بخشی از مقاله
چکیده
با افزایش گازهای گلخانهای استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر روز به روز بیشتر شده و با توجه به اینکه ایران دارای ساعات تابش نور آفتاب بالایی است انرژی خورشیدی در کانون توجهات محققان قرار دارد. طراحی مبدلهای با بهره و راندمان بالا برای این سیستمها از اهمیت ویژهای برخوردار است کهدر این مقاله یک مبدل افزاینده کسکود برای استفاده در سیستمهای پیل خورشیدی با رنج تغییرات بالا در ولتاژ ورودی - به دلیل اینکه ولتاژ خروجی پیلهای خورشیدی در اثر تغییرات تابش آفتاب در طول روز تغییر میکند و این تغییر رنج بالایی را دارد مبدل مورد نظر باید قابلیت سازگاری با تغییرات وسیع در ولتاژ ورودی را داشته باشد - ارائه شده است که شامل دو زیر مبدل - مبدل بوس ت سنتی و مبدل بوست هیبرید - میباشد.
مبدل بوست هیبرید که در واقع یک مبدل بوست سنتی است که به ای خازن مبدل بوست از دو خازن استفاده میکند که این امر بهره و راندمان در این مبل را افزایش داده است. در بخش دوم روابط تک تک زیر مبدلها با تجزیه و تحلیل زمان خاموش و روشن بودن کلیدها استخراج شده و سپس با اسفاده از این روابط، رابطه بهره ولتاژ مبدل کلی به دست آمده است. در نهایت در بخش سوم مبدل پیشنهادی طبق مشخصات المانها که در جدول 1 قید شده است در محیط Simulink نرم افزار Matlab شبیه سازی شده و نتایج و شبیه سازی نیز در مقاله آمده است.
–1مقدمه
با توجه به پایان پذیر بودن سوختهای فسیلی و آلاینده بودن استفاده از آنها که صدمات جبران ناپذیری به محیط زیست وارد میآورند مساله استفاده از انرژیهای تجدید پذیر روز به روز پررنگ تر می شود . کشور ما با توجه به موقعیت جغرافیایی مناسب دارای پتانسیل بسیار قوی در این زمینه میباشد . در این میان از آنجاییکه میتوان ایران را در زمره آفتاب خیزترین کشورهای دنیا قرار داد استفاده از انرژی خورشید در کانون توجهات جای میگیرد. یکی از مشکلات اصلی استفاده از انرژیهای تجدید پذیر ولتاژ خروجی پایین آنهاست که استفاده از یک مبدل با راندمان بالا را در مدار این سیستم ها الزامی میکند.استفاده از مبدلهای dc-dc در بخشهای زیادی ازجمله صنعت ، منابع تغذیه قطعناپذیر - UPS - و همچنین انرژیهای نو کاربرد دارند .[1]-[3]
در بخش انرژیهای نو بدلیل نیاز به ولتاژ خروجی بالا وجود یک مبدل با بهره بالا را ضروری میسازد. از لحاظ تئوری دستیابی به بهره بالا با مبدلهای بوست - boost - امکانپذیر میباشد اما در عمل به دلیل استرس ولتاژ بالا روی کلیدها تلفات افزایش خواهد یافت. برای کاهش این استرس از روشهایی نظیر قرار دادن مقاومت در مسیر کلیدها استفاده شده است که نقطه خیز ولتاژ را پایین میآورد. اما استفاده از این المانها باعث افزایش تلفات و کاهش بازده خواهد شد .[4]مبدلهای بوست سنتی به دلیل تلفات شدید روی کلیدها و المانها نمیتوانند بهره مناسب را بدست دهند. در نتیجه بازده کاهش یافته و با پدیده الکترومغناطیسی - - EMI مواجه خواهیم شد .[5]
در سالهای گذشته توپولوژیهای متفاوتی از مبدلهای مختلف ارائه شده و مورد بررسی قرار گرفتهاند.[6]-[8] همچنین با ورود نیمه هادیهای جدید قدرت ساختارهای جدیدی از مبدلها برای براورده ساختن نیازهای این سیستمها مورد توجه قرار گرفتهاند که به ساختارهای متوالی یا کسکود - cascade - معروف هستند.[8]-[13]با توجه به اینکه این ساختار متشکل از چند مبدل میباشد میتوان با دیوتی سایکل پایین به بهرههای بالایی رسید.
همچنین در صورت آسیب دیدن یک مبدل تعمیر و یا جایگزینی آن آسان خواهد بود که از مزیتهای اینگونه مبدل به شمار میرود.[14] قابلیت توان دهی بالای این مبدلها - به دلیل اینکه زیر مبدلهای مبدل کسکود با دیوتی سایکل پایین کار میکنند در نتیجه استرس ولتاژ روی کلیدها کاهش یافته و در نتیجه تلفات کاهش مییابد و میتوان مبدل را در توانهای بالا مورد استفاده قرار داد - یکی دیگر از مزایایی است که میتوان برای اینگونه مبدلها برشمرد.
– 2مبدل پیشنهادی
ساختار مبدل پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود مبدل متشکل از دو زیر مبدل می-باشد. مبدل اول مبدل بوست سنتی [15]و مبدل دوم مبدل بوستهیبرید [16] میباشد.
2-1 عملکرد مبدل بوست - طبقه اول -
در ساختارهای کسکود انتخاب مبدل طبقه اول از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. چون مورد استفاده مبدل پیشنهادی در پیلهای خورشیدی است که به واسطه تغییر در میزان تابش آفتاب تغییرات ولتاژ خروجی در بازه وسیعی را دارند، برای طبقه اول مبدل بوست که توانایی دریافت ولتاژ در بازه وسیعی را دارد انتخاب شده است. همچنین در مبدلهای افزاینده هنگامی که توان بالایی در خروجی نیاز است مبدل بوست به دلیل پیوسته بودن جریان ورودی آن که استرس ولتاژ روی کلیدها و در نتیجه تلفات را کاهش میدهد میتواند انتخاب مناسبی باشد. درشکل 2 ساختار مبدل بوست نشان داده شده است.
