بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از کاربردهای انرژی خورشیدی، سیستم پمپ خورشیدی می باشد. در پمپ های خورشیدی تعداد اجزا متحرک کم است. لذا به مراقبت و تعمیرات خیلی کمتری نیاز دارد و همچنین بازدهی آنها مناسب است. آسانی کار با پمپ های خورشیدی، سرعت بالای یادگیری کار با آنها و و نقل آسان آنها از مزایای بزرگ این چنین پمپ ها است که باعث می شود کار با آنها در مناطق دور افتاده مورد توجه قرار گیرد. همچنین باعث حفظ منابع سوختی کشور و راه حلی برای مساله معضل جایگزینیانرژی است و غالباً زمان نیاز به آب با زمان تابش خورشید هماهنگی دارد، لذا استفاده از آنها می تواند به خوبی پاسخگوی نیازها باشد.
هرچند با استفاده از مخازن ذخیره سازی آب مشکل آب قابل دسترسی در شب را نیز می توان برطرف نمود. در این مقاله ساختاری جدید برای سیستم پمپ خورشیدی با استفاده از مبدل سیگما و اینورتر ارائه می گردد. روش کنترلی موتور مربوط به پمپ، کنترل مستقیم گشتاور است. مبدل سیگما طوری کنترل می شود که توان ماکزیمم از آرایه ها استحصال شده و به باتری و یا بار انتقال یابد. برای صحتسنجی سیستم شبیه سازی در نرم افزار MATLAB انجام شد که نتایج صحت عملکرد سیستم را نشان داد.
.1 مقدمه
به پدیدهای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید کند، پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیدهها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستمهای فتوولتائیک یکی از پر مصرفترین کاربرد انرژیهای نو میباشند. ازموارد استفاده سیستمهای فتوولتائیک می توان به مصارف فضانوردی و تامین انرژی موردنیازماهواره- ها، روشنائی خورشیدی، سیستم تغذیه کننده یک واحدمسکونی، سیستم پمپهای فتوولتائیک، سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی، زلزله نگاری، ایستگاههای رادیویی وتلویزیونی، تغذیه ماشین حساب، ساعت، رادیوپخش واسباب بازی اشاره کرد.
تاکنون سیستمهای گوناگونی با ظرفیتهای مختلف در سراسر جهان نصب و راه اندازی شدهاست و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستمها درمناطق با شدت تابش بالا هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده میشود. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی میتوان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل - Panel - فتوولتائیک میگویند.
پانل های خورشیدی دارای مشخصه V-I غیرخطی میباشد و در شرایط آب و هوایی و دمای متفاوت تنها یک نقطه کار وجود دارد که در ماکزیمم توان مدول PV از آن استخراج میشود به این نقطه ماکزیمم توان - Maximum Power Point - MPP گویند. تاکنون روشهای متفاوتی برای یافتن MPP در مقالات ارائه شده است، از جمله روشهای P&Q - انحراف و مشاهده - [1] ، رسانایی بحرانی[4-2]، روشهای مبتنی بر شبکه عصبی و منطق فازی[6-5]، ولتاژ مدار باز کسری، جریان اتصال کوتاه کسری، روش RCC اشاره کرد.
وجود یک مبدل DC/DC افزاینده با بهره بالا برای استحصال ماکزیمم توان و تامین ولتاژ مورد نیاز بار/شبکه ضروری به نظر میرسد. یکی از مبدل هایی که گزینه مناسبی برای اتصال سیستم های خورشیدی به بار DC یا شبکه AC میباشد، مبدل منبع امپدانسی میباشد. مبدل منبع امپدانس یک مبدل تک مرحله است که برای کاربردهای فتوولتاییک مناسب میباشد، زیرا این مبدل قادر به بوست ولتاژ و انتقال در یک ساختار تک مرحلهای است. در [7] برای اتصال PV به شبکه تک فاز ، در [8] به عنوان واسط بین PV و شبکه سه فاز و در [9] برای کار PV به صورت مستقل استفاده شده است.
در این مقاله ساختار منبع امپدانسی Sigma که پیش از این به صورت dc/ac معرفی شده بود، به صورت dc/dc در آمده و برای استحصال ماکزیمم توان از سلولهای خورشیدی استفاده خواهد شد. این ساختار به لینک DC مشترک که به آن باتری نیز وصل است، اتصال یافته و این لینک DC پمپ خورشیدی را از طریق اینورتر و روش کنترلی DTC کنترل خواهد کرد. در ادامه ساختار پیشنهادی معرفی میگردد و حالات کاری آن بررسی میگردد. سپس نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار MATLAB/Simulink ارائه خواهد شد و در انتها نتیجه گیری انجام میشود.
2. ساختار پیشنهادی
شکل 1 مدار قدرت ساختار پیشنهادی را نمایش میدهد. چنانچه ملاحظه میگردد، آرایههای خورشیدی از طریق یک مبدل Sigma با بهره بالا به اینورتر سه فاز وصل شده است. بدلیل اینکه ولتاژ آرایههای حورشیدی حتی با سری کردن چند سلول هم نمی تواند برای اتصال به موتور استفاده شود، وجود این مبدل ضروری میباشد. ضمن اینکه اثر سایه میتواند سبب کاهش ولتاژ خروجی آرایهها نیز شود.
در شبیه سازی های انجام شده ولتاژ خروجی سلول ها حدود 164 ولت میباشد در حالیکه خروجی با حضور باتری در 700 ولت تثبیت شده است. بنابراین نیاز به بهره 4 برابر وجود دارد. برای افزایش ولتاژ خروجی پانلها از مبدل سیگما استفاده شده است. برای استحصال ماکزیمم توان بایستی ولتاژ خروجی مبدل DC/DC تثبیت شود. این امر توسط یک باتری که با مبدل DC./DC دو طرفه افزاینده به لینک DC وصل شده است، صورت میپذیرد. خروجی اینورتر سه فاز به یک موتور پمپ اتصال یافته است. روش کنترل اینورتر کنترل مستقیم گشتاور میباشد.
