بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به تاثیر تابش نامتعادل روی پنلهای فتوولتائیک، در یک آرایه پرداخته است. تغییر شدت تابش میان پنلهای یک آرایه به دلیل اتصالات مداری موجب انحراف نقطه ماکزیمم توان، عدم ردیابی صحیح آن، و در نتیجه کاهش راندمان در ساختارهای متداول فتولتائیک میشود. با پیشرفت حوزه الکترونیک قدرت و ورود آن به حوزه فتوولتائیک، ساختارهای مختلفی با استفاده از کانوترهای الکترونیک قدرت وپنلهای فتوولتائیک پیشنهاد شده است.
در این تحقیق با بررسی ساختارهای مختلف روی یک نمونه واقعی، ساختار هوشمند به عنوان بهترین ساختار در شرایط تابش نامتعادل میان پنلهای یک آرایه پیشنهاد شده است. از مزایای این ساختار تبدیل نقطه ماکزیمم توان به بازه ماکزیمم توان، و عملکرد مستقل هر پنل نسبت به پنل-های مجاور در شرایط تابش نامتعادل است. به منظور پایداری ساختار پیشنهادی در بازه ماکزیمم توان، الگوریتم P&O پیشنهاد شده است.
بررسیها نشان میدهد که بر خلاف ساختارهای متداول، ولتاژ متغیر مناسبی برای P&O در ساختار هوشمند نبوده و موجب ناپایداری ساختار میشود. به منظور رفع مشکل پایداری،متغیرهای کندوکتانس و مقاومت پیشنهاد و مورد ارزیابی قرار گرفتهاند. در نهایت مقاومت به عنوان بهترین متغیر به لحاظ سرعت و دقت ردیابی انتخاب شده است. برای راستا آزمایی طرح پیشنهادی از نرم افزار سیمولینک متلب استفاده شده است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که با استفاده از ساختار هوشمند راندمان سیستم فتوولتائیک در شرایط تغییرا شدت تابش،14 درصد نسبت به ساختارهای متداول بهبود یافته است.
-1 مقدمه
افزایش علاقه جهانی به صنعت فتوولتائیک موجب گسترش بیش از پیش تحقیقات در این زمینه شده است. این تحقیقات بیشتر در زمینه تولید ارزان قیمت پنل فتوولتائیک، انتقال بهینه توان در شرایط تغییرات شدت تابش، نحوه سیاستگذاری دولتها در استفاده از این انرژی، متمرکز شده است. توسعه تکنولوژیهای جدید فیلم نازک به دلیل حذف سیستم نگهدارنده و انعطاف پذیری آن باعث تولید ارزان قیمت این انرژی خصوصاَ برای مصارف مسکونی شده است. در کنار توسعه صنعت ساخت پنلها، با پیشرفت الکترونیک قدرت و ورود آن به حوزه فتوولتائیک ، موجب توسعه بیش از پیش آن شده و ساختارهای متنوعی از کانورترهای الکترونیک قدرت و پنلهای فتولتائیک پیشنهاد شده است.
این تحقیق ضمن بررسی و مطالعه دقیق ساختارهای متداول، روی ساختار شکل1 متمرکز شده است. در این ساختار هر یک از پنلها پس اتصال به کانورتر2 به صورت سری متصل شده و در شاخه هایی موازی آرایش یافتهاند. نتیجه استفاده از این سیستم قابلیت اطمینان بالا به دلیل عملکرد مستقل هر پنل در شرایط مختلف آب و هوایی نسبت به پنلهای مجاور خود است. کانورتر مورد استفاده در این ساختار بر اساس کانورتر پیشنهادی در مرجع [1] بوده و از یک مبدل باک و بوست که صورت آبشاری به هم متصل هستند تشکیل شده است .[2-5]
شکل.1 شماتیک ساختار هوشمند
این کانورتر حسب نیاز در یکی از سه مد باک، بوست، و مستقیم عمل مینماید. با استفاده از چنین کانورتری نقطه ماکزیمم توان به یک بازه گسترش یافته و در صورتی که شدت تابش تغییرات زیادی نداشته باشد میتوان با تنظیم کانورترها موجب تثبیت ولتاژ شاخه شده که در این صورت اضافه کردن شاخههای موازی و طراحی اینورتر در اندازهی کوچکتر و هزینه کمتر امکانپذیر خواهد بود.
در شرایط تغییرات شدید تابش نیاز به کانورتر بوست ثانویه خواهد بود. این کانورتر تضمین کننده عملکرد شاخهها در ولتاژ ثابت است. در این شرایط در صورتی که در کانورتر ثانویه از الگوریتمهای ردیابی متداول ماکزیم توان استفاده شود مساله ناپایداری وجود خواهد داشت. این مقاله پس از معرفی و بیان برتری ساختار هوشمند؛ به بررسی مساله ناپایداری پرداخته و کنترل توسط مقاومت به عنوان بهترین گزینه به لحاظ دقت و سرعت ردیابی پیشنهاد شده است.
-2 ساختارهای فتوولتائیک3
در ساختار متمرکز پنلها ابتدا در شاخههایی به صورت سری، و سپس موازی آرایش، و در نهایت به یک کانورتر مرکزی متصل شدهاند. این ساختار به لحاظ هزینه مقرون به صرفه بوده و از معایب آن کاهش راندمان آرایه در شرایط عدم تطبیق تابش میان پنلها است. ساختار شاخهای گرچه نسبت به ساختار متمرکز راندمان بهتری دارد ولی به دلیل اتصال سری پنلها، مشکل ناسازگاری مانند حالت قبل وجود خواهد داشت.
در میکرو کانورترها اگرچه به ظاهر مشکلات ناشی از عملکرد در شرایط عدم تطبیق تابش را ندارند؛ ولی با توجه به اینکه هر پنل به صورت مستقل به خط DC متصل است، کانورتر میبایست بسیار افزاینده باشد. این به معنی استفاده از کانورترهای ترانسفورمری خواهد بود که هزینه بالا و راندمان پایینتری به نسبت کانورترهای سوئیچینگ دارند. ساختار هوشمند به دلیل عملکرد کانورتر در بهره و.احد امکان گسترش سری و موازی این ساختار به آسانی خواهد بود. همچنین عملکرد مستقل هر پنل در نقطه ماکزیمم توان و گسترش نقطه ماکزیمم توان از یک نقطه به یک بازه از دیگر مزایای این ساختار است .[6]
-3 نمونه مورد مطالعه
به منظور بررسی و بیان برتری ساختار هوشمند یک نمونه ساده مطابق شکل2 مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. نمونه شامل 30 پنل 170 واتی است که در مجموع 5 کیلوات توان مصرفی یک منزل مسکونی را تامین مینماید. پنلها در شاخه های A,B وC به گونهای آرایش یافتهاند که بهترین میزان جذب تابش را داشته باشند. دمای کلیه پنلها 25 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است. به دلیل سایه ناشی از دودکشها و هواکشها، شدت تابش تعدادی از پنلهای شاخههای A و C کاهش مییابد. به منظور کمی ساختن محاسبات، متوسط شدت تابش پنلهای نرمال و پنلهایی که در سایه قرار دارند بر حسب وات بر متر مربع به صورت زیر در نظر گرفته شده است:
.1پنلهای نرمال 1000
.2پنلهای سایه - A8:800;A9:600;A10:850;C1:500;C2:200;C5:700 -
- 1- 3 ساختار متمرکز4
در این حالت پنلها به صورت شکل3 آرایش یافتهاند. به عنوان نمونه مشخصه خروجی جریان-ولتاژ پنلهای شاخه A در شکل 4 نشان داده شده است.
