بخشی از مقاله
چکیده
همانطور که می دانید سیستم های تجدید پذیر (فتوولتائیـک و بـاد) دارای یک خروجی ناپایدار مـی باشـند ، کـه ایـن خروجـی بـر روی عملکرد سیستم های قدرت تاثیر منفی خواهد داشت ، بنابراین جهت رفع این مشکل در این مقاله، با استفاده از نتـایج شـبیه سـازی شـده توسط نرم افزار MATLAB) و (PSIM از یـک ابـر خـازن جهـت ذخیره سازی انرژی استفاده شده است که توسـط مبـدل بـاک DC) به (DC جریان سیستم فتوولتائیک و جریان خازن کنترل می شود و تغییرات جریان را بر روی بار تـا حـد زیـادی کـاهش داده و موجـب پایداری و بهبود عملکرد سیستم های قدرت می گردد.
واژه های کلیدی : ابر خازن ، سیستم فتوولتائیک ، ذخیـره انـرژی ، نرم افزار PSIM ، نرم افزار MATLAB
مقدمه
در سال 1990 تنهـا 46 مگـاوات انـرژی ازسـلول هـای فتوولتائیـک تامین می شد. ده سال بعد در سال 2000 انـرژی تولیـدی از سـلول های فتوولتائیک در تمام دنیا بـه 1.5 گیگـاوات رسـید. بـا پیشـرفت تکنولوژی و ارزانتر شـدن سـلول هـای فتوولتاییـک در سـال 2011 انرژی تولیدی با رشد خیره کننده ای به رقم 67 گیگاوات رسید، کـه در همین سال مقدار تولید انرژی بـادی 238 گیگـاوات بـود. انـرژی فتوولتاییــک در پــنج ســال اخیــر رشــدی بــالای %50 داشــته اســت. براساس آنالیز سازمان بین المللی انرژی (IEA)، انـرژی خورشـیدی در دو بخـش ســلول هـای PV وConcentrator Solar ) CSP
(Power تا سال 2060 به میزان تقاضای انرژی جهـان را تـامین خواهد کرد.[1] در ایران از 35 سال قبل مطالعـات در زمینـه انـرژی خورشیدی آغاز شده است.
یکی از مهمترین مسائل در مورد سیسـتم هـای فتوولتائیـک کنتـرل خروجی و بحث پایداری آن می باشد.
مقالات متعددی موضوع پایداری و ثبات یک سیسـتم فتوولتائیـک را بررسی کرده اند. یکی از این روشها تمرکـز روی بکـارگیری سیسـتم های ترکیبی ذخیره سازی انرژی می باشد، که در این روش از خـازن های موازی استفاده می شود. ابرخازن ها نقش بسیار مهمی در بهبود
عملکرد و پایداری سیستمهای قدرت مبتنی بر فتوولتائیک دارند.[2] در مرجع دیگر مطالعاتی در زمینه ی مدل ابرخازن و عملکـرد آن در مد شارژ ولتاژ ثابت و مد شارژ جریان ثابـت و مـد شـارژ تـوان ثابـت صورت گرفته است و عملکرد آن در خصوص تغییرات آنی بار بررسـی شده است.[3] در برخی از مقالات دیگر ذخیره سازی با باتری بررسی شده است.[4],[3] ابرخازن در مقایسه بـا بـاتری دارای عمـر بیشـتر، قابلیت اطمینان بالاتر و تعداد دفعات شارژ و دشـارژ بیشـتر و ... مـی باشد.
مدل سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه
با توجه به شکل (1) مدل پیشنهادی برای سـلول فتوولتائیـک دارای یک منبع جریـان وابسـته اسـت، کـه میـزان جریـان تولیـدی آن بـا تغییرات دما و شدت تابش نور تغییر می کند. دیود بـه کـار رفتـه در این مدل به منظور مدل کردن پیونـد P-N اسـت. مـدل کننـده مجموع مقاومت محل اتصال پایه فلزی با نیمه هادی و مقاومـت بـین لایه های N و P و مقاومت لایه N با شـبکه فلـزی نـازک روی آن و مقاومت شبکه فلزی است. مدل کننده جریان نشتی موجـود در محل پیوند P-N می باشد که به تکنیک های ساخت، نوع کریسـتال های به کار رفته (مونوکریستال،پلی کریسـتال،...) وابسـته اسـت. [5]
شکل :(1) مدار معادل سلول فتوولتاییک
اثر مقاومت : کاهش ضریب پراکندگی یا FillFactor می باشـد. با افزایش جریان و ولتاژ ماکزیمم قابل دسترس سلول فتوولتاییک
1
و در نتیجه حـداکثر تـوان قابـل دسـترس و در نتیجـه نسـبت تـوان ماکزیمم قابل دسترس به توان حالت ایده آل کاهش می یابد.
(1) FF=
اثر مقاومت : هر چه مقاومت بیشتر باشد نشان می دهد که جریان نشتی در پیوند کم و تلفات تـوان کـم اسـت، و در نتیجـه بـا افــزایش ، ضــریب پراکنــدگی بیشــتر مــی شــود، همچنــین در ولتاژهای پایین اثر این مقاومت بیشتر است. [5]
معادلات حاکم بر منبع انرژی فتوولتائیک
روابط اساسی که مشخصه ولتاژ جریان سیستم فتوولتائیک شامل تا سلول سری شده و تا سلول موازی شده را به طور ریاضی مدل می کند به شرح زیر است. [2]، [6]
(2)×
(3)
(4)×
(5)×
(6)×
از روابط((2 تا (6) به رابطه (7) که مشخصه ولتاژ- جریان یک سلول فتوولتاییک می باشد می رسیم:
(7)
از طرفی برای یک آرایه فتوولتاییک روابط زیر را داریم:
(8)×
(9)× ×
(10)
از روابط ( 8) تا (10) به رابطه زیر که مشخصه ولتاژ جریان یک آرایه فتوولتائیک می باشد می رسیم:
(11)×
اندازه جریان و ولتاژ خروجی سلول فتوولتائیک با تغییر شرایط محیطی شامل دمای محیط و دمای سلول فتوولتائیک و میزان شدت تابش تغییر خواهد کرد، روابط((12و((13 این وابستگی را نشان می
دهند.[6]
×
(12)
(13)×
روش پیشنهادی
هنگامیکه پانل خورشیدی در معرض تابش نور خورشید قرار می گیرد و در آن پتانسیل ایجاد می شود و باری را تغذیه می کند، همیشه نقطه بارگیری در نقطه توان ماکزیمم قرار ندارد فلذا جهت دستیابی به حداکثر توان سیستم بایستی نقطه بهینه را همواره دنبال کنیم، این عمل توسط تنظیم کننده نقطه توان حداکثر یا MPPT انجام می شود سیستم MPPT با تنظیم جریان آرایه و ولتاژ آن، نقطه کار را به سمت نقطه توان ماکزیمم سیستم هدایت می کند با توجه به اینکه ولتاژ خروجی MPPT و نیز ولتاژ ذخیره ساز (ابر خازن یا باطری ) ثابت نمی ماند و بعضا سطح ولتاژ مورد نیاز در مصرف کننده ها بالا است، از یک مبدل DC- DC به منظور کنترل جریان خروجی در یک ولتاژ مرجع استفاده می شود، در اینجا از مبدل باک استفاده شده است. ساختمان یک مبدل باک به صورت شکل((2 می باشد.
