Vědci využili zařízení založené na Duffingově oscilátoru k vyřešení problému nízké účinnosti fotovoltaických systémů při nízkém vstupním napětí za svítání a západu slunce. Jeho výkon byl údajně lepší než u běžného DC-DC boost měniče při zesilování slabých vstupních napětí.
Výzkumníci z University of Yaounde I v Kamerunu navrhli použít Duffingův oscilátor k zesílení velmi nízkonapěťového výstupu s nízkou úrovní slunečního záření za svítání a západu slunce.
Duffingův oscilátor nebo Duffingova rovnice je diferenciální rovnice používaná k modelování určitých tlumených a poháněných oscilátorů. Systém pojmenovaný po německém inženýrovi Georgu Duffingovi byl původně používán k řešení složitých fyzikálních otázek a k analýze anharmonických oscilací. Jakmile se stal populární, používal se k modelování výztužných pružin, vybočení paprsku, nelineárních elektronických obvodů, supravodivých Josephsonových parametrických zesilovačů a ionizačních vln v plazmatu.
,,Odpovídá to nelineární diferenciální rovnici druhého řádu s vynucením nebo bez něj,“ vysvětlili vědci. Vynucovací funkce je funkce, která se objevuje v rovnicích a je pouze funkcí času, a nikoli žádné z jiných proměnných.
„Reakce Duffingova oscilátoru velmi závisí na povaze klece. Pro nulový nebo konstantní vstupní signál se jako výstup získá konstantní amplituda odezvy. Pro alternativní nebo variabilní vstupní signál se na výstupu získá proměnná amplituda odezvy, která vykazuje někdy chaotické chování dobře analyzované v literatuře,“ dodali.
Duffingův oscilátor neboli Duffingova diferenciální rovnice
Vědci použili software Fortran 95 k simulaci systému sestávajícího z Duffingova oscilátoru, invertoru, který obrátí záporné napětí jednoho z výstupů oscilátoru, a sčítačky napětí pro přidání kladných i zpětných záporných napětí dvou výstupů oscilátoru. Oscilátor je schopen zesilovat a samoregulovat napětí generované FV moduly pomocí svého zesilovacího obvodu a jeho nelineárního prvku.
Navrhovaný zesilovač Duffingova oscilátoru se připojil k solárnímu článku, aby se kvantifikoval poměr zesílení napětí. Skupina také zahrnovala proudový ovladač U4 OPAMP. A porovnávala tak výkon tohoto experimentálního uspořádání s výkonem solárního článku připojeného ke konvenčnímu DC-DC boost konvertoru.
„Nevýhodou DC-DC boost chopperu je jeho konstantní a omezený poměr výstupního a vstupního napětí, nazývaný zesilovací faktor,“ upřesnili akademici. ,,Nahrazujeme DC-DC boost chopper novým blokem, elektrickým Duffingovým oscilátorem. A to proto, abychom toto omezení zvládli.“
Tým provedl jak teoretická, tak experimentální šetření a výsledky vizualizoval na digitálním osciloskopu. „Z tohoto experimentálního prototypu získáváme změnou hodnot vstupního napětí data o výstupním napětí a tedy i zesílení,“ zdůraznilo.
Analýza ukázala, že Duffingův oscilátor dokáže zesílit velmi nízké napětí solárních článků lépe než DC-DC boost chopper. Schopnost oscilátoru samoregulovat napětí solárního článku se potvrdila tím, že má vysoký zesilovací faktor pro nízká napětí. A nízký zesilovací faktor při zvýšení vstupního napětí.
Experimentální šetření také ukázalo, že výstupní napětí může dosáhnout až 7,03 V při vstupním napětí 0,43 V. Což představuje zisk 24,3 decibelů (dB).
„Technologie solárních článků by proto mohla velmi těžit z navrhovaného zařízení k vyřešení problému nízké účinnosti při nízkém vstupním napětí,“ uzavřeli vědci.
Jejich zjištění jsou k dispozici ve studii „Zesílení velmi nízkých výstupních napětí FV panelů pomocí Duffingova oscilátoru“. Ta se nedávno publikovala v Heliyonu.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
