بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه تأمین انرژی مناطق دورافتاده یکی از چالشهای روبهرو میباشد، بدین منظور استفاده از میکرو گرید ها کهاساساً در ولتاژهای کم یا متوسط طراحی میشوند یک نیاز مبرم در راستای تحقق این خواسته بهحساب آید تا بتوان انرژی را در آینده نهچندان دور با کمترین هزینه و آلودگی در اختیار مصرفکنندگان قرارداد. میکرو گریدها مجموعهای از ریز منابع مانند سلولهای فتوولتایییک، توربینهای بادی و ذخیرهسازهای انرژی هستند که توانایی عمل کردن در دو حالت وصل به شبکه اصلی و جزیرهای - ایزوله از شبکه - رادارند.
در این مقاله علاوه بر معرفی تجهیزات پیشرفته در استفاده کردن از انرژیهای نو که در جدیدترین تحقیقات به آنها دستیافتهاند، به معرفی ریز منابع مانند فتوولتایییک، سلولهای سوختی، تجهیزات الکترونیک قدرت، تبدیلکنندههای PWM و ... اشاره میشود که در طراحی استفادهشده است و بهطور مجزا در سیمولینک متلب شبیهسازیشدهاند که نهاتاًی در مرحله ی اخر درترکیب باهم یک میکرو گرید را به وجود میآورند.
-1 مقدمه:
از انجاکه با کاهش منابع تجدید ناپذیر مانند منابع فسیلی روبهرو هستیم چارهای جز حرکت بهسوی انرژیهای تجدید پذیر و سبز نداریم [2,1]؛ پس توجه به میکرو گرید امری ضروری میباشد در حال حاضر بسیاری از کشورها در استفاده کردن از انرژیهای نو نگاه ویژه و برنامههای جامعی دارند که خوشبختانه در کشور ما نیز در سالهای اخیر به این مسئله توجه ویژهای شده است. میکرو گرید ها شبکههای کوچکی هستند که شامل عناصری هستند که عبارتاند از :
-1منابع تولید پراکنده همچون میکرو توربینها و سلولهای خورشیدی -2 ذخیره کننده انرژی -3 کلیدهای اتصال به شبکه اصلی -4 سیستمهای مدیریتی و کنترلی قوی.
ازاینرو توجه به تولید پراکنده بهصورت مجزا یا از روشهای تجمیع منابع تولید پراکنده مفهومی نوین به نام میکرو گرید می باشدکه هدف از این افزایش قابلیت اطمینان و کیفیت توان تحویلی به مصرفکنندگان است. میکروگریدها از دید شبکه بالادست یک عنصر با ویژگی دوگانه است که گاهی بار و گاهی منبع تولید تلقی میشود با ایجاد این شبکه میتوان از آسیبپذیری محتمل شبکه گسترده امروزی در اثر بلایای طبیعی، طوفان و بمبهای گرافیتی و جنگ الکترونیک که نتیجه آن قطعی برق و به طبع موجب نارضایتی عمومی میشود را جلوگیری کرد.
میکرو گریدها در آیندهای نهچندان دور تولید بهصورت نیروگاههای بزرگ مجتمع و خطوط انتقال و تولید co2 را بهطور چشمگیری کاهش و هزینههای جاری را بهطور چشمگیری کم خواهند کرد و امنیت شبکه را بهمراتب بیشتر خواهد شد. چون در اثر کوچکترین نام متعادلی در میکرو گرید فرکانس ان دچار تغییر میشود از ذخیرهسازهای انرژی برای تثبیت توان ریز شبکهها استفاده میشود، علاوه بر این باعث کاهش خطاهای گذرا بهصورت جزیرهای و متصل به شبکه نیز میشود بدین منظور از UPS ها که منبعی بدون وقفه برای تأمین توان دران واحد [3] و خازنها پرظرفیت SC که توانایی شارژ و دشارژ در حدود یکمیلیون بار را دارا هستند شبکه را از هر نظر حفاظت میکنند استفاده میشود که بسیار مناسب هستند
واحدهای تولیدی و شرکتهای توزیع در بازار رقابتی امروزه در آینده نزدیک شاهد کاهش سود خواهند بود چون مصرفکنندهها برق باکیفیت مطلوب و عاری از هر نوع هارمونیک را تقاضا میکنند که با استفاده از میکرو گرید میتوان بر این مشکل غلبه نمود. از این منابع بیشتر در نقاط استراتژیک، سایتهای نظامی، در سطح تولید متوسط نزدیک به بار و برای کاهش تلفات خطوط میتوان استفاده کرد . [2] در طراحی این میکرو گرید این مقاله از عناصری مانند سلولهای سوختی، سلولهای خورشیدی و... استفادهشده است که با وسایل الکترونیک قدرت قطع وصل به شبکه اصلی کنترل میشود و با باتریهای موجود در میکرو گرید انرژی را برای مواقع ضروری ذخیره میکنیم
-2 مدل کردن سلول خورشیدی:
سیستم فتو ولتاییک از پنل ها یا ماژولهای خورشیدی استفاده میکند تا انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل کند. ساختار این سلولهای فتوولتاییک بدینصورت است از پیوند بین دولایه نازک از مواد نیمهرسانا غیر متشابه تشکیلشدهاند که با عنوان نیمهرسانای نوع N وP شناخته میشوند، این سلولها بیشتر از سیلیکون، کادمیوم تولراید، واندیم مس دی سلناید ساخته میشوند .[7] اثر فتو ولتاییک در سال 1905 توسط انیشتین توضیح داده شد بر این اساس وقتیکه یک کوانتوم انرژی نوری یعنی یک فوتون در یک جسم اثر بگذارد انرژی این فوتونها توسط الکترون جذب میشود و الکترون توانایی حرکت پیدا میکند. مییابد که با معادله - 1 - مشخص میشود.
E انرژی فوتون ورودی، H F انرژی مقید الکترون، k انرژی جنبشی
برای ساخت سلول خورشیدی ابتدا باید ارائه ماژول فتوولتاییک ساخته شود که با ترکیب این ماژولها سیستم فتوولتاییک به وجودمی آید. مشخصههای این سلولها رامعمولاً در دمای 25 درجه سلسیوس و تابش نور خورشید برابر با 2 1000 w / mکه ورودی و ولتاژ خروجی آن هست به دست میآوردند.
برای تشریح رفتار سلول فتوولتاییک مدل مداری که بیشتر استفاده میشود در شکل - 1 - نمایش دادهشده است که از دیود، مقاومت موازی و سری، منبع جریان وابسته به نور تشکیلشده است. شکل b - 1 - مدل دو دیودی سلول هست که اگر Rsh= inf باشد شکل c و اگر Rsh=infو Rs=0 باشد مدل ساده شدهی d به دست میآید. برای مشخصه I-V سلول خورشیدی داریم:
که I PH جریان ایجادشده بهوسیله نور میباشد که خود به میزان آفتاب اشباع معکوس دیود،
جریان وابسته به نوردهی و دمای محیط بستگی دارد، IS جریان q کولن، TC دمای محیط، A ضریب ایده هم با معادله - 3 - به دست میآید.
که ISC جریان اتصال کوتاه سلول خورشیدی دردمای 25 درجه سلسیوس، K ضریب جریان اتصال کوتاه، TREF دمای پایه سلول خورشیدی، میزان تابش آفتاب برحسب 2 kw / m که در شرایط ایدئال تلفات سری و نشتی نداریم .
شکل -1 مدل مداری سلول فتوولتاییک
