بخشی از مقاله
چکیده:
سیستمهاي فتوولتائیک منابع قدرت غیر خطی هستند که توان خروجی آنها به شدت تحت تاثیر دو عامل تابش و دماي محیط می باشد. یکی از معایب این سیستمها بازده بسیار پایین آنها می باشد, چرا که سلولهاي خورشیدي به ندرت در نقطه حداکثر توان کار می کنند.در این مقاله از روش شبکه عصبی پرسپترون چند لایه - بعق - براي شبیه سازي سلول خورشیدي و پیش بینی نقطه حداکثر توان آن استفاده شده است. ورودیهاي شبکه براي حالت مدل سازي سلول خورشیدي عبارتند از: جریان اتصال کوتاه, دما و ولتاژ بار و خروجی شبکه، جریان سلول می باشد. ورودیهاي شبکه براي پیش بینی نقطه حداکثر توان،تابش و دما بوده و خروجی، ولتاژ و جریان متناظر با نقطه حداکثر توان می باشد.پس از پیاده سازي روش شبکه عصبی فوق, داده هاياندازه گیري به دست آمده از یک سلول واقعی ساخت شرکت فیبر نوري ایران به شبکه اعمال و نتایج مدل سازي و پیش بینی نقطه حداکثر توان براي روش ارائه شده است.
واژه هاي کلیدي: سلول خورشیدي، شبکه عصبی، شبکه پرسپترون چند لایه، نفطه حداکثر توان
-1مقدمه
سیستمهاي فتوولتائیک منابع قدرت غیر خطی هستند که توان خروجی آنها به شدت تحت تاثیر دو عامل تابش و دماي محیط می باشد. یکی از معایب این سیستمها بازده بسیار پایین آنها می باشد, چرا که سلولهاي خورشیدي به ندرت در نقطه حداکثر توان کار می کنند.تاکنون با روشهاي مختلفی از جمله معادلات غیرخطی و مدل کردن ریاضی, شبیه سازي این سلولها انجام شده است.
اما در همه آنها نیاز به داشتن پارامترهاي سلول می باشد که اغلب در دسترس نبوده و یا براي محدوده خاصی از ولتاژ وجریان می باشند. در این مقاله از روش شبکه عصبی تابع پرسپترون چند لایه - بعق - براي شبیه سازي سلول خورشیدي و پیش بینی نقطه حداکثر توان آن استفاده شده است.
تعداد لایه ها براي شبکه برابر3 بوده که عبارتند از لایه ورودي, میانی و خروجی. ورودیهاي شبکه براي حالت مدل سازي سلول خورشیدي عبارتند از: جریان اتصال کوتاه, دما و ولتاژ بار و خروجی شبکه، جریان سلول می باشد. ورودیهاي شبکه براي پیش بینی نقطه حداکثر توان، تابش و دما بوده و خروجی، ولتاژ و جریان متناظر با نقطه حداکثر توان می باشد.پس از پیاده سازي روشهاي شبکه عصبی فوق, داده هاي اندازه گیري به دست آمده از یک سلول واقعی ساخت شرکت فیبر نوري ایران به شبکه اعمال و نتایج مدل سازي و پیش بینی نقطه حداکثر توان براي روش ارائه شده است.
-2طرح مساله
سیستمهاي فتوولتائیک به سبب داشتن مزایاي بی شماري
که دارند به سرعت در حال گسترش هستند - به طوریکه تولید آنها نسبت به 5 سال گذشته، در هر سال %35 افزایش یافته است - و روز به روز نقش مهمتري در تکنولوژي منابع تولید توان الکتریکی بازي می کنند. از مزایاي سیستمهاي فتوولتائیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• قابلیت اطمینان بالا
• نداشتن هیچگونه آلودگی زیست محیطی
• نداشتن هزینه سوخت مصرفی • نداشتن نویز و فرسایش به سبب عدم استفاده از قطعات متحرك
• نگهداري آسان و راحت و عدم نیاز به تعمیرات متوالی • قابل استفاده در مناطق دور که انتقال شبکه قدرت به آنجاممکن و یا به صرفه نیست - به طور تقریبی حدود 2میلیارد نفر در چنین مناطقی زندگی می کنند که استفاده از سیستمهاي فتوولتائیک، کم هزینه ترین و سریعترین راه براي دسترسی به برق می باشد. -
• قابلیت اتصال به شبکه قدرت و سهولت توسعه مطابق با افزایش تقاضاي بار
• مفید و قابل استفاده در زمان از دست رفتن کامل شبکه برق - فروپاشی شبکه برق - یا پس از وقوع زلزله.
سیستمهاي فتوولتائیک علی رغم داشتن مزایاي فوق داراي دو محدودیت اساسی هستندکه عبارتند از:
- بالا بودن هزینه و قیمت تجهیزات مورد استفاده - بطوریکه در حدود %57 هزینه کل سیستم را آرایه خورشیدي، %30 هزینه را باتري، سایر تجهیزات و سیستم کنترل مابقی هزینه سیستم را تشکیل می دهند - .
- پایین بودن راندمان سیستمهاي فتوولتائیک - چون آرایههاي خورشیدي به ندرت در نقطه توان ماکزیمم خود کار میکنند - .بنابراین اگر بتوان به طریقی راندمان این سیستم ها را بالا برد می توان در هزینه آنها صرفه جویی نمود. یعنی به جاي داشتن یک آرایه بزرگ، آرایه اي کوچک با همان توان داشته باشیم. بدین ترتیب عموم مردم قادر به استفاده از سیستمهاي فتوولتائیک خواهند بود.
-3 بررسی روشهاي تعیین نقطه حداکثر توان سلول خورشیدي براي افزایش بازده سیستمهاي خورشیدي از روشهاي
متعدد - مکانیکی، الکتریکی - استفاده می شود. که برخی از آنها عبارتند از :
o بهبود فرآیند ساخت آرایه خورشیدي - [1] که تاکنون هم تلاشهاي زیادي در جهت بهبود مواد بکار رفته در آرایه خورشیدي و ساخت این سلولها انجام شده است - .
o کنترل سطح موثر تابش بر سلولهاي خورشیدي ]ل - [ که این کار با استفاده از کنترل کننده هاي ستجو گر خورشید انجام می شود - .
o تغییر آرایش سلولهاي خورشیدي به صورت سري وموازي ]ص - [ این کار فقط تقریبی از حداکثر توان انتقالیرا می دهد - . oتغییر تعداد باتریها ]خ - [ این کار نیز به مدارات سخت افزاري پیچیده و زیاد نیاز دارد - . o انتخاب بهینه نقطه کار سیستم خورشیدي - در این روش نقطه کار سیستم نزدیک نقطه کار بهینه سلولهاي خورشیدي - بر روي مشخصه عسب - انتخاب می شود - .
برخی از روشهاي انتخاب بهینه نقطه کار سلولهاي خورشیدي عبارتند از :
-1 حل ریاضی معادله توان- ولتاژ سلول خورشیدي ]ز[
-2 الگوریتم اغتشاش و مشاهده - قفب - ]خ[ خورشیدي، می توان نقطه حداکثر توان آرایه هاي
-3 روش هدایت افزایشی - غپهطغع - ]،[ خورشیديجببقض را با داشتن مقدار تابش نور خورشید و
-4 پیش بینی نقطه حداکثر توان بر پایه روش جریانی]ن[دماي آنها پیش بینی کرد. شکل ل ساختمان شبکه بعق را
-5 پیش بینی نقطه حداکثر توان بر پایه روش ولتاژي]ن[براي محاسبه ببق نشان می دهد. در این حالت لایه
-4 ساختار شبکه بعق پیشنهادي براي مدل سازيخروجی شامل دو نرون می باشد که جریان و ولتاژ خروجی مربوط به نقطه حداکثر توان آرایه را نشان می دهد.
سلول خورشیدي
ساختار شبکه بعق پیشنهادي استفاده شده در این مقاله براي مدل سازي سلول خورشیدي در شکل ذ نشان داده شده است ]ک.[شبکه شامل 3 لایه ورودي، میانی و خروجی است. لایه ورودي شامل یک بردار 3 بعدي است که عناصر آن عبارتند از جریان اتصال کوتاه، دماي سلول و ولتاژ خروجی. در حقیقت به جاي لجریان اتصال کوتاهل می بایست از لتابشل به عنوان ورودي شبکه استفاده نمود. ولی چون دستگاه اندازه گیري مناسبی که بتوان با آن میزان تابش را اندازه گرفت در آزمایشگاه وجود نداشت، از جریان اتصال کوتاه که متناسب با تابش می باشد استفاده شده است. لایه خروجی فقط شامل یک نرون می باشد که جریان خروجی را نشان می دهد.
لایه میانی شامل j نرون می باشد که مستقیماً به کلیه عناصر ورودي متصل هستند. تابع تحریک لایه میانی و خروجی سیگموئیدي می باشد. 12]،11،10و.[13شبکه پیشنهادي براي پیش بینی حداکثر توان سلول خورشیدي با تغییر مدل ارائه شده براي مدل سازي سلول براي آموزش شبکه با استفاده از معادلات تعداد سه دسته500 تایی داده تصادفی، براي سه حالت مختلف دما متغیر-تابش متغیر، دما ثابت - - - 25 o Cتابش متغیر وتابش ثابت - ل cm َ - - 80 mWدما متغیر تولید شد. این داده ها شامل ورودي ها - تابش و دما - و خروجیهاي متناظر با آن - ولتاژ و جریان مربوط به نقطه حداکثر توان - می باشند و به عنوان داده هاي تعلیم به شبکه داده می شوند. در ضمن ولتاژمدار باز و جریان اتصال کوتاه نیز براي رسم منحنی هاي Voc x −هعV و x − I scهع I بوسیله همین معادلات محاسبه می شوند. براي آزمایش شبکه، 50 نمونه ورودي جدید به شبکه آموزش یافته، داده می شود. خروجی متناظر با این ورودیها و خروجی بدست آمده از شبکه با یکدیگر
مقایسه می شوند. هر چه اختلاف این دو مقدار کمتر باشد،شبکه بهتر تعلیم یافته و سلول خورشیدي را به خوبی مدلسازي نموده است.
