در بیست سال گذشته موضوع تامین انرژی به دلیل کمبود نفت و گاز، افزایش قیمت سوخت و افزایش سریع تقاضای انرژی به دلیل تداوم رشد جمعیت جهان و صنعتی شدن به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته است. فناوری انرژی خورشیدی یک منبع انرژی تجدید پذیر است و دارای چندین مزیت از جمله؛ بدون هزینه سوخت، نیاز به تعمیر و نگهداری کمی، و سازگار با محیط زیست است . سیستم های فتوولتائیک مستقل در راه حل های پمپاژ آب و روشنایی در کشورهای توسعه یافته، روستاهای منزوی و جوامع کوچک شهری و روستایی بسیار محبوب هستند. سیستم های PV همچنین به یک روش انتخابی برای سود برای تولید برق تبدیل شدند، به ویژه در مناطق توسعه یافته که دارای مقدار قابل توجهی تابش خورشیدی هستند.

منابع تجدیدپذیر به کنترل آلودگی زیست محیطی کمک می کنند. این در حالی است که استفاده از منابع فسلی و تجدیدناپذیر در راستای افزایش آلودگی محیط زیست است ، بنابراین کاهش مصرف منابع تجدیدناپذیر ضروری است و در این بین نقش انرژی های نو کلیدی خواهد بود، در حال حاضر انرژی خورشیدی بیشترین استفاده را در جهان دارد و علاوه بر آن پاک و بدون صدا است ویژگیهای فوق، فناوری پنلهای فتوولتائیک خورشیدی را به یکی از مطلوبترین فناوریهای انرژی نو تبدیل میکند. طراحی و روش بهره برداری نیروگاههای فتوولتائیک برای دستیابی به عملکرد مناسب در تولید برق بسیار مهم است .

آنچه در سیستم پنل های خورشیدی حائز اهمیت فراوان است منحنی غیرخطی این سیستم در تولید توان بوسیله تابش ورودی وارد بر آن می باشد. این منحنی مشخصه در نگاهی دیگر تعبیر به منحنی P-V برای سلول های خورشیدی است. این منحنی تحت تابش های مختلف غیرخطی است. بنابراین برای بدست آوردن حداکثر توان به ازای تابش معین بایستی اقداماتی در کلیدزنی و در واقع کنترل کلیدزنی انجام داد که از آن به عنوان ردیابی نقطه حداکثر توان یا همان MPPT یاد می شود.

شکل 1 منحنی غیرخطی توان بر حسب ولتاژ برای سلول خورشیدی و نمایش نقطه حداکثر توان 300x186 الگوریتم های ردیابی ماکزیمم توان در فتوولتائیک و بکارگیری در شبیه سازی متلب

شکل 1 ) منحنی غیرخطی توان بر حسب ولتاژ برای سلول خورشیدی و نمایش نقطه حداکثر توان

در این بین یکی از مهمترین ادوات مورد استفاده برای سلول های خورشیدی مبدل های تقویتی می باشد. این مبدل ها به عنوان واسطه بین اتصال سلول های خورشیدی و شبکه توان می باشند.  مبدل های تقویت کننده برق DC-DC نقش مهمی در سیستم های انرژی خورشیدی دارند. آنها ولتاژ ورودی یک آرایه خورشیدی را برای مجموعه ای از شرایط معین افزایش می دهند.. هر مبدل تقویت کننده بر اساس قابلیت کارآمد، اندازه و هزینه اجرا ارزیابی می شود. مبدل بوست مرسوم و مبدل تقویتی مختلط، توپولوژی های پرکاربرد در سیستم های فتوولتائیک می باشند. با این حال، هر کدام دارای جنبه های منفی سطح کارایی متفاوت تحت شرایط آب و هوایی تغییر یافته هستند. در این بین می توان با استفاده از روش های کلیدزنی مناسب و  با کنترل تطبیقی سوئیچ برای به حداکثر رساندن بازده سیستم فتوولتائیک مستقل تحت تغییر سطوح توان خورشیدی به دلیل شرایط تابش انجام داد .

مقدار توان تولید شده از پنل خورشیدی به طور قابل توجهی به دما و تابش بستگی دارد که در آن سطوح تابش تأثیر چشمگیری بر حداکثر توان پنل خورشیدی دارد. با شرایط آب و هوایی متنوع، سیستم PV باید به طور مداوم، با سطح کارایی بالا در نزدیکی/در نقطه حداکثر توان (MPP) پنل خورشیدی کار کند. چندین روش ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) مورد مطالعه قرار گرفته و با در نظر گرفتن تکنیک های بهینه سازی آنها بهبود یافته است. با این حال، حداکثر ردیابی نقطه قدرت نمی تواند بازده مبدل قدرت را در شرایط مختلف تولید برق حل کند. بنابراین، با هدف داشتن حداکثر توان به بار متغیر، سطح کارایی مبدل قدرت نیز باید ارتقا یابد.

مبدل های بوست

این بررسی برای مطالعه قابلیت فنی مبدل بوست dc-dc است که قادر به تولید یک سطح ولتاژ dc پایین به سطح ولتاژ dc بالا است که توسط یک بار مورد نیاز است. مبدل مورد استفاده معمولاً با توجه به نقطه اقتصادی، اعوجاج توان از طریق سیستم PV و تبدیل راندمان تحت طیف گسترده ای از توان PV به شرح زیر ارزیابی می شود.

مبدل بوست متداول

مبدل بوست متداول می تواند در بسیاری از برنامه های الکترونیکی قدرت استفاده شود، به عنوان مثال در منابع تغذیه DC تنظیم شده، و در سیستم های فتوولتائیک که کاربرد فراوانی دارد. مقدار افزایش ولتاژ ورودی DC پایین به ولتاژ خروجی DC بالاتر از بار مورد نظر جزء کارکرد اصلی این مبدل می باشد. مبدل دارای دو حالت عملیات جریان است، حالت جریان ناپیوسته (DCM) و حالت جریان پیوسته (CCM). در کاربردهای برق، مبدل بوست متداول قادر است در هر حالت عملکرد فعلی تحت سطوح توان تغییر یافته کار کند و با هر حالت دارای ویژگی های واریانس است.

عملکرد اصلی مبدل بوست DC-DC در شکل 2 نشان داده شده است. هنگامی که سوئیچ روشن است، دیود بایاس معکوس می شود، بنابراین، مرحله بار را ایزوله می کند. منبع ورودی انرژی را در سلف ذخیره می کند. هنگامی که کلید برق خاموش است، مرحله بار از سلف و همچنین از منبع انرژی دریافت می کند، بنابراین ولتاژ بار بیشتر از ولتاژ منبع است. مبدل تقویت کننده معمولی دارای مدار ساده و کم هزینه است . معایب مبدل تقویت کننده معمولی جریان موج دار زیاد در اجزای فعال و غیرفعال، تنش ولتاژ زیاد برای کلیدهای برق و نیاز به مقدار خازن بزرگ برای ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی است. این مشکل را می توان با استفاده از مبدل بوست میان لایه ای که یکی دیگر از مدارهای مبدل تقویت کننده قدرت است، حل کرد.

شکل 2 مبدل بوست متداول  300x101 الگوریتم های ردیابی ماکزیمم توان در فتوولتائیک و بکارگیری در شبیه سازی متلب

شکل 2 ) مبدل بوست متداول

روش های MPPT

سه نوع اصلی به شرح زیر تقسیم میشوند

: 1 روشهای MPPT سنتی

. 2 روشهای MPPT مبتنی بر کنترل هوشمند

. 3 روشهای MPPT تحت شرایط سایه جزئی

روش های MPPT سنتی به دو طیف تقسیم می شوند که عبارتند از روش های کنترل براساس انتخاب پارامتر و الگوریتم های کنترل MPPT مستقیم که براساس داده های نمونه برداری شده می باشد. در روش الگوریتم های کنترلی بر اساس انتخاب پارامتر تلاش میکنند تا با استفاده از دانش پارامترهای تعیین کننده یک پنل فتوولتائیک و پارامترهای اندازه گیری شده شرایط بهره برداری آن، به کنترل ردیابی نقطه توان حداکثر دست یابند. پارامترهای فیزیکی ذاتی یک پنل فتوولتائیک، همراه با اندازه گیری تابش و دمای بهره برداری، اجازه ایجاد یک مدل ریاضی بهینه را می دهد. چنین مدلهایی امکان پیشبینی منحنیهای مشخصه V-P و V-I پنل را در شرایط بهره برداری معین فراهم میکنند و ازاینرو حداکثر نقطه توان را نیزتعیین میکنند. معموالً از یک مدل مدار معادل سلول فتوولتائیک استفاده میشود و دقت چند پارامتر در این مدل برای عملکرد این روش مهم است.

در روش دوم که براساس داده های نمونه گیری شده مانند ولتاژ، جریان و توان از یک آرایه فتوولتائیک، حداکثر نقطه توان را ردیابی میکنند. این روشهای مستقیم به مدلی از فتوولتائیک متکی نیستند و در عمل پیاده سازی آنها ساده است و ازاین رو به طور گسترده مورداستفاده قرار میگیرند. این روشها شامل آشفتن و مشاهده کردن (P&O)، رسانایی افزایشی، ظرفیت نویزی، کنترل همبستگی موجی، ترکیب آرایه فتوولتائیک و غیره است و اغلب با الگوریتمهای جستجوی هوشمند ترکیب میشوند تا دقت و سرعت ردیابی را بیشتر بهبود بخشند.

روش آشفتن و مشاهده یا P&O در MPPT

آشفتن و مشاهده کردن که به عنوان روش تپه نوردی نیز شناخته میشود، یکی از متداولترین تکنیکهای مورداستفاده برای اجرای MPPT در یک سیستم فتوولتائیک است. اصل آشفتن و مشاهده کردن این است که کنترلگر ولتاژ ترمینال آرایه فتوولتائیک قابل کنترل را در فواصل زمانی منظم افزایش یا کاهش میدهد و بعدازآن جهت تغییر توان را مشاهده میکنیم تا سیگنال کنترل بعدی را تعیین کند. آشفتن و مشاهده کردن ساده و قابل اعتماد است و پیاده سازی آن آسان است. بااینحال، الگوریتم MPP را با تغییر مداوم ولتاژ پایانه آرایه فتوولتائیک ردیابی میکند، که به راحتی میتواند باعث نوسان توان خروجی شود. علاوه بر این با تغییر شرایط محیطی، این روش میتواند منجر به کاهش توان سیستم فتوولتائیک شود. برای غلبه بر این موضوع، تغییرات زیادی در این روش انجام شده است.

شکل 3 الگوریتم آشفتن و مشاهده در ردیابی نقطه حداکثر توان 1 300x174 الگوریتم های ردیابی ماکزیمم توان در فتوولتائیک و بکارگیری در شبیه سازی متلب

شکل 3 ) الگوریتم آشفتن و مشاهده در ردیابی نقطه حداکثر توان

شبیه سازی مبدل DC/DC در نرم افزار متلب

همانطور که بیان شد مبدل بوست به منظور افزایش سطح ولتاژ از یک سطح DC پایین تر به بالاتر بکار می رود. اساس کار مبدل ها به صورت یک مجموعه سوئیچ زنی می باشد که بر روی دو بازوی سری و موازی قرار داده شده است که در هر لحظه مقادیر مخالف هم را به سوئیچ های مورد نظر ارسال می کند. به این منظور نیاز است تا یک توپولوژی به شکل زیر در سیمولینک متلب پیاده سازی کنیم :

شکل 4 شماتیک مدار قدرتی مبدل بوست در سیمولینک متلب 300x100 الگوریتم های ردیابی ماکزیمم توان در فتوولتائیک و بکارگیری در شبیه سازی متلب

شکل 4 ) شماتیک مدار قدرتی مبدل بوست در سیمولینک متلب

مشخصا طراحی سیستم کنترل برای کلید زنی مبدل مورد نظر اهمیت فراوانی دارد این سیستم کنترل دارای دو لوپ می باشد که لوپ خارجی آن حلقه کنترل ولتاژ و لوپ داخلی حلقه کنترل جریان می باشد. برای لوپ خارجی نیاز به یک ولتاژ رفرنس می باشد که این عدد به صورت خارجی به مدار کنترلی داده می شود حال آنکه جریان رفرنس در حلقه داخلی از خروجی خطای بین ولتاژ رفرنس و ولتاژ واقعی گرفته می شود.  شکل زیر شمای این حلقه کنترلی را نمایش می دهد

شکل 5 شماتیک مدار کنترلی مبدل بوست در سیمولینک متلب 300x95 الگوریتم های ردیابی ماکزیمم توان در فتوولتائیک و بکارگیری در شبیه سازی متلب

شکل 5 ) شماتیک مدار کنترلی مبدل بوست در سیمولینک متلب

منبع : برق تِک

About برق تِک

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *