بخشی از مقاله
خلاصه: در این مقاله، تعقیب کننده نقطه توان ماکزیمم با استفاده ازتئوری مجموعه فازی به منظور افزایش تبدیل انرژی ارائه شده است. یک روش جدید نیز به وسیله استفاده از شبکه FCN که در تعامل نزدیک با کنترلکننده فازی است، ارائه شده است. هم چنین الگوریتم PSO نیز جهت محاسبه اوزان این شبکه FCN و الگوریتم ANFIS جهت ذخیره اطلاعات به دست آمده، مورد استفاده قرار گرفته است. این روش جدید عملکرد توان ماکزیمم خیلی خوبی را برای هر آرایه فتوولتائیک تحت شرایط مختلف از قبیل تغییر موقعیت قرارگیری در مقابل آفتاب و درجه حرارت ارائه میکند. مطالعه شبیه سازی کارا بودن الگوریتم ارئه شده را نشان میدهد.
- 1 مقدمه
همان طور که منابع انرژی سوختی فسیلی متداول در حال کاهش و عقیده دنیای پیرامونی درباره رسوبات اسیدی و گرمای جهانی در حال افزایش است، منابع انرژی تجدیدپذیر توجه بسیاری را به عنوان منابع انرژی جایگزین به خود جذب کرده است. در میان منابع انرژی تجدیدپذیر، انرژی فتوولتائیک خورشیدی - PV - به طور وسیعی در کاربردهای با اندازه کوچک به کارگرفته شده است. آرایش یک فتوولتائیک به طور طبیعی به صورت یک منبع توان غیر خطی که تحت تابش ثابت یکپارچه یک مشخصه ولتاژ - جریان دارد، است. . شکل 1 یک خانواده از منحنیهای I-V و P-V یک سلول فتوولتائیک را تحت شرایط افزایش شدتتابش امّا در درجه حرارت ثابت نشان میدهد.
نقطه توان ماکزیمم سیستم تولید توان فتوولتائیک، وابسته به درجه حرارت آرایش، قرارگیری در مقابل آفتاب، شرایط سایه، کهنگی سلول فتوولتاژ است. اگرچه سیستمهای فتوولتاژ در طول چند دهه اخیر توجه بسیاری را به خود جلب کردهاند، هزینه نصب بالا و بازده تبدیل انرژی پائین در این سلولها موانع عمده استفاده از آنها در مقیاس بزرگ و به عنوان انرژی جایگزین میباشد. لذا تحقیقات بسیاری در خصوص کاهش این ایرادات انجام گرفته است.[5] - [1] در سالهای اخیر، تعداد زیادی از روشها جهت تعقیب نقطه ماکزیمم توان برای سلولهای خورشیدی ارائه گشته است
[5]، .[6] این مقاله یک روش MPPT که از تئوری مجموعههای فازی [7] و در تعامل نزدیک با FCN میباشد، استفاده میکند. شبکههای فازی شناختی [8] و [9]، از گسترش گرافهای شناختی فازی [10] معروف تشکیل شدهاند که قادر به تعامل پیوسته با سیستم فیزیکی که ارائه میکنند میباشند، در حالی که در همان زمان در حین تعقیب کردن نقاط تعادل عملکرد متنوعی که سیستم به آنها دست یافته است، هستند. شبکههای شناختی فازی میتوانند سیستمهای دینامیکی پیچیده را که از قانون-های غیرخطی متغیر با زمان پیروی میکنند، مدل کنند.
- 2 شبیهسازی یک سیستم فتوولتائیک
با استفاده از مدار معادل یک سلول خورشیدی - شکل - 2 و معادلات وابسته[11]، مشخصه غیر خطی - I-V - یک آرایه خورشیدی استخراج خواهد شد. از مقاومت سری صرفه نظر میکنیم. در این معادله Ii and Vi به ترتیب جریان و ولتاژ خروجی آرایه فتوولتائیک؛ ولتاژ خروجی آرایه فتوولتائیک؛ q بار الکترون؛ k ثابت بولتزمن برحسب J/K ؛ A ضریب ایدهآلسازی پیوند p-n در بازه 1] [5؛ T درجه حرارت سلول بر حسب K و Irs جریان اشباع معکوس سلول، I ph جریان تابشی وابسته به تابش خورشید و درجه حرارت سلول، Iscr جریان اتصال کوتاه آرایه PV در تابش و درجه حرارت مرجع - A - ، ki ضریب درجه حرارت جریان اتصال کوتاه - A/K - و s تابش خورشید - mW cm2 - ، Tr درجه حرارت مرجع سلول، Irr جریان اشباع معکوس در Tr ، ' K ثابت بولتزمن در eV K ، Rsh مقاومت شنت و نهایتاً انرژی فاصله هوایی نیمههادی استفاده شده در سلول معادل 1.115 است.
- 3 تعقیب نقطه توان ماکزیمم به وسیله کنترلر منطق فازی
هدف کنترل، تعقیب و استخراج توان ماکزیمم از آرایه فتوولتائیک برای سطح تابش خورشید ارائه شده است. به طور طبیعی یک مبدل dc-dc بین منبع ورودی و بار برای اهداف تعقیب نقطه توان ماکزیمم به کار گرفته میشود.
.1 -3 فازی سازی:
در [7]، نویسنده بر روی سیستم تک ورودی- تک خروجی اشاره کرده است به گونهای که رویه کنترلی بر پایه ارضاء دو معیار مربوط به دو متغیر ورودی کنترلر پیشنهاد شده میباشد، که این ورودیها خطای نامی - E - و تغییر در خطا - CE - در ثابت نمونهگیری k میباشند. متغیرهای E و CE به صورت زیر تعریف میشوند: به گونهای که Ppv - k - و - k - I pv به ترتیب توان و جریان آرایه PV هستند. بنابراین، E - k - در نقطه ماکزیمم توان یک آرایه PV صفر است. در شکل 3، مجموعه توابع فازی از ورودی E - k - ، ورودی CE - k - و خروجی dD نشان داده شده است. شکل 4، مدار قدرت سیستم فتوولتائیک را با مبدل افزاینده مشابه نشان میدهد.
.2 -3 رویه استنباطی:
جدول 1، قوانین را برای کنترلر فازی نمایش میدهد. قوانین کنترلی باید به گونهای طراحی شوند که متغیر ورودی E - k - همواره صفر باشد. به عنوان رویه استنباطی فازی، روش Mamdani با عملکرد قانون ترکیب فازی max-min استفاده شده است.
.3-3 غیر فازی سازی:
برای غیر فازی ساختن مرکز ناحیه و روش معیار ماکزیمم استفاده شده است .[12]
- 4 تکنیک بهینهسازیPSO
بهینهسازی [13] PSO یک الگوریتم بر پایه جمعیت است یعنی جمعیتی از عوامل منحصر به فرد را به منظور جستجوی ناحیه مورد توافق جستجو، به کار میگیرد. بهترین موقعیتی که تا کنون از ذرات به دست آمده، ذرات همسایهشان را نیز که با یکدیگر در مراوده هستند [14] ، در بر خواهد گرفت. رابطه به دست آمده برای سرعت ذرات بدین گونه خواهد بود :[15]
ضریب انقباض.
ضریب اینرسی در محدوده 0 /4 تا .1/4 w که 1'2'…'1 i و ضریب انقباض و ضریب اینرسی به صورت تجربی مقداردهی میگردند .[16] بر طبق قانون شست، مقدار اولیه w حدود یک است و تدریجاً به سمت صفر متمایل میگردد. مقادیر c1 و c2 برابر ود معمولاً پیشنهاد میگردند.
- 5 الگوریتم ANFIS
این روش از الگوریتم یادگیری ترکیبی به منظور شناسائی پارامترهای سیستمهای استنباطی فازی نوع Sugeno استفاده میکند. این روش ترکیب روش حداقل مربعات و روش گرادیان نزولی backpropagation را برای آموزش پارامترهای تابع عضویت سیستم-های استنباطی فازی به کار میگیرد تا به این منظور پارامترهای تابع عضویت سیستمهای استنباطی فازی را معادل مجموعه دادههای آموزش ارائه شده گرداند.
برنامه کامپیوتری این روش بدین گونه میباشد که: ابتدا مقادیر ورودی را به صورت بردار ستونی تعریف کرده ʽ ; - مقادیر ورودی - x = سپس مقادیر اوزان را به صورت بردار ستونی آورده در واقع به زبان سادهتر ANFIS به مانند فازی، استفاده از روابط پیچیده ریاضی صرف نظر میکند و دادههای آموزش را با استفاده از یک سری توابع عضویت تقریب زده و تعلیم میدهد و بعد با استفاده از دادههای جدید میتوان امتحان کرد که تا چه حد نتایج مشابه است.
- 6 دیدگاه FCN برای پروژه فتوولتائیک
در این بخش، ما FCN طراحی شدهای را برای ارائه نحوه عملکرد سیستم فتوولتائیک نشان خواهیم داد. هدف ما این است که از FCNs، برای تخمین نقطه توان ماکزیمم سیستم فتوولتائیک استفاده کنیم.
.1 -6 گراف شناختی برای پروژه فتوولتائیک:
گراف نشان داده شده در شکل 5 سیستم فتوولتائیک را برای مصارف تعقیب نقطه توان ماکزیمم نشان میدهد. گرههای C1 و C2 گرههای با مقدار ماندگار هستند و گرههای C3 و C4 میتوانند گرههای کنترلی باشند. در این دیدگاه گره C4 گره کنترلی است به گونهای که مقدار آن به منظور تنظیم جریان سیستم استفاده میشود. گرههای کنترل گرههایی هستند که مقادیر آنها باید به عنوان اعمال کنترلی برای سیستم واقعی مورد استفاده واقع شود.
گره C2 / C1 مقدار تابش / درجه حرارت را در گستره [0 1] نشان میدهد، صفر نقطه مینیمم تابش/ درجه حرارت - معمولاً cm2 0 mW -30 / درجه سانتیگراد - و 1 نقطه ماکزیمم است که متناظر با cm2 100 70 / mW درجه سانتیگراد است. گره C4 / C3 ولتاژ / جریان بهینه سیستم فتوولتائیک در فاصله [0 1] میباشد. صفر مینیمم نقطه ولتاژ/ جریان - معمولاً - A 0 / V 0 و 1 متناظر با نقطه ماکزیمم Imax / Vmax است. مقدار هر گره از مقادیر دیگر گرههای متصل شده با وزنهای سببی متناظر و از مقدار قبلی همان گره تأثیر میپذیرد. بنابراین، مقدار Aj برای هر گره C j با قانون زیر محاسبه شده است .[14]
