بخشی از مقاله
چکیده
لزوم استفاده از انرژي هاي نو بر کسی پوشیده نیست .آلودگی زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت هاي فسیلی و محدودیت منابع آنها ، از جمله چالش هاي پیش رو در جهت بهره برداري از این نوع انرژي هاست. انرژي خورشیدي بـا توجه به فراوانی ، پاك و در دسترس بودنش بیش از بقیه مورد توجه قرار گرفته است. مشکل عمده در بهره برداري از این نوع انرژي ها ، هزینه نصب و راه اندازي تجهیزاتی است که براي استفاده از آنها لازم است. هزینه خریداري و نصب سلول هاي خورشیدي با توجه به پیشرفت هایی که در زمینه نیمه هادي ها صورت گرفته است روندي کاهشی را طی می کند. اما به این دلیل که سلول هاي خورشیدي متشکل از نیمه هادي ها هستند، رفتار ولتاژ و جریان خروجی آنها غیر خطی است و با تغییر در شرایط محیطی تغییر می کند. بنابراین توان خروجی مقداري ثابت نبوده و هر لحظـه یـک مـاکزیمم توان در دسترس است. براي کار در این ماکزیمم توان روش پیشنهادي در این مقاله ، استفاده از کنتـرل کننـده فـازي جهت ردیابی توان خروجی است. ورودي هاي کنترل کننده فازي مقدار خطاي تخمین زده شده پارامتر هاي فتوولتائیک با استفاده از الگوریتم RLS است. در اکثر مقالات مربوطه ، ورودي کنترل کننـده فـازي بـه صـورت تغییـرات تـوان بـه تغییرات ولتاژ در نظر گرفته شده است که نتایج آن با روش پیشنهادي در این مقاله مقایسه شده ، ملاحظه می شود که با استفاده از خطاي تخمین و الگوریتم RLS ، توان خروجی بهتر ردیابی شده است.
واژههاي کلیدي: سلول خورشیدي- کنترل کننده فازي RLS - MPPT –
1ـ مقدمه
استفاده از سلول هاي خورشیدي مزیت هاي عمده اي در پی دارد که از آن جمله می تـوان بـه فراوانـی و همـه جـا در دسترس بودنش و نیز نداشتن آلودگی زیست محیطی اشاره نمود. آرایه فتوولتائیک متشکل از تعدادي سلول خورشیدي اسـت که براي افزایش ولتاژ ، جریان ودر نهایت توان خروجی به صورت سري و موازي به یکدیگر متصل شـده انـد. مشخصـه تـوان-ولتاژ خروجی ، غیر خطی است و با تغییر پرتوافکنی و دماي محیط تغییر می کند. شکل((1 تغییرات توان نسبت بـه تغییـرات پرتو افکنی و دماي محیط را نشان می دهد. همان گونه که از شکل (1) مشاهده می شود در یـک دمـا و تـابش ثابـت نـور ، ماکزیمم توان خروجی در یک نقطه رخ می دهد. این نقطه، نقطه ماکزیمم تـوان (Maximum power point(MPP)) نامیـده می شود و الگوریتم هایی که نقطه کار سیستم را در این نقطه نگه می دارد بـه الگـوریتم هـاي ردیـاب نقطـه مـاکزیمم تـوان (Maximum power point tracking(MPPT)) مشهورند. بیشتر این الگوریتم ها با توجه به ایـن واقعیـت کـه مشـتق تـوان نسبت به ولتاژ در MPP صفر است با تغییر مقدار ولتاژ با استفاده از مبدل بوست ، نقطه کار سیستم را در ماکزیمم مقدار خود
نگــه مــی دارنـد . کــه از آن جملــه مــی تــوان بــه الگــوریتم هــاي[1](Perturbation and Observation) P&O ، ) IC [3] (Incremental conductance ، منطـق فـازي [5] (Fuzzy logic control) و [4] (Constant voltage) CV ، اشـاره نمود. استفاده از روش کنترل فازي مزایاي عمده اي را به همراه دارد که می توان به سرعت بالاي پاسخ در شرایط جوي متغیر و کارکرد مطلوب در محیط نویزي اشاره نمود. MPPT با استفاده از کنترل کننده فازي در بسیاري از مقالات ، آمده و بررسـی شده استدراینگونه. مقالات معمولاً ورودي هاي کنترل کننده فازي به صورت خطا و مشتق خطـا اسـت کـه بـه صـورت زیـر تعزیف می شود:
(1) ΔP(t)
e(t)
V(t)
(2) Δe(t) e(t) e(t 1)
در این مقاله ورودي هاي کنترل کننده فازي به صورت تخمین پارامتر هاي سیستم فتوولتائیک به کنتـرل کننـده فـازي داده شده است. که در آن پارامترهاي سیستم به صورت on-line و به کمک الگوریتم RLS تخمین زده می شوند. نتایج شبیه سازي ردیابی مطلوب تر این روش را نسبت به روش هاي مرسوم نشان می دهد.
60
S =1000 W/m2 50
(W)
40
o 30 re
C 60 w
oP
40 oC 20
25 oC 10
25 20 15 10 5 00
Voltage (V)
(الف)
60
1000 W/m2 T =25oC 50
800 W/m2 (W)
40
30 re
600 W/m2 20 wo
P
10
25 20 15 10 5 00
Voltage (V)
(ب)
شکل((1 تغییرات نقطه ي ماکزیمم توان سلول خورشیدي با تغییرات (الف) دما و (ب) تابش
2ـ مشخصه فتوولتائیک
شکل((2 مدار معادل سلول فتولتائیک را نشان می دهد. همانگونه که مشاهده می شود ایـن مـدار معـادل شـامل منبـع جریان Iph ، دیود و مقاومت هاي Rs و Rsh است.
شکل((2 مدار معادل سلول فتولتائیک
بر اساس این مدار معادل می توان روابط مربوط به فتوولتائیک را به صورت زیر نوشت:
Isat
(3)
V IR V IR q
s 1 s exp sat - I ph I I
R
AKT
sh
(4)
1 1 GO qE
exp
T AK
Tr
(5)
3
T
I sat I
rr
Tr
S
T T I K I I
r SC ph
Sr SC
جایی که Iph جریان تولید شده نوري بر حسب آمپر ، جریان اشباع معکوس ، Irr جریان اشباع معکوس در دماي
Tr ، ISC جریان اتصال کوتاه سلول ، q بار الکترون ، A یک ضریب بدون بعد ، k ثابت بولتزمان ، T دماي محیط بر حسب کلوین ، Tr دماي مرجع سلول ، EGO انرژي باند گپ براي نیمه هادي ، KISC ضـریب دمـایی جریـان اتصـال کوتـاه ، S
میزان شدت نور محیط بر حسب وات بر مترمربع ، Sr مقدار شدت نور مرجع ، Rs مقاومت سـري سـلول بـر حسـب اهـم و
R مقومت موازي سلول است.
sh
با ضرب طرفین رابطه (3) در ولتاژ خروجی فتوولتائیک رابطه توان بر حسب ولتاژ به دست می آید که ایـن رابطـه غیـر خطی است و با تغییر در وضعیت آب و هوایی تغییر می کند.( شکل(.((1در شکل((1 مشاهده می شود که در یک شرایط ثابـت جوي یک نقطه ماکزیمم توان وجود دارد که براي بهره برداري بهینه باید ردیابی شود. و همچنین مشاهده مـی شـود کـه ایـن نقطه ماکزیمم توان در نقطه بخصوصی در هر لحظه رخ می دهد و بنابراین نیاز به مبدل DC/DC است که سطوح مطلوب ولتاژ را مطابق با سیگنال کنترلی ، تنظیم نماید. شکل((3 یک مبدل بوست را نشان می دهد که می توانـد بـه عنـوان یـک مبـدل DC/DC مناسب به کار رود.
شکل((3 مبدل بوست
3ـ کنترل کننده منطق فازي
مجموعه فازي در سال 1965 توسط پروفسور زاده ، به عنوان الگویی براي صورت بندي مفاهیم نادقیق ، معرفی شد. مطابق با تعریف زاده ، میزان عضویت هر عنصر در یک مجموعه فازي توسط یک عدد از بازه [0 1] مشخص می شود که این مقدار همزمان حاوي شواهد و دلایل مبنی بر عضویت و نیز عدم عضویت آن عنصر در مجموعه مورد نظر است. تـئوري فازي ، زبان ریاضی ابهامات و عدم قطعیتها ست. تـئوري ومنطق فازي به ما نشان می دهد که چگونه با قوانین تقریبی وکمیتهاي نادقیق استدلال کنیم و نتایج مفید و عملی بگیریم. یک سیستم فازي ، مجموعه اي از اطلا عات ورودي را گرفته و با استفاده از
