بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به ارائه یک مدل مداری برای سلول های خورشیدی فتوولتائیک پرداختیم و با پیاده سازی یک الگوریتم بهینه سازی فرا ابتکاری با استفاده از نرم افزار MATLAB ، شبیه سازی های لازم جهت تعیین پارامترهای مجهول مدار مورد نظر را انجام دادیم. این مدل که متشکل از دو دیود با مشخصه خطی میباشد نحوه رفتار سلولهای خورشیدی جهت تولید برق را نشان میدهد. هدف از این مقاله حصول بهترین مقدار پارامترهای مجهول مدار و حداقل مقدار خطا میباشد. این خطا به واسطهی جذر میانگین مجموع مربعات خطاها - RMSE - بدست میآید.
بر اساس مدل دو دیودی مورد نظر که قصد بررسی آن را با الگوریتم پیشنهادی جستجوی هارمونی - HS - داریم، برای بدست آوردن حداقل مقدار خطا، پارامتر های مجهول مدار را بدست آورده و با نتایج روش های بهینه سازی دیگر مقایسه نمودیم. نشان داده شده است که الگوریتم فراابتکاری هارمونی - HS - با مقدار RMSE برابر با 1,8039e-15 و زمان اجرای الگوریتم تقریباً برابر با 38,14ms نتیجه بهینهای در اختیار ما قرار میدهد.
1 مقدمه
امروزه بشر در اثر پیشرفت های علمی در زمینه های گوناگون نیاز روزافزونی به انرژی پیدا کرده است. این امر او را بر آن داشته تا با روشهای گوناگون انرژی مورد نیاز خود را کسب کند. انرژی خورشیدی به طور مستقیم یا غیر مستقیم میتواند به دیگر اشکال انرژی همانند گرما و الکتریسیته تبدیل شود. برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته می توان از اثر فتوولتائیک با استفاده از سلول های خورشیدی بهره برد.
ساختار پایه سلول خورشیدی متشکل از مواد نیمه هادی است که با جذب نور و جابجایی الکترون بین ترازهای انرژی، تولید انرژی الکتریکی می کند.
بهترین راه برای این منظور استفاده از مدل مداری سلول فتوولتائیک است. در دهه های اخیر مدل های مختلفی همچون مدل تک دیودی، دو دیودی و سه دیودی برای بررسی رفتار واقعی سلولهای خورشیدی به کار رفته است. مهمترین فاکتور در دقت شبیه سازی عملکردی سلول های خورشیدی مدل مداری است که به کار گرفته میشود. معمولترین مدل مداری مورد استفاده در شبیه سازی ها مدل مداری تک دیودی و دو دیودی است .[2-7] مزیت استفاده از این دو مدل، دقت مقادیر پارامترهای بدست آمده از این مدل ها و نیز سهولت کدنویسی و استخراج نتایج میباشد.
.2 مدل مداری مورد استفاده و روابط حاکم بر آن
الف - مدار معادل دو دیود پاره خطی
شکل زیر مدل مدار دودیودی پاره خطی را نشان میدهد. این مدار شامل دو دیود خطی، یک منبع جریان، مقاومت سری و موازی میباشد. زمانی که هیچ نوری برای تولید جریان وجود ندارد، سلول خورشیدی به عنوان یک دیود عمل می کند. هنگامی که شدت نور تابیده به سلول افزایش می یابد، جریانی متناسب با شدت نور ورودی بوسیله سلول خورشیدی تولید می شود. این جریان نوری بین مقاومت متغیر دیود و بار با نسبتی که بستگی به مقاومت بار و شدت تابش دارد تقسیم می شود
شکل-1 مدل استاندارد دو دیودی سلولهای خورشیدی
ب - روابط ریاضی حاکم برآن
مقادیر تعریف شده در مدل مدار معادل به شرح زیر است: : Ns تعداد سلول های فتوولتائیک
: Vmp ولتاژ ماکزیمم توان
: Imp جریان ماکزیمم توان
: Voc ولتاژ مدار باز
: Isc جریان اتصال کوتاه
در جدول 1 پارامترهای اندازه گیری شده برای یک سلول خورشیدی نمونه نشان داده شده است.
جدول-1پارامترهای اندازه گیری شده
با توجه به جدول1، معادلات و روابط مورد نیاز برای بدست آوردن پارامترهای خروجی با معادلات 1 تا 12 بصورت زیر برقرار است:
معادله - I-V - برای زمانی که هر دو دیود در حالت خاموش قرار دارند، به صورت زیر است.
معادله - I-V - برای زمانی که دیود اول روشن و دیود دوم خاموش باشد، به صورت زیر است.
معادله - I-V - برای زمانی که هر دو دیود روشن باشند، به صورت زیر است.
به همین ترتیب معادلات - P-V - را برای هر سه حالت دیودها بصورت زیر نشان میدهیم.
