شکل ‏۳‑۵: اثر تغییرات شدت نور و دما برای منحنی‌های( I-V وP-V ) ( (a تأثیردما، (b) تأثیرشدت نور

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

به هر حال، توان خروجی در واحد­های فوتوولتاییک به شدت نور در سطح سلول خورشیدی و دمای سلول خورشیدی وابسته است. بنابراین، به منظور بهینه سازی بازدهی سیستم انرژی تجدید شدنی ضروری است تا نقطه حداکثر توان در منبع ورودی ردیابی و تعیین مکان شود.

۳-۱-۳مهندسی سیستم فوتوولتاییک

معرفی : پنل خورشیدی تنها جزء یک سیستم فوتوولتاییک نیست و اجزاء زیادی برای راه اندازی یک سیستم فوتوولتاییک لازم است. بیشتر سیستم­های فوتوولتاییک شامل یک منبعی برای ذخیره انرژی هستند، که این نوع منبع انرژی، انرژی لازم را برای کار در هنگام شب فراهم می‌کند. سلول­های خورشیدی معمولاً یک جریان مستقیم را تولید می‌کنند و چون بیشتر کاربردها تحت نوع دیگری از جریان (AC) کار می‌کنند در نتیجه ابزاری برای تبدیل این انرژی بایستی وجود داشته باشد . [۲۱]
سیستم­های کنترل دیگری نیز برای کنترل کردن قسمت­ های مختلف یک سیستم فوتوولتاییک لازم است. از جمله این سیستم­ها می­توان به ابزارهایی برای نشان دادن وضعیت سیستم اشاره نمود. تمام این ابزارها بایستی به خوبی با هم ترکیب شوند تا یک سیستم ایده­آل از لحاظ اندازه و بازدهی خوب را فراهم نمایند. اندازه یک سیستم و نیز سیستم­های ذخیره انرژی به خصوصیات جغرافیایی محل کار بستگی دارد. همچنین نبایستی از پارامترهای نوع کاربرد نیز غافل شد. اما اندازه یک سیستم فوتوولتاییک یک معیار اساسی در طراحی سیستم­های خورشیدی است که بایستی مورد توجه قرار گیرد.

۳-۱-۴ساختار یک سیستم فوتوولتاییک

یک سیستم فوتوولتاییک شامل یک تعدادی از قسمت ­ها و زیرسیستم­هایی است که این زیرسیستم­ها عبارتند از :
تولید کننده اثر فوتوولتاییک همراه با ابزارهای مکانیک
باطری ( زیرسیستم ذخیره انرژی ).
تجهیزات کنترلی و نمایشگرها و وسایل اندازه گیری.
تولید کننده پشتیبانی.
اینکه این سیستم­ها چگونه و بر چه ملاکی انتخاب شوند به پارامترهای زیادی بستگی دارد.

انواع سیستم‌های فوتوولتاییک

یک سیستم فوتوولتاییک تابع شرایطی همچون نوع بار متصل به سیستم )AC یا DC یا هر دو­) وجود یا عدم وجود تولیدکننده کمکی برق، اتصال یا عدم اتصال به شبکه محلی یا سراسری و چگونگی ارتباط با آن شبکه ( یک طرفه یا دو طرفه) می­باشد. ذیلاً ‌انواع سیستم­های فوتوولتاییک که در شرایط مختلف از آنها استفاده می­گردد توضیح داده می‌شود.

۳-۱-۵-۱سیستم مستقل کوچک برق DC :

این سیستم وظیفه تأمین انرژی مورد نیاز بارهایی که مصرف‌کننده جریان DCمی­باشند را به عهده دارد. در این سیستم برق تولید شده توسط پنل­های خورشیدی در بانک باتری ذخیره شده و در موقع لزوم به مصرف بارهای DC می­رسد.

۳-۱-۵-۲ سیستم مستقل AC-DC :

این سیستم شبیه سیستم قبلی بوده بجز اینکه دارای اینورتر^[۱۷] یعنی تبدیل کننده جریان DC به جریان AC می­باشد. این سیستم توانایی تغذیه بارهای AC و DC را همزمان دارد. از این سیستم می‌توان به نحو مطلوبی برای تغذیه وسایل برقی خانگی استفاده کرد.

۳-۱-۵-۳سیستم مستقل AC :

سیستم مستقل AC برای تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز بارهای AC بکار می‌رود و معمولاً دارای ده و یا بیشتر پنل خورشیدی و یک و یا بیشتر اینورتر می ­باشد. این سیستم توانایی تأمین قدرت مورد نیاز بارهای بزرگ را دارد.

۳-۱-۵-۴سیستم ترکیبی ژنراتور-پنل خورشیدی :

در این سیستم تأمین بخشی از انرژی موردنیاز بارهای AC به عهده ژنراتور می­باشد که با سیستم فوتوولتاییک ترکیب شده و به آن کمک می­نماید. برق تولیدی توسط پنل­های خورشیدی و ژنراتور از طریق شارژ کنترلر در بانک باتری ذخیره شده و در موقع نیاز پس از تبدیل به AC توسط اینورتر به مصرف بارهای AC می­رسد. زمانی که برق تولیدی توسط پنل­های خورشیدی در اثر کاهش تابش خورشیدی و یا نبود تابش خورشیدی کمتر از برق درخواستی باشد ژنراتور باقیمانده برق موردنیاز را تأمین می­نماید. برق تولیدی توسط ژنراتور می ­تواند مستقیماً به مصرف بارهای AC برسد و یا دربانک باتری برای استفاده‌های بعدی ذخیره گردد. کلید انتقال وظیفه تغییر خط تغذیه‌کننده بارهای AC را به عهده دارد.

۳-۱-۵-۵سیستم مشترک با شبکه برق عمومی:

در این سیستم پنل­های خورشیدی بخشی یا همه انرژی موردنیاز بارهای AC را تأمین می کند. این سیستم شبیه سیستم مستقل AC بوده اما با این تفاوت که در مواقع لزوم می‌تواند توان موردنیاز بارهای AC را از شبکه عمومی ( محلی یا سراسری ) دریافت نماید. اتصال این سیستم به شبکه برق عمومی، این امکان را فراهم می‌کند که بخش فوتوولتاییک این سیستم در سایزهای مختلف ساخته شود. هر گاه برق ذخیره شده در باتری­ها مصرف شود و باتری­ها تخلیه گردند، سویچ انتقال، خط تغذیه بارهای AC را عوض نموده و انرژی مورد نیاز را از شبکه عمومی دریافت می­نماید.

۳-۱-۵-۶ سیستم متصل به شبکه :

در این سیستم برق تولیدی توسط پنل­های خورشیدی توسط اینورترهای مخصوصی به برق AC تبدیل شده و به مصرف بارهای AC می­رسد. هرگاه برق تولیدی توسط پنل­های خورشیدی بیش از نیاز باشد مازاد بر مصرف تحویل شبکه عمومی داده می‌شود و بر عکس هرگاه برق تولیدی توسط پنل­های خورشیدی کفاف نیاز بارهای AC را ندهد از شبکه عمومی مابقی نیاز بارهای AC تأمین می­گردد.

۳-۱-۶ مزایا ومعایب سیستم‌های فوتوولتاییک

آلودگی­های زیست محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی و پایان پذیر بودن منابع آنها،تلاش و تحقیقات وسیعی را در به‌کارگیری انواع دیگری از انرژی،به خصوص انرژی­های جدید،موجب شده است.انرژی خورشیدی به دلیل نا محدود بودن،در دسترس بودن و سازگاری با محیط زیست موجب شده است که سیستم­های فوتوولتاییک بیشترین بازار تجاری را در زمینه کاربرد انرژی­های نو داشته باشد.
پاره­ای از ویژگی­ها ومزایای سیستم­ فوتوولتاییک که موجب گسترش استفاده از آن در کشورهای مختلف شده است در زیر آمده است.
۱ـ بی نیازی به سوخت فسیلی
۲ـ حفظ محیط زیست و عدم ایجاد آلودگی
۳ـ طول عمر مفید بالا (بیش از ۲۰ سال )
۴ـ قابلیت اطمینان بالا به دلیل نداشتن بخش­های متحرک مکانیکی
۵ـ پایین بودن احتمال بروز حوادث خطرناک مانند انفجار و آتش سوزی
۶ـ سهولت در نصب و راه اندازی و همچنین بی نیازی به تجهیزات پیچیده و نیروی انسانی متخصص
۷ـ قابلیت تغییر توان با افزایش و کاهش ظرفیت سیستم­های فوتوولتاییک در صورت نیاز با بهره گرفتن از افزودن یا کاستن تعداد ماژول­ها
در مقابل موارد ذکر شده بزرگ‌ترین عیب سیستم­های فوتوولتاییک برای استفاده از توان­های زیاد، قیمت بالای آن در مقایسه با سایر منابع است. اگر چه با پیشرفت تکنولوژی هزینه سیستم­های فوتوولتاییک روز به روز کاهش می‌یابد،ولی قبل از هر اقدامی تحقیق و بررسی در زمینه صرفه اقتصادی جهت به‌کارگیری هر یک از منابع لازم و ضروری است.
تاکنون این سیستم­ها درجهان اقتصادی نشده‌اند،اما متخصصان درتلاش برای کاهش قیمت این سیستم­هاواقتصادی نمودن آنها می‌ باشد اما دربعضی ازمکان ها که فاصله ازشبکه سراسری برق زیاد بوده ویا امکان سوخت رسانی نمی ­باشد و یاصعب‌العبوراست.[۲۵]
مطالعات اقتصادی در مورد انواع سیستم­های تجدید پذیر نشان می­دهد که بر خلاف هزینه سرمایه گذاری نسبتاً بالا، قیمت برق تمام شده در بیشتر موارد برای نقاط دور از شبکه اقتصادی است.
ازآن جمله می‌توان به:
روستاهای خارج ازشبکه
ماشین­های حمل موادغذایی وفاسد شدنی به ویژه درکشورهای آفریقایی که میزان تابش مناسب می‌باشد
کمپ­های تفریحی خارج ازشبکه سراسری برق
مراکزمخابراتی وایستگاه­های هواشناسی و … که درمکان­های صعب‌العبور وفاقد برق می ‌باشند

۲-۳ردیابی نقطه حداکثر توان^[۱۸]

با در نظر گرفتن این پارامترها، سیستم فوتوولتاییک جهت استفاده برای تولید پراکنده انرژی الکتریکی بسیار مناسب است. ساختار و تکنولوژی ماژولار این سیستم، گسترش و توسعه را مطابق شرایط تقاضا، فضای در دسترس و میزان سرمایه ­گذاری، ممکن می­سازد. سیستم­های فوتوولتاییک کمترین آلودگی را حین پروسه تولید انرژی منتشر نمی­کند. این سیستم­ها قابل نصب در محیط ­های مسکونی و همچنین واحدهای تجاری، بدون هیچ خطری برای سلامتی هستند. تقریب زده می­ شود که سرآنه مصرف ساختمان­هاحدودا ۴۰ درصدانرژی تولیدی را شامل می­ شود و بیشتر این انرژی صرف روشنایی، گرمایش و تهویه مطبوع می ­گردد. علاوه بر این، فتوولتایک قابلیت تامین انرژی در مراکز شهری بدون گسترش سیستم توزیع با مشکلاتی که در راه ­اندازی آن­ها مطرح است را دارد.[۲۱]
در میان منابع تولید پراکنده، انرژی خورشیدی با توجه به عدم آلایندگی و در دسترس بودن آن و همچنین قابلیت تبدیل مستقیم آن به انرژی الکتریکی توسط سلولهای خورشیدی گزینه ای بسیار مطلوب برای استفاده در تولیدات پراکنده انرژی الکتریکی است. انرژی تولید شده توسط سلولهای خورشیدی به صورت DC در دسترس می باشد که با بهره گرفتن از مبدل­های الکترونیک قدرت به شکل AC تبدیل می گردد.
یکی از جنبه های طراحی و بهره ­برداری از یک سیستم فوتوولتاییک، طراحی یک سیستم MPPT مناسب می باشد. MPPT یکی از مهمترین مسائل موجود در تمامی سیستم های شامل سلول­های خورشیدی است. خروجی توان یک سلول خورشیدی بستگی به دمای پیرامون، شدت تابش نور و امپدانس متصل به دو سر آن دارد. در هر سلول خورشیدی، در شرایط دما و نور ثابت، یک نقطه کار بهینه وجود دارد که تولید توان در آن حداکثر است و پیدا کردن این نقطه برای استفاده بهینه و اقتصادی از سلول خورشیدی موجود، بسیار با اهمیت است. روش­های بسیاری برای دنبال کردن نقطه حداکثر توان ارائه شده است [۲۷] . این روش ها از نظر پیجیدگی الگوریتم و پیاده سازی، سرعت پاسخ، هزینه، و نوع سخت افزار مورد نیاز با هم متفاوت هستند. در یک طبقه بندی کلی، این روشها به دو دسته ی آنلاین و آفلاین تقسیم بندی می شوند. روش های آفلاین بر مبنای مدل در دسترس از سلول خورشیدی عمل می کنند و روش های آنلاین نیازی به مدل ندارند.[۲۳]
با توجه به مشخصه توان مختص به سیستم فوتوولتاییک که با منحنی­های ولتاژ و جریان پنل مشخص می­گردد، توان حداکثری که قابل بهره ­برداری از سیستم است مشخص می­ شود. نمودار­های توان دارای یک مقدار ماکزیمم هستند که همراه با جریان و ولتاژ متناظر با این توان ماکزییم، اهداف کنترلی ما را برای رسیدن به بهره ­برداری در شرایط ایده­آل، تعریف می­ کنند. . فرایند مشخص کردن مقدار ولتاژ یا جریان حداکثر توان (VMPP or IMPP) به کمک الگوریتم‌های ردیابی نقطه حداکثر توان و تنظیم ولتاژ یا جریان خروجی پنل خورشیدی (در تغییرات دما و شدت نور) صورت می­گیرد.این کار برای ماکزیمم کردن توان خروجی پنل که در نهایت مقداری برابر با توان حداکثر تولیدی پنل باشد انجام می­پذیرد.
الگوریتم‌های مورد استفاده جهت ردیابی حداکثر توان را می‌توان به سه دسته ای، روش‌های مبتنی بر اغتشاش و مشاهده، روش‌های مبتنی بر امپدانس افزایشی و الگوریتم‌های مبتنی بر شبکه عصبی تقسیم کرد. همچنین الگوریتم‌های مختلف ردیابی نقطه حداکثر توان از دیدگاهی دیگر را می‌توان به دو دسته وابسته به مدل^[۱۹] و مستقل از مدل^[۲۰]دسته بندی کرد. روش‌های مبتنی بر شبکه عصبی که معمولاً با گذر زمان و تغییر مشخصه پنل خورشیدی نیازمند تنظیم مجدد می‌باشند غالباً جز دسته وابسته به مدل می‌باشند.
روش‌های مبتنی برمدل بر اساس داده های اولیه پنل خورشیدی، شدت نور، دما، ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه، سیگنال کنترلی را تخمین می‌زدند. در هنگام بهره برداری از سیستم، سیگنال کنترلی بر حسب زمان با فرض ثابت بودن شرایط جوی ثابت بوده و هیچ گونه محاسباتی برای اصلاح توان خروجی پنل انجام نمی‌شود. در روش‌های بدون مدل معمولاً مقادیر لحظه­ای متغیر­های پنل خورشیدی (ولتاژ و جریان) برای تولید سیگنال کنترلی استفاده می­ شود. در نتیجه سیگنال کنترلی این روش­های برخلاف روش‌هایمبتنی بر مدل مقدار ثابتی نبوده و در حالت پایدار نیز اطراف مقدار بهینه خود در حال نوسان می‌باشد.

۱-۲-۳روش ولتاژ مدار باز و روش جریان اتصال کوتاه

بررسی پنل خورشیدی نشان می‌دهد که بین جریان اتصال کوتاه و جریان حداکثر توان و همچنین بین ولتاژ مدار باز و ولتاژ حداکثر توان رابطه تقریباً خطی وجود دارد. روش جریان اتصال کوتاه و روش ولتاژ مدار باز بر اساس همین رابطه های خطی است. [۲۷]