بخشی از مقاله
چکیده :
اخیراً سیستمهای مولد برق خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی نو و بدون آلودگی زیست محیطی مورد توجه قرار گرفتهاند. از جمله کارهای انجام شده، ارائه روشهای گوناگون جهت استفاده بهینه از مدول خورشیدی به کمک کنترل پردازشگر توان میباشد. قابلیت و کارایی چنین طرحهایی از طریق انجام آزمایش با آرایهای از مدولهای خورشیدی و تحت شرایط مختلف دما و شدت نور مشخص میشود. بهترین گزینه از دیدگاه اقتصادی برای انجام چنین آزمایشی استفاده از دستگاهی است که بتواند محدودیتهای یک مولد انرژی فتوولتائیک از قبیل نیاز به تعداد زیادی مدول گران قیمت و کنترل پذیرنبودنشرایط جوی دما و شدت نور را رفع کند. در این مقالهپس از معرفی مدل الکتریکی مناسبی برای مدول خورشیدی و استخراج پارامترهای آن، طرح جدیدی برای دستگاه شبیه ساز آرایه خورشیدی ارائه میشود تا ضمن برآوردن نیازهای مذکور، محدودیتهای موجود در شبیهسازهای فعلی از قبیل توان خروجی کم، عدم ایزولاسیون کامل و عدم توانایی تولید نقاط ناحیه جریان ثابت را برطرف کند. نتایج شبیه سازی کامپیوتری و نتایج آزمایشگاهی نیز حاکی از دقت و اطمینان پذیری طرح معرفی شده میباشد.
واژه های کلیدی: تست سیستمهای فتوولتائیک، منبع تغذیه سوئیچینگ
-1 مقدمه
سیستمهای فتوولتائیک میتوانند درآینده بخاطر عدم آلودگی محیط زیست و طول عمر زیاد یک انتخاب مناسب برای تامین انرژی الکتریکی منازل واماکن صنعتی باشند. اما از آنجاکه قیمت تمام شده این سیستمها بالا است، باید تحقیقات وتلاش زیادی صورت بگیرد تا اولاً مدولهای خورشیدی با بازده بالا وقیمت پایین تولید شود و ثاًنیا باید نوآوریهایی درزمینهمبدلهای DC/DC ، اینورترهای خورشیدی وMPPTها - Maximum Power Point Tracker - صورت بگیرد تا از مدولهای خورشیدی حداکثراستفاده شود.ضرورت فوق ایجاب میکند که برایمطالعه، بررسی و آزمایش سیستمهای فتوولتائیک، دستگاهی وجود داشته باشد که رفتار آرایهای ازمدولهای خورشیدی را شبیهسازی نموده ومحدودیتهای موجود در یک مولد فتوولتائیک از قبیل نیاز به تعداد زیادی مدول گران قیمت و کنترل پذیرنبودن شرایط جوی دما و شدت نور را رفع کند.
کارهایی که درطول یک دهه اخیر در زمینه شبیه سازی مدولهای خورشیدی صورت گرفته است رامیتوان به دوبخش تقسیم نمود. بخش اول شامل ارائه مدل الکتریکی برای مدول خورشیدی و روشهای استخراج پارامترهای مدل میباشد2]،[1 و بخش دوم شامل ارائه طرح سخت افزاری است که بتواند مشخصه جریان- ولتاژ آرایهای از مدولهای خورشیدی را تولید
کند4]،.[3 در بخش اول تعداد پارامترهای زیاد - بطورمثال در [1] تعداد 13پارامتر - ، استخراج پارامترهای مدل الکتریکی و الگوریتم کنترل را دشوار میکند. در بخش دوم محدودیتهایی از قبیل توان خروجی کم، عدم مجزاسازی کامل و ضعف در تولیدنقاط ناحیه جریان ثابت، کارآیی شبیهسازها را کم کرده است.در این مقاله جهت رفع محدودیتهای فوق مدل الکتریکی مناسبی برای مدول خورشیدی با تعداد 5پارامتر معرفی میشود و نحوه استخراج پارامترهای مدل برای یک مدول واقعی توضیح داده میشود. در ادامه با ارائه یک طرح سخت افزاری جدید،محدودیتهای توان خروجی کم، عدم مجزاسازی کاملو عدم توانایی تولید نقاط ناحیه جریان ثابت برطرفمیشود. در انتها برای نشان دادن قابلیت و کارایی طرح معرفی شده، نتایج شبیه سازی کامپیوتری و نتایج آزمایشگاهی ارائه میشود.
-2 انتخاب مدل الکتریکی برای مدولهای خورشیدی
در سیتمهای فتوولتائیک به هنگام انتخاب یک مدلالکتریکی برای مدول خورشیدی باید توجه کرد که چه کاربردی از سیستم مدّ نظر میباشد. به عنوان مثال در یک سیستم شبیه ساز آرایه خورشیدی، مشخصه جریان- ولتاژ تولید شده توسط پردازشگر باید به شکل سخت افزاری و توسط منابع ولتاژ و یا جریان تولید شود. بنابراین در این سیستم حتی اگر مشخصه های جریان- ولتاژ توسط مدلهای بسیار دقیق مانند مدل نمایی دوبل [1] و مدل گسترده [2] تولید شوند، چنیندقت بالایی به دلیل خطای موجود در سخت افزار سیستم اهمیت خود را از دست می دهد. از اینرو در این مقاله از مدل نمایی ساده - Single - Exponential Model جهت مدلسازی مدولهای خورشیدی استفاده خواهد شد - شکل-. - 1با توجه به مدل نمایی ساده روابط زیر قابل حصول است:که I جریان مدول، V ولتاژ مدول، Iph جریان نوری - photo current - ، Is جریان اشباع معکوس دیود، η ضریب ایدهآلی دیود، m تعداد سلول سری یک مدول، Rs مقاومت سری مدول، Rp مقاومتشنت مدول و VT ولتاژحرارتی kT میباشد.
-3 استخراج پارامترهای مدل نمایی ساده
در مدل نمایی ساده کمیتهای Iph، Is ،η ،Rs و Rpپارامترهای مدل میباشند و برای استخراج آنها باید در ابتدا نقاط مشخصه مدول واقعی در شرایط استانداردSTC - دمای 25 درجه سانتیگرد، شدت نور 1000وات بر مربع و توده هوا - 1/5 اندازه گیری شوند. برایاین منظور از مدار نشان داده شده درشکل-2 استفاده میشود.در این مدار از رئوستای Rv به عنوان بار متغیر واز مقاومت کوچک Rsense به شکل سری با بار و برای اندازه گیری جریان مدول استفاده میشود. همچنین دمای سطح مدول - T - و میزان شدت نور - E - توسط حسگرهای دما و شدت نور اندازه گیری میشود.
اساس اندازه گیری بدین صورت است که با تغییررئوستای Rv که به دو سر مدول بسته شده است،مقادیر ولتاژ مدول، ولتاژ مقاومت Rsense و ولتاژحسگرهای دما و شدت نور از طریق کارت واسط بهرایانه ارسال میشود. بدین ترتیب اطلاعات نقاط مختلف مشخصه در رایانه ثبت میشود.در این آزمایش از مدول پلیکریستالین 36/45محصول شرکت » تولید فیبرنوری و برق خورشیدی ایران« برای استخراج نقاط مشخصه جریان- ولتاژاستفاده شده است و نتیجه آن در شکل-3 نشان دادهشده است. همچنین اطلاعات الکتریکی مدول پلی کریستالین مورد استفاده در پیوست-1 ارائه شده است.پس از ثبت نقاط مشخصه جریان- ولتاژ مدول خورشیدی در رایانه، میتوان از طریق روش پوشیابی پارامترهای مدل را استخراج نمود. برای این منظور با جایگذاری روابط دو و سه در رابطه یک و حل آن خواهیم داشت:
که تابع Lambertw - x - بیانگر حل معدله weW x میباشد و درآن w متغیر وابسته و xمتغیر مستقل میباشد .[5] در رابطه اخیر کمیتهای Iph، Is ،η ،Rs وRp باید به نحوی استخراج شوند که رابطهمذکور بهترین پوش را بر نقاط اندازه گیری شده در
