بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به غیرخطی بودن منحنی مشخصه سلول خورشیدی جذب حداکثر توان در روز برای استفاده و ذخیرهسازی حائز اهمیت است. از این رو عملکرد بهینه سلول خورشیدی - نقطه بیشینه توان - در شرایط مختلف جوی بسته به مقدار تابش خورشید و دما تغییر میکند. در این مقاله، برای دستیابی به حداکثر توان سلول خورشیدی و انتقال آن به بار، از مبدل بوست برای تطبیق امپدانس استفاده میشود. برای تغییر وضعیت سویچ و در نتیجه تنظیم مقدار امپدانس از میکرو کنترلر ARM استفاده میشود. برای پیاده سازی سیستم ردیاب خورشیدی از الگوریتم انحراف و مشاهده که دارای ساختاری ساده و انعطافپذیر است استفاده میشود.
در این مقاله، از روش غیر مستقیم برای کنترل توان خورشیدی استفاده شده است. برای این کار ابتدا ولتاژ سلول خورشیدی و جریان باتری نمونهبرداری شده و سپس توسط الگوریتم انحراف و مشاهده که با توجه به کاربردهای زیاد میکروکنترلر ARM در صنعت با این میکروکنترلر پیاده شده، ولتاژی که در آن توان سلول خورشیدی حداکثر میشود را بدست میآوریم - - V ref سپس بر مبنای اختلاف بین V ref و ولتاژ لحظهای پنل، یک کنترل کننده PID به نحوب طراحی میشود که زمان وظیفه را تنظیم کند تا اینکه بیشترین توان از سلول خورشیدی دریافت شود. نتایج پیادهسازی نشان میدهد که سیستم پیشنهادی از قابلیت خوبی جهت دریافت بیشترین توان از سلول خورشیدی برخوردار است و میتواند بعنوان یک سیستم مطمئن مورد استفاده قرار گیرد.
.1 مقدمه
از دوران قدیم تأمین انرژی مسئله بسیار مهمی برای جوامع بشری بوده است. در عصر حاضر با توجه به پیشرفتهای صنعتی و تکنولوژی که جایگاه ب سیار مهمی را در زندگی روزمره ان سانها دارد، این م سئله اهمیت زیادی پیدا کرده ا ست. در سالهای اخیر به دلیل آلودگی ناشی از سوختهای فسیلی و همچنین رو به اتمام بودن آنها علاقه زیادی به استفاده از منابع تجدیدپذیر از جمله انرژی خور شیدی ایجاد شده ا ست، این امر موجب پی شرفت سریع تکنولوژی ا تفادهس از انرژِی خور شیدی شده ا ست. طبق پیشبینیهای صورت گرفته تا سال 2050 انرژی خورشیدی یکی از منابع مهم انرژی تجدیدپذیر خواهد شد.[1]
با تکیه بر انرژی خورشیدی هواپیمای سبکوزن خورشیدی توانایی پرواز بیوقفه به مدت 24 ساعت را دارد. در این هواپیماها انرژی موردنیاز در طول روز که با پنلهای خورشیدی جذب میشود، مقداری بهصورت مستقیم برای پرواز استفاده میشود و مقداری نیز، برای پرواز در طول شب در باتری ذخیره میگردد. بنابراین جذب حداکثر توان در روز برای استفاده و ذخیرهسازی حائز اهمیت است.
المان ا صلی سی ستمهای خور شیدی، ماژولهای فتوولتائیک میبا شند که از سلولهای خور شیدی ت شکیل شدهاند. یک سلول خورشیدی به تنهایی فقط قادر به تولید مقدار کمی از توان میباشد و به همین علت معمولاً تعداد زیادی از آنها را در کنار هم به صورت سری یا موازی قرار میدهند که ماژولهای فتوولتائیک را ت شکیل میدهند. م شکل ا صلی سلولهای فتوولتائیک - PV - 1 بازده پائین آنها میبا شد. نقطه کار سلولهای خور شیدی به فاکتورهای متعددی از قبیل: دمای سلولها، میزان تابش و جریان بار ب ستگی دارد که موجب تغییرات غیرخطی ولتاژ و جریان خروجی ماژول ها میشود.[2]
بنابراین برای افزایش توان خروجی سلول های فتوولتائیک، لزوم ردیابی نقطه توان حداکثر - MPPT - 2 مطرح میگردد تا امکان بهره برداری مؤثر از این سیستمها را در شرایط مختلف فراهم سازد. این ردیاب توان در واقع حداکثر توان ماژول PV را استخراج و به بار تحویل میدهد. در این مقاله، جهت این کار از یک مبدل DC/DC کاهنده - باک - 3 بهره گرفته میشود که این مبدل واسط میان بار و ماژول PV میباشد و در واقع جهت تطبیق امپدانس و انتقال حداکثر توان استفاده میشود.
تاکنون مطالعات زیادی در مورد MPPT انجام شده است که منجر به ارائه الگوریتمهایی نظیر انحراف و مشاهده - P&O - 4، هدایت افزایشی - INC - 5 و روش ولتاژ باز - OC - 6 شده است.[4 ,3 ,1] در این مقاله، از P&O بخاطر سادگی و عملکرد خوب استفاده شده است. مزیت اصلی این روش ساده بودن آن میباشد و همین امر موجب رایج شدن آن در سیستمهای کنترلی جدید شده است. علاوه بر این در این الگوریتم نیازی به دانش قبلی از ویژگیهای پنل PV نمیبا شد. یعنی ردیابی نقطه توان حداکثر صرفنظر از شدت تابش و دما انجام می شود.
از طرفی زمانی که تابش خور شید خیلی سریع تغییر نمیکند، کارایی خوبی را از خود ن شان خواهد داد. عیب بارز این روش وجود نو سانات زیاد حول نقطه عملکرد در حالت ماندگار میبا شد. به همین علت بای ستی فرکانس انحراف به اندازه کافی پایین باشد تا سیستم بتواند قبل از انحراف بعدی به پایداری برسد. همچنین اندازه گام انحراف باید در حد مطلوب انتخاب شده باشد، چرا که کنترل کننده تحت تأثیر نویز اندازه گیری شده قرار نمیگیرد و تغییرات قابل اندازهگیری و چ شم گیری در خروجی آرایه فتوولتائیک ایجاد میگردد.[4] در مقالات زیادی از جمله [6 ,5 ,2]صرفاً نتایج شبیه سازی ارایه شده است و به بحث پیاده سازی پرداخته نشده است. البته در بعضی مقالات به این مهم نیز پرداخته شده است.
در این مقاله، به بحث پیاده سازی و کنترل توان سلول خورشیدی با استفاده از میکروکنترلر ARM با روش غیر مستقیم پرداخته می شود. نتایج پیاده سازی ن شان میدهد که سی ستم پی شنهادی از قابلیت خوبی جهت دریافت بی شترین توان از سلول خور شیدی برخوردار است و میتواند بعنوان یک سیستم مطمئن مورد استفاده قرار گیرد. ادامه این مقاله ب صورت زیر ساماندهی شده ا ست: در بخش دوم مدل پنل خور شیدی و الگوریتم P&O بیان می شود. در بخش سوم به مسئله پیاده سازی پرداخته میشود. نتایج تجربی نیز در بخش چهارم ارائه خواهد شدنهایتاً. در بخش پنجم نتیجه گیری بیان میشود.
.2 مدل پنل خورشیدی و الگوریتم P&O
منبع فتوولتایی تابش نور خورشید را تبدیل به ولتاژ DC میکند. سپس مدارات قدرت جریان و ولتاژ خروجی پنل خورشیدی را به ولتاژ و جریان مد نظر تبدیل میکنند. از این رو محور اصلی تحقیقات انجام شده در این حوزه انتقال حداکثر توان تولیدی سلول خورشیدی در شرایط کاری مختلف به بار است. در نتیجه به علت تغییرات جریان و ولتاژ سلول بر اثر تغییرات شرایط آب و هوایی ردیابی ماکزیمم توان ضروری است.
1.2 سلول خورشیدی
مدل یک سلول خورشیدی تک دیوده در شکل 1 نشان داده شده است. مشخصه ولتاژ و جریان این سلول را میتوان با استفاده از روابط - 1 - تا - 2 - بدست آورد.
