за-
конів України щодо удосконалення умов під-
тримки виробництва електричної енергії з аль-
тернативних джерел енергії. 2020.
[Електронний ресурс]. Доступно: https://
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
https://saee.gov.ua/uk/content/informatsiyni-materialy
https://saee.gov.ua/uk/content/informatsiyni-materialy
https://doi.org/10.1109/TSG.2013.2281175
https://doi.org/10.1016/j.%20renene.2020.07.022
https://doi.org/10.1016/j.%20renene.2020.07.022
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116010
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116010
https://www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-electrical-power-and-energy-systems
https://www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-electrical-power-and-energy-systems
https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106239
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118177
https://doi.org/10.36296/18198058.2021.4(67).25-31
https://doi.org/10.36296/18198058.2021.4(67).25-31
https://doi.org/10.36296/18198058.2020.3(62).16-26
https://doi.org/10.36296/18198058.2020.3(62).16-26
https://ua.energy/wpcontent/uploads/2019/06/SOU-NEK-341.001_2019.pdf
https://ua.energy/wpcontent/uploads/2019/06/SOU-NEK-341.001_2019.pdf
https://ua.energy/wpcontent/uploads/2019/06/SOU-NEK-341.001_2019.pdf
https://www.en.lg.ua/images/stories/2019/standart-yakosti.pdf
https://www.en.lg.ua/images/stories/2019/standart-yakosti.pdf
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/810-20#Text
59
© А. В. Сагара, В. І. Будько, М. О. Будько, О. В. Козачук https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетика
zakon.rada.gov.ua/laws/show/810-20#Text
13. Гібридний інвертор Victron Energy.
[Електронний ресурс]. Доступно:
https://220volt.com.ua/sistema-ibp-dlya-doma-
multiplus-ii-48-3000-35-32-230v-gx-
pmp482306000/
REFERENCES
1. Statistics of renewable energy sources in Ukraine,
(in Ukrainian). [Online]. Available: https://
www.nerc.gov.ua/?id=26435
2. F. Marra, G. Yang, C. Traeholt, J. Ostergaard and
E. Larsen, “A Decentralized Storage Strategy for
Residential Feeders with Photovoltaics”, IEEE
Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 2, pp. 974–981, 2014.
https://doi.org/10.1109/TSG.2013.2281175
3. UGK Mulleriyawage, and WX Shen, “Optimally siz-
ing of battery energy storage capacity by opera-
tional optimization of residential PV-Battery sys-
tems: an Australian household case study”, Renew
Energy, 2020. https://doi.org/10.1016/j.
renene.2020.07.022.
4. R. Gupta, F. Sossan, and M. Paolone. “Countrywide
PV hosting capacity and energy storage require-
ments for distribution networks: The case of Swit-
zerland”, Applied Energy, vol. 281, 2021. https://
doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116010
5. E. Galvan, P. Mandal, and Y. Sang. “Networked mi-
crogrids with roof-top solar PV and battery energy
storage to improve distribution grids resilience to
natural disasters”. International Journal of Electri-
cal Power & Energy Systems, vol. 123, Dec. 2020.
https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106239
6. Giorgos S. Georgiou, Paul Christodoulides, and So-
teris A. Kalogirou, “Optimizing the energy storage
schedule of a battery in a PV grid-connected nZEB
using linear programming”, Energy, vol. 208, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118177
7. V. Budko, and Y. Vainshtein, “Overlapping imbal-
ances of generated and forecast electricity by solar
power plant at the expense of the electricity accu-
mulation system”, (in Ukrainian), Vidnovliuvana
Energetyka, vol. 4 (67), pp. 25–31, 2021. https://
doi.org/10.36296/18198058.2021.4(67).25-31
8. H. Karpchuk, and M. Budko, “Features of operation
of the system "poly silicon photovoltaic module –
proton exchange membrane electrolyser”, (in
Ukrainian), Vidnovliuvana Energetyka, vol. 3 (62),
pp. 16–26, 2020. https://
doi.org/10.36296/18198058.2020.3(62).16-26
9. Requirements for wind and solar power plants dur-
ing their operation in parallel with the unified en-
ergy system of Ukraine, (in Ukrainian). [Online].
Available: https://ua.energy/wpcontent/
uploads/2019/06/SOU-NEK-341.001_2019.pdf
10. Quality standarts of electrical energy in Ukraine, (in
Ukrainian). [Online]. Available: https://
www.nerc.gov.ua/?id=19529
11. LiFePO4 battery for PV stations, (in Ukrainian).
[Online]. Available: https://solar-tech.com.ua/
thermalequipment/storagebatteries/
akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-
plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
12. Low of Ukraine about renewable energy sources
2020, (in Ukrainian). [Online]. Available: https://
zakon.rada.gov.ua
/laws/show/810-20#Text
13. Hybrid invertor Victron Energy, (in Ukrainian).
[Online]. Available: https://220volt.com.ua/
sistema-ibp-dlya-doma-multiplus-ii-48-3000-35-32-
230v-gx-pmp482306000/
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)836
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/810-20#Text
https://220volt.com.ua/sistema-ibp-dlya-doma-multiplus-ii-48-3000-35-32-230v-gx-pmp482306000/
https://220volt.com.ua/sistema-ibp-dlya-doma-multiplus-ii-48-3000-35-32-230v-gx-pmp482306000/
https://220volt.com.ua/sistema-ibp-dlya-doma-multiplus-ii-48-3000-35-32-230v-gx-pmp482306000/
https://www.nerc.gov.ua/?id=26435
https://www.nerc.gov.ua/?id=26435
https://doi.org/10.1109/TSG.2013.2281175
https://doi.org/10.1016/j.%20renene.2020.07.022
https://doi.org/10.1016/j.%20renene.2020.07.022
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116010
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116010
https://www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-electrical-power-and-energy-systems
https://www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-electrical-power-and-energy-systems
https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106239
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118177
https://doi.org/10.36296/18198058.2021.4(67).25-31
https://doi.org/10.36296/18198058.2021.4(67).25-31
https://doi.org/10.36296/18198058.2020.3(62).16-26
https://doi.org/10.36296/18198058.2020.3(62).16-26
https://ua.energy/wpcontent/uploads/2019/06/SOU-NEK-341.001_2019.pdf
https://ua.energy/wpcontent/uploads/2019/06/SOU-NEK-341.001_2019.pdf
https://www.nerc.gov.ua/?id=19529
https://www.nerc.gov.ua/?id=19529
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://solar-tech.com.ua/thermalequipment/storagebatteries/akkumulyatornaya-batareya-pylontech-us2000b-plus-lifepo4-48v-2-4-kvt-ch.html
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/810-20#Text
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/810-20#Text
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/810-20#Text
https://220volt.com.ua/sistema-ibp-dlya-doma-multiplus-ii-48-3000-35-32-230v-gx-pmp482306000/
https://220volt.com.ua/sistema-ibp-dlya-doma-multiplus-ii-48-3000-35-32-230v-gx-pmp482306000/
https://220volt.com.ua/sistema-ibp-dlya-doma-multiplus-ii-48-3000-35-32-230v-gx-pmp482306000/
|
| id | veorgua-article-326 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:09:07Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/40/2f42bd125d53decd8b879d960486c940.pdf |
| spelling | veorgua-article-3262026-07-18T06:32:16Z FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS РОБОТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СТАНЦІЇ ПРИ НАПРУГАХ НА ШИНАХ ВИЩЕ ДОПУСТИМИХ НОРМ Sahara, A. Budko, V. Budko, M. Kozachuk, O. photovoltaic station electrochemical battery parameters of electric energy renewable energy sources фотоелектрична станція електрохімічний акумулятор параметри електричної енергії відновлювані джерела енергії. The growing power of renewable energy sources in the energy systems of Ukraine causes the problem of maintaining the parameters of electricity within acceptable limits set by the current country standards. In the context of this issue, the paper analyzes the parameters of the photovoltaic plant, which are connected to the central grid, during the year. The results of the analysis of the real data of the station confirmed the presence of the problem of overvoltage at the terminals of the photovoltaic power plant and nearest grid. This paper presents the analysis of parameters of electrochemical batteries which provide support for the central grid and increase the efficiency of photovoltaic stations. The battery stores electric energy during an increase of voltage in the network and discharges energy to the consumer when the voltage level at the connection point is normal. To assess the effectiveness of the proposed approach, an analysis of the specifics of the photovoltaic plant operation accepting limitations of the energy quality is proposed. The amount of electricity supplied to the network at the overvoltage level is determined. It is established that the use of a battery storage system helps to stabilize the parameters of the output electricity from the PV plant to the network and reduces the negative impact on nearby consumers. The profitability of the buffer accumulator as a part of the network photovoltaic power plant is estimated and the advisability of creating an optimization model for selecting the required capacity is shown, which will reduce the capital costs of such a solution. Scientific provisions, conclusions and recommendations formulated in the paper are based on the results of statistical analysis of data from the existing photovoltaic plant, theoretical and practical provisions. Зростання частки відновлюваних джерел енергії в енергосистемі України посилює проблему підтримки параметрів електричної енергії в межах допустимих норм, визначених діючим стандартом. З погляду цього питання в роботі проаналізовано параметри фотоелектричної станції, що підключена до центральної електромережі з метою видачі електричної енергії протягом року. Результати аналізу реальних даних роботи станції підтвердили наявність проблем перевищення напруги в точці підключення фотоелектростанції до центральної електромережі. Проаналізовано можливість підтримки параметрів електричної енергії та підвищення коефіцієнта використання встановленої потужності фотоелектричної станції за рахунок застосування буферних електрохімічних акумуляторів, що дають змогу накопичувати електричну енергію, яка приводить до підвищення напруги мережі, та віддавати накопичений запас на споживача при нормованих значеннях напруги в точці підключення.&nbsp; Для оцінки ефективності запропонованого підходу проведено аналіз роботи фотоелектричної станції з урахуванням обмежень центральної мережі щодо якості електричної енергії. Визначено об’єми електричної енергії, яка віддається в мережу на підвищеній напрузі. Встановлено, що застосування буферного електрохімічного акумулятора сприяє стабілізації параметрів вихідної електроенергії від фотоелектростанції в мережу, що зменшує негативний вплив на найближчих споживачів. Проведено оцінку рентабельності застосування буферного акумулятора в складі мережевої фотоелектростанції та показана доцільність створення оптимізаційної моделі вибору необхідної ємності, що дасть змогу зменшити капіталозатрати такого рішення. Наукові положення, висновки та рекомендації, що сформульовані в роботі, базуються на результатах статистичного аналізу даних діючої фотоелектричної станції, теоретичних і практичних засадах. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2022-04-17 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/326 10.36296/1819-8058.2022.1(68).53-59 Vidnovluvana energetika ; No. 1(68) (2022): Scientific and Applied Journal Vidnovliuvana energetyka; 53-59 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 1(68) (2022): Scientific and Applied Journal Vidnovliuvana energetyka; 53-59 Відновлювана енергетика; № 1(68) (2022): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 53-59 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2022.1(68) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/326/246 Copyright (c) 2022 A. Sahara, V. Budko, M. Budko, O. Kozachuk https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | photovoltaic station electrochemical battery parameters of electric energy renewable energy sources Sahara, A. Budko, V. Budko, M. Kozachuk, O. FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS |
| title | FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS |
| title_alt | РОБОТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СТАНЦІЇ ПРИ НАПРУГАХ НА ШИНАХ ВИЩЕ ДОПУСТИМИХ НОРМ |
| title_full | FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS |
| title_fullStr | FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS |
| title_full_unstemmed | FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS |
| title_short | FEATURES OF PHOTOVOLTAIC STATION OPERATION ON AC VOLTAGE THAT EXCEEDS ACCEPTABLE LIMITS |
| title_sort | features of photovoltaic station operation on ac voltage that exceeds acceptable limits |
| topic | photovoltaic station electrochemical battery parameters of electric energy renewable energy sources |
| topic_facet | photovoltaic station electrochemical battery parameters of electric energy renewable energy sources фотоелектрична станція електрохімічний акумулятор параметри електричної енергії відновлювані джерела енергії. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/326 |
| work_keys_str_mv | AT saharaa featuresofphotovoltaicstationoperationonacvoltagethatexceedsacceptablelimits AT budkov featuresofphotovoltaicstationoperationonacvoltagethatexceedsacceptablelimits AT budkom featuresofphotovoltaicstationoperationonacvoltagethatexceedsacceptablelimits AT kozachuko featuresofphotovoltaicstationoperationonacvoltagethatexceedsacceptablelimits AT saharaa robotafotoelektričnoístancííprinaprugahnašinahviŝedopustimihnorm AT budkov robotafotoelektričnoístancííprinaprugahnašinahviŝedopustimihnorm AT budkom robotafotoelektričnoístancííprinaprugahnašinahviŝedopustimihnorm AT kozachuko robotafotoelektričnoístancííprinaprugahnašinahviŝedopustimihnorm |