بخشی از مقاله
چکیده - سلولهای خورشیدی، انرژی خورشیدی را بهطور مستقیم به الکتریسیته تبدیل میکنند. این نوع انرژی بدون داشتن هیچ نوع آلودگی و با حضور نور خورشید بهصورت مجانی در همه جا، بهعنوان منبع انرژی نویدبخش آیندگان به شمار میرود و جزو لاینفک سیستمهای قدرت مدرن محسوب میگردد. در سالهای اخیر، با توجه به ملاحظات زیستمحیطی و افزایش قیمت انرژی، استفاده از انرژیهای تجدید پذیر بهخصوص سیستمهای فتوولتائیک روندی رو به رشد داشته است.
اما این نوع از منبع تجدید پذیر به پارامترهای محیطی و جوی وابسته است و یکی از چالشهای استفاده از سیستمهای فتوولتائیک ردیابی حداکثر توان - MPPT - یا استخراج حداکثر توان تحت تابش یا دمای مشخص می باشد، که در آن هدف انتقال حداکثر توان قابل استخراج از سیستم PV به سمت مبدل های متصل به شبکه می-باشد. سیستمهای فتوولتائیک بایستی مجهز به سیستم کنترلی مقاوم و مناسبی بوده تا با عملکرد خود، سیستم فتوولتائیک را در شرایط مختلف جوی و اغتشاشات در MPP مورد بهرهبرداری قرار دهند.
در این مقاله از کنترلکننده مد لغزشی ترمینالی - TSMC - جهت استخراج ماکزیمم توان و ردیابی آن در سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه استفادهشده است. جهت سنجش توانایی و کارکرد ردیابی ماکزیمم توان و نیز توان تزریقی به شبکه قدرت سه فاز، شبیهسازیهای کامپیوتری در نرمافزار MATLAB/SIMULINK انجام داده شده است. سیستم فتوولتائیک تحت شرایط جوی متغیر، و متصل به شبکه مورد ارزیابی قرارگرفته شده است. نتایج حاصل از شبیهسازیها نشان دهنده سرعت بسیار بالایی و دقت عالی کنترل کننده مد لغزشی ترمینالی در ردیابی MPP و همگرایی دقیق مقادیر مرجع اینورتر متصل به شبکه میباشد.
-1 مقدمه
با توجه به روند رو به رشد تقاضای انرژی، انرژی خورشیدی یکی از منابع قابلاطمینان و نویدبخش آینده بهحساب میآید. باوجوداینکه پیشرفتهایی مختلفی درزمینه ی مواد مورداستفاده در سلولهای خورشیدی نظیر استفاده از Polycriystalline، Mono crystalline، و یا Amorphous و ورق نازک صورت گرفته است، هنوز هم بازده تبدیل انرژی پایین بوده و هزینهای سیستم بالا میباشد. بنابراین، عملکرد ادوات الکترونیک قدرت در افزایش بازده کلی سیستم و کاهش هزینهها بسیار حیاتی میباشد .[1]
آرایه PV دارای منحنی I-V غیرخطی بوده و خروجی آن وابسته به شرایط جوی میباشد. فقط یک نقطه در منحنی I-V وجود دارد که در آن توان خروجی ماکزیمم است، که به آن نقطه ماکزیمم توان - MPP - میگویند، این نقطه در ناحیه زانو قرارگرفته است MPPT .[2] به تکنیکی اطلاق میگردد که با کمک آن ماکزیمم توان از سلول خورشیدی استخراج میگردد، زیرا MPP با تغییرات شرایط جوی تغییر میکند 3]؛MPPT .[2 ولتاژ مربوط به MPP را جستوجو کرده و نقطه کار سیستم را در نقطه MPP قفل مینماید تا اینکه بتوان ماکزیمم توان را از آرایه PV گرفت 6]؛.[4 روشهای مختلفی برای طبقهبندی تکنیکهای MPPT وجود دارد که از میان آنها الگوریتمهای [9] P&O [8]Hill Climbing به دلیل ماهیت آسان و سرراست و نیز هزینهی اجرای کمشان بیشتر از سایر رویکردها موردتوجه قرارگرفتهاند.
اساس کار در هر دو روش فوق بر پایه ایجاد اغتشاش در چرخه کار - Duty Cycle - و یا ولتاژ خروجی و سپس مشاهدهی توان خروجی میباشد که از این طریق اطلاعات موردنیاز جهت تنظیم چرخه کار به دست میآید. اشکال این روش در این است که در حالت عملکرد دائمی و پایدار، نقطه کار - OP - سیستم متناسب با اندازه اغتشاش نوسان میکند. البته روشهای P&O ، HC و IC تمامً در مقابل تغییرات سریع جوی عملکرد مناسبی از خود نشان نمیدهند.لذا بعداً روشهای بهبودیافتهی آنها [15][14][13] جهت بهتر کردن عملکرد آنها در تعقیب MPP معرفی شدند. ایدهی استفادهشده در تمامی روشهای بالا در جستوجوی MPP مشابه هم میباشد.
ازآنجاییکه منحنی مشخصه I-V مربوط به PV غیرخطی میباشد تعیین MPP به روشهای تحلیلی مشکل میباشد. رویکرد دیگری [17][16] تحت عنوان ولتاژ مدارباز و یا جریان اتصال کوتاه بر این اصل که فرض میشود VMPP و IMPPدر MPP به ترتیب با VOC و ISC مرتبط میباشند، پیشنهاد داده شد. اما، VMPPتخمین زده شد در این روش ظاهراً تقریبی از VMPP واقعی بوده و نیز مقدار تناسبی نیز در صورت افزایش طول عمر سلول خورشیدی تغییر مییابد. بهعبارتدیگر با گذر زمان بازده و کارایی سیستم کم میشود.
لذا با توجه به احساس نیاز به تحقیقات بیشتر در زمینه سیستمهای فتوولتائیک در این مقاله از کنترل کننده مد لغزشی ترمینالی به همراه حلقه کنترلی اینورتر متصل به شبکه استفاده شده است. در ادامه بخشهای این مقاله در قسمت دوم به شرح نیروگاه خورشیدی پیادهسازی شده خواهیم پرداخت؛ سپس در بخش بعدی روابط حاکم بر کنترل کننده مد لغزشی ترمینالی شرح داده خواهد شد. در قسمت چهارم مشخصات سیستم خورشیدی متصل به شبکه توصیف و در بخش پنجم نتایج شبیهسازیها تحلیل و بررسی خواهد شد. و درنهایت مقاله با نتیجهگیری و ارائه پیشنهاداتی در این زمینه خاتمه مییابد.
-2 پیادهسازی نیروگاه خورشیدی
بهره برداری از سیستمهای PV با چالشهایی نظیر عدم قطعیت در تابش و دمای محیط سلول خورشیدی، لزوم بهره برداری در MPP و ماهیت DC و غیرقابل اتصال مستقیم خروجی این نوع منبع به شبکه، روبرو است. لذا در این قسمت از مقاله ابتدا مطابق شکل 1 قسمت AC که قسمت بار الکتریکی یا همان شبکه قدرت است را با یک مقاومت اهمی - بهعنوان بار - مدلسازی میکنیم.
-3 کنترلکننده مد لغزشی ترمینالی
بهمنظور حصول MPP در شرایط جوی مختلف ساختار کنترلی کلی شکل 1 به این صورت است که ابتدا، جریان و ولتاژ ازPV اندازهگیری شده و به الگوریتم جستجو کنندهی MPP فرستاده میشود، که آن نیز ولتاژ مرجع مربوط به توان ماکزیمم را تولید میکند. سپس، ولتاژ مرجع به کنترلکنندهی TSMC-MPP داده میشود تا توان ماکزیمم از طریق آن ردیابی گردد. شایان ذکر است که الگوریتم جستوجو کننده مورداستفاده در اینجا از نوع هدایت افزایشی IC بوده که به دلیل وجود منابع کافی فراوان از شرح جزئیات مربوط به آن پرهیز مینماییم.
