بخشی از مقاله
چکیده
انرژي خورشیدي و انرژي باد جزء منابع بدون آلودگی و پاك می باشند که در سراسر زمین قابل دسترس هستند . در سالهاي اخیر سوخت فسیلی که یک منبع پایان پذیر و همراه با آلودگی میباشد بطور گسترده براي تولید برق استفاده می شود . درنیروگاه هاي بادي وخورشیدي فقط از یکی از این منابع جهت تولید برق استفاده می شود . در این مقاله سیستمی ترکیبی پیشنهاد شده , بطوریکه هم از سلول فتوولتائیک و هم از آسیاب بادي بطور هم زمان استفاده شده است . این سیستم ترکیبی - - pv/wind با قابلیت اطمینان بیشتر و ظرفیت تولید سالانه بالاتر می باشد . با ترکیب این انرژي ها می توان در شب و روز بطور پیوسته برق تولید نمود .
در سیستم هاي مشابه قبلی که داراي کانورتر باك- بوست بود, شکل موج خروجی داراي ریپل می باشد. هدف این تحقیق ایجاد سیستم ترکیبی باد- خورشید - HPWS - با راندمان بیشتر و هارمونیک کمتر می باشد. همچنین یک مدار LC بصورت سري در سیستم پیشنهاد شده و براي دستیابی به کنترل بهتر از کنترلر منطق فازي - FLC - به همراه اینورتر چند سطحی - MLI - استفاده شده است و در پایان نتایج بصورت شبیه سازي نشان داده شده است . این روش ترکیبی یک راه حل بسیار عالی و از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه براي برق رسانی به مناطق دوردست روستایی که گسترش شبکه انتقال دشوار است میباشد .
واژه هاي کلیدي- فتو ولتائیک - – - PV توربین بادي - کنترلر منطق فازي - – - FLCکانورتر – DC‐DC اینورتر چند سطحی - MLI -
-1 مقدمه
ایران یکی از کشورهاي با موقعیت طبیعی مناسب براي بهره گیري از انرژي خورشیدي است؛ بسیاري از استان هاي کشور مانند تهران ، فارس، خراسان، سمنان و یزد از جمله مناطق با پتانسیل بالا در این زمینه است.در سلول هاي فتوولتاییک یک لایه نازك نیمه رسانا وجود دارد که در یک سمت آن میدان الکتریکی مثبت و درسمت دیگر آن میدان منفی قرار میگیرد .هنگامی که انرژي نور خورشید به سلول می تابد الکترون ها در اتمهاي به لایه بالاتر منتقل میشوند و اگر هادیهاي الکتریکی به قسمت هاي منفی و مثبت متصل شود یک مدار الکتریکی تشکیل می شود که الکترون میتواند درآن جریان پیدا کند و این همان برق یا الکتریسیته است .
روش تولید برق در توربین هاي بادي از طریق ژنراتور القایی متصل شده به توربین بادي میباشد که انرژي گشتاور مکانیکی رابه انرژي الکتریکی تبدیل میکند که امروزه بصورت گسترده اي براي تولید برق مورد استفاده قرار میگیرد .در این مقاله روشی جدید جهت پیوند میان سیستم خورشیدي و سیستم بادي پیشنهاد شده باعث کاهش هارمونیک هاي ولتاژ و جریان تولیدي می گردد . ضمنا اثر روش پیشنهادي از طریق شبیه سازي نشان داده شده است. در واقع انرژي باد و خورشید تا حدي مکمل هم هستند . در روزهایی که هوا ابري است معمولا وزش مناسب باد را داریم و در روزهایی که آفتابی است اغلب باد آرام و ضعیف است .
از این رو , سیستم ترکیبی - ححبد - میتواند افزایش قابلیت اطمینان و نیز تولید مستمز را به همراه داشته باشد .در مناطق دور افتاده استفاده از این سیستم ترکیبی داراي راندمان بالاتر و همچنین صرفه اقتصادي بیشتر نسبت به استفاده مستقل از انرژي باد یا انرژي خورشید میباشد . در اغلب نیروگاه هاي بادي از ژنراتور القایی و در برخی موارد از ژنراتور آهنرباي دائم - قب - استفاده میگردد ولی با توجه به غیر قابل پیشبینی بودن وزش باد اکثرا طراحی ها بصورتی است که نیروگاه بادي در راندمان ماکزیمم خود کار نمی کنند. اخیرا روشهاي مختلفی براي پیش بینی و تشخیص زمان حداکثر وزش باد پیشنهاد شده است .
اما براي سیستم - ححبد - دو منبع تولید انرژي بطور همزمان استفاده میگیدد .شکل شماره1 یک سیستم نیروگاه بادي معمولی را نشان میدهد .زمانی که انرژي باد و خورشید در طول شب و روز بتواند کاستی هاي هم را جبران کنند این تولید مشترك قطعا مطلوب تر و با راندمان بالا تر خواهد بود. در این خصوص بررسی و کار کمی صورت گرفته است . هدف این مقاله طراحی یک سیستم مستقل تولید برق با استفاده از ترکیب انرژي باد و خورشید میباشد. روش اصلی در واقع کنترل میدان مغناطیس در ژنراتور بادي و گرفتن ماکزیمم توان از توربین بادي میباشد. در سلول خورشیدي نیز با استفاده از عملکرد سیستم براي حداکثر نمودن توان خروجی طراحی صورت گرفته است .
-2 پیکربندي سیستم ترکیبی - HPWS -
شکل شماره 2 پیکربندي سیستم پیشنهادي ححبد را نشان میدهد. واحد هاي این سیستم عبارتند از: واحد تولید برق توسط انرژي باد, واحد تولید برق توسط انرژي خورشید , رکتیفایر - یکسوساز - سه فاز , مخزن باطري مشترك , اینورتر چندسطحی , کانورتر هخسهخ و کنترلر منطق فازي - هعً - .کنترل کننده فازي از طریق تنظیم سیکل کار به سلول خورشیدي و سپس به کانورتر ط2سط2 متصل میباشد .مخزن باتري بین دو سیستم مشترك درنظر گرفته شده است . اینورتر - ععق - براي تبدیل ولتاژ ط2 به طه بکار رفته است , بطوري که بتواند آزادانه جریان طه را به بار منتقل نماید . ویژگی هاي طرح پیشنهادي ححبد به شرح ذیل میباشد :
-1 در سیستم هاي مشابه براي هر یک از تولید هاي باد و خورشید از منبع باتري استفاده میکنند اما در اینجا از یک منبع مشترك استفاده شده , همچنین از ولتاژ تولیدي توسط سلول خورشیدي براي تحریک ژنراتور استفاده می شد که باعث کاهش توان تولیدي میشود .
-2 بخش باد و بخش سلول خورشیدي بصورت پیوسته کنترل میگردد و پایداري بهتري دارند .
-3 در مقایسه با یک سیستم مستقل باد یا خورشید که فقط منحصر به یک انژي است, سیستم ححبد از دو منبع انرژي استفاده میکند لذا در طول شب و روز بطور پیوسته میتواند تولید برق نماید و لذا این سیستم کارایی بیشتري دارد .
-4 با توجه به کوپل شدن ژنراتور قب مربوط به نیروگاه بادي و سیم پیچی هاي هخ میدان مغناطیسی بطور یکنواختر و همگن تر تنظیم میگردد .لذا کنترل بیشتري روي ولتاژ و توان خروجی سیستم وجود دارد .
-5 در قسمت سلول خورشیدي برق تولید شده توسط سیستم کنترلی هعبغح تنظیم شده و سپس به مخزن باطري منتقل میشود که ایم موضوع نسبت به سیستم هاي مشابه کنترل و کارآیی بیشتري دارد .
-6 سیستم پیشنهادي با استفاده از رکتیفایرج یکسوساز - سه فاز و کانورتر هخسهخ و کنترلر سعی در ماکزیمم کردن راندمان کرده است .
-7 در خصوص هزینه نیز سیستم پیشنهادي داراي صرفه اقتصادي بیشتر نصبت به سیستم هاي قبلی است .
-3 معادلات ریاضی سیستم
- 1-3 معادلات ریاضی سلول خورشیدي
سلول خورشیدي را میتوان با یک منبع جریان که با یک دیود موازي شده است مدل نمود همجنین یک مقاومت شنت و یک مقاومت سري به مد اضافه میگردد تا افت ولتاژ داخلی و همچنین تقسیم جریان مدل شود .
