توضیحات

پروژه متلب شبیه سازی سیستم هیبریدی مبدل های DC-DC باک و بوست و Cuk و SEPIC همراه آرایه فتوولتائیک و باتری

 

امروزه، تقاضای روزافزون برای انرژی الكتریكی، محدودیت انرژی‌های فسیلی و افزایش قیمت آنها علاوه بـر نگرانی‌های ناشی از آلودگی محیط‌زیست، توجه محققان را به بهره‌گیری از سیستم‌های قـدرت مبتنـی بـر منـابع انـرژی سـبز (انـرژی­هـای تجدیدپذیر و یا برگرفته از سوخت‌های پاک) معطوف كرده است. در مقایسه با نیروگاه‌های قدرت متمركز، این سیستم‌ها پایـدار در تولید، كوچك در اندازه و قابل نصب نزدیك به مراكز بار می‌باشند؛ بنابراین، سیستم‌های جدید انـرژی بایسـتی متكـی بـر تغییـرات ساختاری و بنیادی باشد كه در آن منابع انرژی بدون كربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمـین گرمـایی و كـربن خنثـی ماننـد انرژی بیوماس مورداستفاده قرار گیرند. بدون تردید انرژی‌های تجدیدپذیر باتوجه‌به سـادگی فـن آوری‌شان در مقابـل فناوری انرژی هسته‌ای ازیک‌طرف و نیز به دلیل عدم ایجاد مشكلاتی نظیر زباله‌های اتمی از طرف دیگـر، نقـش مهمـی در سیستم‌های جدید انرژی در جهان ایفا می‌کنند. از انواع انرژی های‌های سبز می‌توان انرژی خورشیدی، انرژی بادی و امواج، انرژی زمین گرمـایی و بیوماس و انرژی پیل سوختی را نام برد. انرژی خورشیدی در قالب سیستم‌های فتوولتائیك و انرژی بادی در قالـب توربین‌های بادی از مهم‌ترین این نوع انرژی‌ها می‌باشند.

انرژی خورشیدی در قالب سیستم‌های فتولتاییك، اولین‌بار برای كاربردهای فضایی ابداع شده بودند و بعـداً كـاربرد آنهـا به‌عنوان مبدل انرژی خورشیدی به الكتریكی در كره زمین متداول گردید. اگرچه انـرژی خورشـیدی هنـوز بـه میـزان كمـی از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نیست، ولی سال‌های اخیر كاهش چشمگیری در هزینه‌های بهره‌برداری آنهـا مشـاهده گردیـده اسـت انتظار می‌رود در آینده نیز با تحقیقات بیشتر، این كاهش قیمت ادامه یابد. این انرژی دارای مزایای مهمی همچـون نـاتمـام بـودن، عملكرد بدون صدا، نداشتن قسمت محرك و مكانیكی، سازگار با محیط‌زیست و عدم آلودگی می‌باشد. استفاده از این نـوع انرژی می‌تواند در جهت تأمین انرژی الكتریكی مصرف‌کنندگان شهری و مصرف‌کنندگانی كه به شـبكه توزیـع بـرق بـه علـت شـرایط جغرافیایی دسترسی ندارند، بسیار مقرون‌به‌صرفه و مشکل‌گشا واقع شود. اساساً این نـوع سیستم‌ها بـه دو صـورت متصـل و یا منفصل از شبكه قدرت بهره‌برداری می‌شود. سیستم‌های متصل به شبكه قدرت، به‌منظور تزریق توان آرایه‌های فتوولتائیـك به شبکه توزیع در ضریب توان واحد و در حد امكان كمك به افزایش كیفیت توان شبكه و بار متصل بـه آن بـه كـار می‌روند. این سیستم‌ها غالباً در سقف یا حیاط ساختمان‌های مسكونی و یا اداری نصب و استفاده می‌شوند.

سیستم‌های منفصـل از شـبكه برای تأمین انرژی الكتریكی بارهای به دور از شبكه توزیع و یا با هدف صرفه‌جویی در مصرف انرژی الكتریكی به طـور مسـتقل از شبکه توزیع بكار می‌روند. پمپ‌های آب صحرایی، شارژ کننده‌های باتری و آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی نمونه‌ای از این كاربردها می‌باشند.

انرژی باد از نوع انرژی جنبشی می‌باشد. به كمك یك توربین بادی می‌توان انرژی جنبشی باد را به الكتریسیته تبـدیل كـرد.

انرژی الكتریكی تولید شده توسط توربین بادی بین kW٣ تا  MW٣ است. بازده یك توربین بادی در حدود ٢٥ درصد است كـه باتوجه‌به تجدیدپذیر بودن آن این مقدار بازده رقم بالایی است. مزایای استفاده از این انرژی عدم نیاز توربین بادی به سوخت، تأمین بخشی از تقاضاهای انرژی برق، بازده قابل‌قبول، تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی، قدرت مـانور زیـاد در بهره‌برداری (از چند وات تا چندین مگاوات) ، عدم نیاز به آب و نداشتن آلودگی محیط‌زیست می‌باشد.

در ﺣﺎل ﺣﺎﺿﺮ ﻣﻨﺎﺑﻊ اﻧﺮژى ﻓﺴﻴﻠﻲ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ و اﺻﻠﻲﺗﺮﻳﻦ ﻣﻨﺎﺑﻊ ﺗﺄﻣﻴﻦﻛﻨﻨﺪه اﻧﺮژى ﺑﺸﺮ ﺗﻠﻘﻲ ﻣﻲﮔﺮدﻧﺪ. ﻣﺤﺪود ﺑﻮدن اﻳﻦ ﻣﻨﺎﺑﻊ، اﻓﺰاﻳﺶ ﺷﺪﻳﺪ ﻗﻴﻤﺖ آن و آﻟﻮدﮔﻲﻫﺎى ﺷﺪﻳﺪ زﻳﺴﺖ ﻣﺤﻴﻄﻲ، ﺑﺸﺮ را ﺑﻪ ﻓﻜﺮ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻨﻲ ﺑﺮاى ﺗﺄﻣﻴﻦ اﻧﺮژى اﻧﺪاﺧﺘﻪ اﺳﺖ ﻛﻪ ﻫﻴﭻ ﻛﺪام از ﻣﺸﻜﻼت ﻣﺬﻛﻮر را ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه ﻧﺪاﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ. در ﺣﺎل ﺣﺎﺿﺮ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﭘﻴﺮاﻣﻮن اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻨﺎﺑﻊ اﻧﺮژى ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﻓﺮاﻳﻨﺪ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻨﻲ اﻧﺮژىﻫﺎى ﻓﺴﻴﻠﻲ، ﺑﻪ ﺷﺪت در ﺣﺎل ﮔﺴﺘﺮش اﺳﺖ. اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﻧﻴﺰ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻳﻚ ﻣﻨﺒﻊ اﻧﺮژى ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ ﺑﻪ ﺷﻤﺎر ﻣﻲآﻳﺪ ﻛﻪ ﺗﻘﺮﻳﺒﺎً در ﺗﻤﺎم ﻧﻘﺎط ﻛﺮه زﻣﻴﻦ ﻗﺎﺑﻞ دﺳﺘﺮﺳﻲ اﺳﺖ. ﭘﻴﺶﺑﻴﻨﻲ ﺷﺪه اﺳﺖ ﻛﻪ ﻣﻴﺰان ﺗﺄﻣﻴﻦ اﻧﺮژى از ﻣﻨﺎﺑﻊ ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ ﻧﻈﻴﺮ ﺑﺎد، ﺧﻮرﺷﻴﺪ، ﮔﺮﻣﺎى زﻣﻴﻦ و …از ٢٨/٣٦ ﮔﻴﮕﺎوات در ﺳﺎل ٢٠٠٢ ﺑﻪ ١٢/٢١٤ ﮔﻴﮕﺎوات در ﺳﺎل ٢٠٣٠ ﺑﺮﺳﺪ. در ﺷﻜﻞ زیر ﻣﻴﺰان ﺳﻬﻢ ﻫﺮﻳﻚ از ﻣﻨﺎﺑﻊ ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ در ﺗﺄﻣﻴﻦ اﻧﺮژى در ﺳﺎلﻫﺎى ٢٠٠٢ و ٢٠٣٠ ﺑﺎﻫﻢ ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻫﻤﺎﻧﮕﻮﻧﻪ ﻛﻪ ﻣﺸﺎﻫﺪه ﻣﻲﺷﻮد ﻣﻴﺰان ﺗﻮﻟﻴﺪ اﻧﺮژى از ﺧﻮرﺷﻴﺪ در ﺳﺎل ٢٠٣٠ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺳﺎل ٢٠٠٢ ﺗﻘﺮﻳﺒﺎً ١٢٠ ﺑﺮاﺑﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ.

 

شکل میزان تولید انرژی های پاک سال تصویر بالا ) سال 2002، تصویر پایین) پیش بینی تولید در سال 2030.

ﺟﺪول زیر رﺷﺪ اﺳﺘﻔﺎده از ﺳﻠﻮلﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ در ﭼﻨﺪ ﻛﺸﻮر ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻳﺎﻓﺘﻪ را ﻧﺸﺎن ﻣﻲدﻫﺪ.

در ﺣﺎل ﺣﺎﺿﺮ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ رﻳﺰىﻫﺎى ﮔﺴﺘﺮدهاى ﺟﻬﺖ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻨﻲ ﻣﻨﺎﺑﻊ اﻧﺮژى ﻓﺴﻴﻠﻲ ﺑﺎ ﻣﻨﺎﺑﻊ اﻧﺮژى ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ وﺟﻮد دارد ﻛﻪ ﻳﻜﻲ از ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ اﻳﻦ ﻣﻨﺎﺑﻊ، اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﻣﻨﺒﻊ اﺻﻠﻲ ﺗﺄﻣﻴﻦﻛﻨﻨﺪه ﺳﺎﻳﺮ اﻧﺮژىﻫﺎ اﺳﺖ. از اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﺑﺮاى ﻣﺼﺎرف ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﻣﻲﺗﻮان اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﻮد. ﻳﻜﻲ از ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎى اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺑﺮق ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺑﺮق ﺑﻪ دو روش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ و ﻏﻴﺮﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺻﻮرت ﻣﻲﭘﺬﻳﺮد. در روش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﻛﻪ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺳﻠﻮلﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺻﻮرت ﻣﻲﭘﺬﻳﺮد اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪ ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺑﻌﺪ از ﺑﺮﺧﻮرد ﺑﻪ ﺳﻠﻮلﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺑﻪ اﻧﺮژى اﻟﻜﺘﺮﻳﺴﻴﺘﻪ ﻣﻲﺷﻮد وﻟﻲ در روش ﻏﻴﺮ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ اﺑﺘﺪا اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺑﻪ اﻧﺮژى ﮔﺮﻣﺎﻳﻲ ﺷﺪه و ﺳﭙﺲ اﻧﺮژى ﮔﺮﻣﺎﻳﻲ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺑﻪ اﻧﺮژى اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﻣﻲﺷﻮد.

ﻧﻴﺮوﮔﺎهﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ روش ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺑﺮق ﻣﻲﻧﻤﺎﻳﻨﺪ ﺑﻪ ﻧﻴﺮوﮔﺎهﻫﺎى ﮔﺮﻣﺎﻳﻲ ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﻣﻮﺳﻮم ﺑﻮده ﻛﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از:

• ﻧﻴﺮوﮔﺎه ﻛﻠﻜﺘﻮر ﺳﻬﻤﻮى ﺧﻄﻲ
• ﻧﻴﺮوﮔﺎه درﻳﺎﻓﺖ ﻛﻨﻨﺪهﻫﺎى ﻣﺮﻛﺰى(ﺑﺮج ﺧﻮرﺷﻴﺪى)
• ﻧﻴﺮوﮔﺎه ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﺑﺸﻘﺎﺑﻲ – اﺳﺘﺮلینگ.

ﻧﻴﺮوﮔﺎهﻫﺎى دودﻛﺶ ﺧﻮرﺷﻴﺪى و اﺳﺘﺨﺮ ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﻧﻴﺰ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻏﻴﺮﻣﺴﺘﻘﻴﻢ اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪ را ﺑﻪ اﻧﺮژى اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ.

اﺳﺘﻔﺎده از ﺳﻠﻮلﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺟﻬﺖ ﺗﺎﻣﻴﻦ ﺑﺮق ﺑﻪ ﺟﺎى اﺳﺘﻔﺎده از ﺑﺮق ﺣﺎﺻﻞ از ﺳﻮﺧﺖﻫﺎى ﻓﺴﻴﻠﻲ، در دﻫﻪﻫﺎى اﺧﻴﺮ ﺑﻪ ﺷﺪت ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. ﺑﻪ ﮔﻮﻧﻪاى ﻛﻪ اﻛﺜﺮ ﻛﺸﻮرﻫﺎى ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻳﺎﻓﺘﻪ ﺳﻴﺎﺳﺖ اﺻﻠﻲ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺑﺮق ﭘﺎك ﺧﻮد را ﺑﺮ ﻫﻤﻴﻦ اﺳﺎس ﺗﻨﻈﻴﻢ و ﺗﺪوﻳﻦ ﻛﺮده اﻧﺪ. اﻣﺮوزه ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﻫﺎى ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎدى در ﺟﻬﺖ ﺳﺎﺧﺖ و ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻧﻴﺮوﮔﺎهﻫﺎى ﺧﻮرﺷﻴﺪى (و ﺳﺎﻳﺮ ﻧﻴﺮوﮔﺎه ﻫﺎى ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ) ﺗﻬﻴﻪ و در ﺣﺎل اﺟﺮا ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺜﺎل ﻛﺸﻮرﻫﺎى ﻋﻀﻮ اﺗﺤﺎدﻳﻪ اروﭘﺎ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ رﻳﺰى ﺟﻬﺖ ﺗﺄﻣﻴﻦ اﻧﺮژى اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز ﺧﻮد را ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از اﻧﺮژىﻫﺎى ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ ﺑﻪ ﺧﺼﻮص اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى آﻏﺎز ﻧﻤﻮده اﻧﺪ.

ﻣﺼﺮف اﻧﺮژى در اﻳﺮان ﻧﻴﺰ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺳﺎﻳﺮ ﻧﻘﺎط ﺟﻬﺎن ﺳﺎل ﺑﻪ ﺳﺎل اﻓﺰاﻳﺶ داﺷﺘﻪ و ﻣﺘﺄﺳﻔﺎﻧﻪ ﺑﺮ ﺧﻼف ﺑﺴﻴﺎرى از ﻛﺸﻮرﻫﺎى ﺟﻬﺎن روﻧﺪ اﻓﺰاﻳﺶ و ﻧﻮع ﻣﺼﺮف اﻧﺮژى از اﻟﮕﻮى ﻣﻨﺎﺳﺒﻲ ﺑﺮﺧﻮردار ﻧﻤﻲﺑﺎﺷﺪ. در ﺟﺪول زیر ﻣﻴﺰان ﻣﺼﺮف اﻧﺮژى در ﺑﺨﺶﻫﺎى ﻣﺨﺘﻠﻒ از ﺳﺎل ١٩٧٦ اﻟﻲ ٢٠٠٦ ﻣﻴﻼدى آورده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻫﻤﺎﻧﻄﻮر ﻛﻪ از اﻳﻦ ﺟﺪول ﻣﻼﺣﻈﻪ ﻣﻲﺷﻮد، ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ ﻣﻴﺰان ﻣﺼﺮف اﻧﺮژى در اﻳﺮان ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺑﺨﺶ ﺧﺎﻧﮕﻲ و ﺗﺠﺎرى ﺑﻮده و ﺑﺮ ﺧﻼف آﻣﺎر ﺟﻬﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﺑﺨﺶ ﺻﻨﻌﺖ رﺗﺒﻪ اول را دارا ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ، اﻳﻦ ﺑﺨﺶ در اﻳﺮان ﺑﻌﺪ از ﻣﺼﺎرف ﺧﺎﻧﮕﻲ و ﺣﻤﻞ و ﻧﻘﻞ ﻗﺮار دارد. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ ﺑﺎﻻى اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى و ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎد اﺳﺘﻔﺎده از آن در ﻣﺼﺎرف ﺧﺎﻧﮕﻲ ﻣﻲﺗﻮان ﺑﺎ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻨﻲ اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى از اﻧﺮژى ﻓﺴﻴﻠﻲ در ﺟﻬﺖ ﺑﻬﺘﺮى اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮد.

 

جدول-میزان مصرف انرژی در ایران در بخش های مختلف و پیش بینی در سال 2021 (برحسب گیگاوات).

ﻛﺸﻮر اﻳﺮان در ﺑﻴﻦ ﻣﺪارﻫﺎى ٢٥ ﺗﺎ ٤٠ درﺟﻪ ﻋﺮض ﺷﻤﺎﻟﻲ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ و در ﻣﻨﻄﻘﻪاى واﻗﻊ ﺷﺪه ﻛﻪ ﺑﻪ ﻟﺤﺎظ درﻳﺎﻓﺖ اﻧﺮژى ﺧﻮرﺷﻴﺪى در ﺑﻴﻦ ﻧﻘﺎط ﺟﻬﺎن در ﺑﺎﻻﺗﺮﻳﻦ ردهﻫﺎ ﻗﺮار دارد. ﻣﻴﺰان ﺗﺎﺑﺶ ﺧﻮرﺷﻴﺪى در اﻳﺮان ﺑﻴﻦ ١٨٠٠ ﺗﺎ ٢٢٠٠ ﻛﻴﻠﻮوات ﺳﺎﻋﺖ ﺑﺮ ﻣﺘﺮﻣﺮﺑﻊ در ﺳﺎل ﺗﺨﻤﻴﻦ زده ﺷﺪه اﺳﺖ ﻛﻪ اﻟﺒﺘﻪ ﺑﺎﻻﺗﺮ از ﻣﻴﺰان ﻣﺘﻮﺳﻂ ﺟﻬﺎﻧﻲ اﺳﺖ. در اﻳﺮان ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﺘﻮﺳﻂ ﺳﺎﻟﻴﺎﻧﻪ ﺑﻴﺶ از ٢٨٠ روزآﻓﺘﺎﺑﻲ ﮔﺰارش ﺷﺪه اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺴﻴﺎر ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻪ اﺳﺖ.

سیستم های هیبرید انرژی الکتریکی منابع تجدیدپذیر:

تولید اکثر انرژی های تجدیدپذیر نظیر باد و خورشید به شرایط محیطی در شبانه روز و فصل سال بستگی دارد. بنابراین در تولیدات پراکنده ای که منبع اصلی انرژی، این نوع منابع می باشند، نوسان انرژی خروجی آنها با تغییر شرایط آب و هوایی به عنوان مهمترین مشکل مطرح می باشد. در سال های اخیر برای رفع این مشکل، از روش ترکیب این منابع با دیگر منابع انرژی برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم استفاده شده است. در این گونه سیستم ها، به یک عنصر ذخیره کننده انرژی به منظور جلوگیری ازکاهش و یا وقفه های کوتاه مدت در تولید توان نیز نیاز می باشد. این نوع استفاده از منابع انرژی را سیستم های هیبرید انرژی الکتریکی می گویند. در جهت ساخت یک سیستم هیبرید، ترکیب های مختلفی از منابع انرژی تجدیدپذیر به همراه تجهیز ذخیره کننده انرژی را می توان در نظر گرفت. مهمترین این ترکیب ها به صورت مجزا و یا وصل به شبکه، در مقالات متعدد آورده شده است. در زیر به تعدادی از آنها اشاره می شود.

1- Wind/PV/FC/Battery

2-PV/battery

3-PV/FC

4- PV/FC/Battery

5- Wind/FC

6- Wind/Diesel system

7- Wind/PV/Battery

8- PV/Diesel

9-PV/Wind/ Diesel

باتوجه به سیستم های هیبرید ممکن بالا، می­توان دریافت که در سیستم های هیبریدی بالا منبع اصلی انرژی، Wind PV و یا هر دو هستند. به دلیل طبیعت متناوب این نوع منابع در تولید انرژی، سیستم های انرژی شامل این نوع منابع، بایستی به عناصر ذخیره کننده انرژی و یا شکل دیگری از تولید مجهز باشد. عنصر ذخیره­ کننده می تواند یک باتری پشتیبان، یک بانک ابرخازنی، SMES و یا پیل سوختی (FC) باشد.

به طور کلی، سیستم های انرژی نو به دو صورت مستقل و یا متصل به شبکه مورد استفاده قرار می گیرند، که در ادامه توضیح داده می شوند.

سیستم های مستقل از شبکه (Stand Alone)

غالب استفاده از سیستم های انرژی نو به صوت مجزا و مستقل از شبکه است. در این سیستم ها، هدف، تغذیه بارهای حساس دور از شبکه می باشد که مسلما مستلزم بهره گیری از عناصر ذخیره کننده انرژی برای جبران تغییرات طبیعی توان منابع می باشد. موتورهای الکتریکی، پمپ های آب، فن های تهویه، سیستم های تغذیه و روشنایی تونل ها، معدن ها و انبارها می توانند توسط سیستم های مستقل از شبکه تغذیه گردند. در این نوع سیستم ها نسبت به حالت متصل به شبکه، به دلیل عدم نیاز به سنکرون سازی، مدیریت ساده توان و مشکلات حفاظتی کمتر، کنترل توان ساده تر انجام می پذیرد.

سیستم های متصل به شبکه( Grid Connected)

در حالت متصل به شبکه، انرژی منابع توان در سیستم هیبرید به مجموعه شبکه و بار تحویل داده می شود. در این حالت علاوه بر تزریق توان اکتیو، سیستم هیبرید می تواند جهت تزریق توان راکتیو و پشتیبانی ولتاژ شبکه نیز به کار گرفته شود. اصولا در این سیستم ها بکارگیری عنصر ذخیره کننده توجیه مفیدی پیدا نمی کند. علت آن این است که به لحاظ پخش توان، خود شبکه عملکردی مشابه عنصر ذخیره کننده در تأمین کمبود تولید منابع اصلی نسبت به بار را ایفا خواهد کرد، از طرف دیگر در مقایسه با عنصر ذخیره کننده انرژی، چنین بهره­برداری از شبکه قدرت موجب کاهش هزینه، تلفات، حجم و توجهات در نگهداری و تعمیر این سیستم ها را در پی خواهد داشت. استفاده همزمان باتری و شبکه در سیستم های هیبرید در مواردی جهت افزایش قابلیت اطمینان سیستم هیبرید توجیه می­شود. در این چنین سیستم های در حالت طبیعی از باتری هیچ استفاده ای به عمل نمی آید ولی به هنگام قطع تصادفی شبکه، باتری پشتیبان برای حفظ ولتاژ بار سریعا به مدار اضافه می­شود. به هر حال، در این گونه سیستم ها نیز ظرفیت سیستم ذخیره کننده انرژی به علت حضور شبکه به عنوان یک پشتیبان توان می تواند کوچکتر انتخاب گردد.

باتري:

باتري ها، مولدهايي هستند كه انرژي شيميايي را تبديل به انرژي الكتريكي مي­كنند. باتري ها معمولاً از كنـار هـم قـرار دادن حداقل دو صفحه فلزي(يا آلياژي) متفاوت در داخل يك محلول شيميايي بوجود مي آيند. يكـي از ايـن دو صـفحه داراي خاصـيت الكترون دهي بيشتر (مثبت يا آند) و ديگري داراي خاصيت الكترون گيري بيشتر(منفي يا كاتد) مي باشد. محلول شيميايي كه باعـث  ايجاد ارتباط بين اين دو صفحه مي گردد، الكتروليت ناميده مي شود.

دسته­ بندی باتری ­ها:

باتري ها را به دو روش مختلف دسته بندي مي كنند؛ از نظر حالت الكتروليت، و از نظر جـنس الكتروليـت و صـفحات. از نظـرحالت الكتروليت، باتري ها به دو نوع خشك و تر تقسيم بندي مي شوند. الكتروليت باتري هاي خشك (dry) ، جامد مي باشـند ماننـد باتري هاي قلمي، اما باتري هاي تر (wet) داراي الكتروليت مايع مي باشند مثل باتري مورد استفاده در خودروها (امروزه نوعي باتري به بازار ارائه شده كه الكتروليت آن نه كاملاً جامد مانند باتري قلمي و نه مايع مانند باتري هاي متداول خودروها مي باشد)، الكتروليت اين باتري ها مانند ژل مي باشند. اين باتري ها، باتري هاي با مراقبت كـم  (free-maintenance) يـا  (low-maintenance)  ناميـده مي شوند. البته شايد بتوان آنها را در دسته باتري هاي خشك قرار داد. از نظر جنس الكتروليت و صفحات، باتري ها به انواع سـربي – اسيدي (Lead-acid)، نيكل- كادميوم (Nickel-cadmium)، هوا- روي (zinc-air)،  و آلكالاين (alkaline) تقسيم بنـدي مـي شوند.

باتري هاي سربي- اسيدي به دلايلي از جمله اينكه اولاً هزينه ساخت آنها كمتر از انواع ديگر است و ثانيـاً  محـدوده دمـايي مناسب براي بهترين كارايي آنها نسبت به ساير باتري ها گسترده تر است و آمپر و ولتاژ آنها  نيـز در آن محـدوده دمـايي، مناسـب مي باشند، در سيستم هاي قدرت مورد استفاده قرار مي گيرند.

ﺑﺎﺗﺮيﻫﺎي ﺳﺮﺑﻲ- اﺳﻴﺪي (Lead-acid battery):

در ﺑﺎﺗﺮيﻫﺎي ﺳﺮﺑﻲ- اﺳﻴﺪي، ﺻﻔﺤﻪ ﻣﺜﺒﺖ از ﺟﻨﺲ دياﻛﺴﻴﺪﺳﺮب (ﺑﻪ آن ﭘﺮاﻛﺴﻴﺪﺳﺮب ﻧﻴﺰ ﻣﻲﮔﻮﻳﻨـﺪ (_٢((PbO و ﺻـﻔﺤﻪ ﻣﻨﻔﻲ از ﺟﻨﺲ ﺳﺮب (Pb) ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴﺖ اﻳﻦ ﻧﻮع ﺑﺎﺗﺮي از ﻧﻮع اﺳﻴﺪﺳﻮﻟﻔﻮرﻳﻚ رﻗﻴﻖ ﺷـﺪه ﺑـﺎ آب O)_٢+H_٤SO_٢(H ﻣﻴﺒﺎﺷـﺪ.

ﺗﺼﺎوﻳﺮ زﻳﺮ ﺑﻄﻮر ﺧﻼﺻﻪ ﻋﻤﻠﻜﺮد ﺑﺎﺗﺮي را در زﻣﺎنﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺸﺎن ﻣﻲدﻫﺪ.

ﺣﺎﻟﺖ دﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي:

ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﻜﻞ زیر در ﺣﺎﻟﺖ دﺷﺎرژ، _٢O از _٢PbO و _٢H از _٤SO_٢H ﺟﺪا ﻣﻲﮔﺮدد. ﺳﭙﺲ _٢O ﺑﺎ _٢H٢ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺷﺪه و O_٢H٢ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﻲﺷﻮد و Pb ﺻﻔﺤﺎت ﻣﺜﺒﺖ و ﻣﻨﻔﻲ ﺑﺎ _٤SO ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺷﺪه و _٤PbSO ﻣﻲدﻫﺪ. در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺻﻔﺤﺎت ﻣﺜﺒﺖ و ﻣﻨﻔﻲ ﻫـﺮ دو ﺗﺒـﺪﻳﻞ ﺑﻪ _٤PbSO ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ و اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴﺖ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺑﻪ آب O)_٢(H ﻣﻲﺷﻮد.

شکل حالت دشارژ باتری.

 

ﺣﺎﻟﺖ ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي:

ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﻜﻞ زیر در ﺣﺎﻟﺖ ﺷﺎرژ، _٤PbSO ﺻﻔﺤﺎت ﻣﺜﺒﺖ و ﻣﻨﻔﻲ ﺑﻪ Pb ﺑﺎ دو ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ و _٤SO ﺑﺎ دو ﺑـﺎر ﻣﻨﻔـﻲ ﺗﺠﺰﻳـﻪ ﺷﺪه و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ O_٢H ﺑﻪ H٢ ﺑﺎ ﺑﺎر ﻣﺜﺒﺖ و O ﺑﺎ دو ﺑﺎر ﻣﻨﻔﻲ ﺗﺠﺰﻳﻪ ﻣﻲﺷﻮد. ﺳﭙﺲ Pb ﺻﻔﺤﻪ ﻣﺜﺒﺖ ﺑـﺎ دو ﺗـﺎ O ﺗﺮﻛﻴـﺐ ﺷـﺪه و_٢PbO ﻣﻲدﻫﺪ و _٤SO ﺻﻔﺤﺎت ﻣﺜﺒﺖ و ﻣﻨﻔﻲ ﺑﺎ H٢ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺷﺪه و ﺗﺸﻜﻴﻞ _٤SO_٢H را ﻣﻲدﻫﺪ.

ﺷﻜﻞ ﺣﺎﻟﺖ ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي.

 

ﻣﺪﻟﺴﺎزي ﺑﺎﺗﺮي ﺳﺮﺑﻲ- اﺳﻴﺪي:

ﺑﺎﺗﺮي ﺑﺎ ﻋﻤﻠﻜﺮد ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﺑﻴﻦ اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴﺖ و اﻟﻜﺘﺮودﻫﺎ، ﺷﺎرژ و دﺷﺎرژ ﻣﻲﺷﻮد. زﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﻏﻠﻈـﺖ اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴـﺖ ﻣﺘـﻮازن ﺑﺎﺷـﺪ، ﺣﺎﻟﺖ وﻟﺘﺎژ ﻣﺪار ﺑﺎز (OCV) ﺑﺮاي ﺑﺎﺗﺮي ﭘﺪﻳﺪ ﻣﻲآﻳﺪ. در ﺣﺎﻟﺖ OCV، زﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﺑﺎﺗﺮي ﺷﺎرژ ﻳﺎ دﺷـﺎرژ ﻣـﻲﺷـﻮد، overpotential ﺑﺮاي ﺑﺎﺗﺮي ﻣﺸﺎﻫﺪه ﻣﻲﺷﻮد. اﻳﻦ overpotential ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺎ ﻳـﻚ اﻣﭙـﺪاﻧﺲ ﻛـﻪ ﻣﺘﺸـﻜﻞ از ﻣﻘﺎوﻣـﺖ ﻣﻌـﺎدل ﺳـﺮي و ﻣﺸﺨﺼـﻪ اﻣﭙﺪاﻧﺴﻲ ﻻﻳﻪ double و ﻻﻳﻪ اﻧﺘﺸﺎر ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ، ﻣﺪﻟﺴﺎزي ﺷﻮد. ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻌﺎدل ﺳﺮي، ﻧﺸﺎندﻫﻨﺪه ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﻴﻦ اﻟﻜﺘﺮود و اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴﺖ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﻻﻳﻪ double ﻣﺘﺸﻜﻞ از ﺧﺎزن ﻻﻳﻪ double و ﻣﻘﺎوﻣﺖ اﻧﺘﻘﺎل ﺷﺎرژ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺧﺎزن ﻻﻳﻪ double ﺑـﻪدﻟﻴـﻞ ﺗﻮزﻳـﻊ ﺷـﺎرژ ﻣﺎﺑﻴﻦ اﻟﻜﺘﺮود و اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴﺖ، و ﻣﻘﺎوﻣﺖ اﻧﺘﻘﺎل ﺷﺎرژ ﺑﻪدﻟﻴﻞ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺷﺎرژ اﻧﺘﻘﺎﻟﻲ ﺑﻴﻦ اﻟﻜﺘﺮود و اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴﺖ ﺑﻪوﺟﻮد ﻣﻲآﻳـﺪ. ﺑﻌـﻼوه، ﻻﻳﻪ اﻧﺘﺸﺎر، ﺑﻪدﻟﻴﻞ درﺟﻪ ﺗﻤﺮﻛﺰ اﻟﻜﺘﺮوﻟﻴﺖ ﻧﺰدﻳﻚ اﻟﻜﺘﺮودﻫﺎ ﺑﻪوﺟﻮد ﻣﻲآﻳﺪ. ﺷﻜﻞ زیر ﻣﺪل ﻣﻌﺎدل ﺑﺎﺗﺮي را ﻛﻪ ﺷـﺎﻣﻞ OCV و اﻣﭙﺪاﻧﺲ overpotential اﺳﺖ، ﻧﺸﺎن ﻣﻲدﻫﺪ.

ﺷﻜﻞ ﻣﺪار ﻣﻌﺎدل ﺑﺎﺗﺮي.

 

در اﻳﻦ ﻣﺪل، V_OCV وﻟﺘﺎژ ﻣﺪار ﺑﺎز ﺑﺎﺗﺮي را ﻧﺸﺎن ﻣﻲدﻫﺪ و R_S ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻌﺎدل ﺳﺮي ﻣﻲﺑﺎﺷـﺪ. اﻣﭙـﺪاﻧﺲ (Z) overpotential ﻧﺸﺎن دﻫﻨﺪه ﺧﺎﺻﻴﺖ ﻻﻳﻪ اﻧﺘﺸﺎر و ﻻﻳﻪ double ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. اﻳﻦ اﻣﭙﺪاﻧﺲ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺗﻮﺳﻂ دو ﻳﺎ ﺳﻪ ﻣﺪار ﻣﻮازي R-C ﻣﺪﻟﺴﺎزي ﺷود، اﻣﺎ در اﻳﻦ ﭘﺎﻳﺎنﻧﺎﻣﻪ ﺑﻪﻣﻨﻈﻮر ﻛﺎﻫﺶ در ﺗﻌﺪاد ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ، ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﻣﺪار R-C ﻣﻮازي ﻣﺪﻟﺴﺎزي ﺷﺪه اﺳﺖ.

ﺣﺎﻟﺖ ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي (SOC)

ﺣﺎﻟﺖ ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي (SOC) ﻳﻚ اﺳﺘﺮاﺗﮋي ﻛﻨﺘﺮﻟﻲ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺑﻪﻣﻨﻈﻮر ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﺪ ﻋﻤﻠﻜﺮد ﺑﺎﺗﺮي و ﺗﻨﻈﻴﻢ وﻟﺘﺎژ ﺑـﺎﺗﺮي در ﻳـﻚ رﻧﺞ ﻣﻴﻨﻴﻤﻢ و ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ V_Batt.Min<V_Batt <V_Batt.Max، ﺑﻪﻛﺎر ﮔﺮﻓﺘﻪ ﻣﻲﺷﻮد. ﻣﻄﺎﺑﻖ رﮔﻮﻻﺳﻴﻮن SOC ﺑﺎﺗﺮي، زﻣـﺎﻧﻲ ﻛـﻪ وﻟﺘـﺎژ ﺑﺎﺗﺮي از ﻣﻘﺪار V_Batt.Min ﻛﻤﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ، ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز اﺳﺖ. در اﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ، اﮔﺮ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺗﻮاﻧﺎﻳﻲ ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي را داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ، ﺷـﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي آﻏﺎز ﻣﻲﺷﻮد. ﻣﻴﺰان ﺗﻮان ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي واﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﻣﻴﺰان ﻇﺮﻓﻴﺖ ﺑﺎﺗﺮي ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ (C_B) ﻛـﻪ ﺑـﺎ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑـﻪ ﻛﺘـﺐ ﺑـﺎﺗﺮي ﺳـﺮﺑﻲ-اﺳﻴﺪي، ﻣﻌﻤﻮﻻَ ﻛﻤﺘﺮ از C_BV_B . در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﻣﻲﺷﻮد. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ، زﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ وﻟﺘﺎژ ﺑﺎﺗﺮي ﺑﻴﺸﺘﺮ از V_Batt.Min ﺑﺎﺷﺪ، ﺑﺎﺗﺮي ﻣـﻲﺗﻮاﻧـﺪ دﺷﺎرژ ﺷﻮد. اﻟﺒﺘﻪ ﺑﺎﻳﺴﺘﻲ ﺑﻪ اﻳﻦ ﻧﻜﺘﻪ ﺗﻮﺟﻪ داﺷﺖ ﻛﻪ ﻟﺰوم دﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي در ﺳﻴﺴﺘﻢ، ﺗﻮﺳﻂ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻛﻨﺘﺮﻟﻲ و اﻟﮕﻮرﻳﺘﻢ ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﺗـﻮان اﻋﻼم ﻣﻲﺷﻮد و ﺷﺮط V_Batt›V_Batt.Min ﺗﻨﻬﺎ، ﺷﺮط ﻻزم ﺑﺮاي دﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮي ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺎ اﻳﻦ اﺳﺘﺮاﺗﮋي ﻛﻨﺘﺮﻟﻲ زﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﺑﺎﺗﺮي ﺗﻮاﻧﺎﻳﻲ ﺷﺎرژ و دﺷﺎرژ دارد، ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲﺷﻮد.

ﺳﭙﺲ ﺑﺨﺶ ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﺗـﻮان ﺑـﺎ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑـﻪ ﻣﻴﺰان ﺑﺎر درﺧﻮاﺳﺘﻲ از ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﻴﺒﺮﻳﺪ، ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﺗﻮان ﻗﺎﺑﻞ اﺳﺘﺤﺼﺎل ﺗﻮﺳﻂ اﻟﮕﻮرﻳﺘﻢ MPPT از PV، و ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﺗـﻮان ﻗﺎﺑـﻞ اﻧﺘﻘـﺎل FC، ﻧﻘﻄﻪ ﻛﺎر ﺳﻴﺴﺘﻢ را ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺑﺎ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻧﻘﻄﻪ ﻛﺎر ﺳﻴﺴﺘﻢ و ﺗﻮان ﺧﺮوﺟﻲ ﻫﺮ ﻣﻨﺒﻊ ﺗﻮﺳﻂ اﻟﮕﻮرﻳﺘﻢ ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﺗـﻮان، ﺳﻴﺴـﺘﻢ ﻛﻨﺘﺮﻟﻲ ﺑﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﺒﺪلﻫﺎي اﻟﻜﺘﺮوﻧﻴﻚ ﻗﺪرت، اﻫﺪاف ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﺗﻮان و ﻛﻨﺘﺮﻟﻲ ﺳﻴﺴﺘﻢ را ﺗﺤﻘﻖ ﻣﻲﺑﺨﺸﺪ.

ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎى ﺑﺮق ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴک:

ﺑﻪ ﭘﺪﻳﺪهﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ در اﺛﺮ آن و ﺑﺪون اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻜﺎﻧﻴﺰمﻫﺎى ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ، اﻧﺮژى ﺗﺎﺑﺸﻲ ﺑﻪ اﻧﺮژى اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺷﻮد ﭘﺪﻳﺪه ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲﺷﻮد. اﻳﻦ ﭘﺪﻳﺪه ﺑﺮ ﻓﺮﺿﻴﻪ ذرهاى ﺑﻮدن اﻧﺮژى ﺗﺎﺑﺸﻲ ﺑﻨﺎ ﻧﻬﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻫﺮ ﺳﻴﺴﺘﻤﻲ ﻧﻴﺰ ﻛﻪ از اﻳﻦ ﺧﺎﺻﻴﺖ اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﺎﻳﺪ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﻧﺎم دارد. ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ از ﺳﻪ ﺑﺨﺶ اﺻﻠﻲ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﺷﺪه اﻧﺪ:

• ﻣﺎژول ﻳﺎ ﭘﻨﻞﻫﺎى ﺧورﺷﻴﺪى
• ﻗﺴﻤﺖ واﺳﻄﻪ ﻳﺎ ﺑﺨﺶ ﺗﻮان ﻣﻄﻠﻮب
• ﻣﺼﺮفﻛﻨﻨﺪه (ﺑﺎر اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ)، ﻛﻠﻴﻪ ﻣﺼﺮفﻛﻨﻨﺪﮔﺎن اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ اﻋﻢ از ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ و ﻣﺘﻨﺎوب (AC, DC) را ﻣﺘﻨﺎﺳﺐ ﺑﺎ ﻣﻴﺰان ﻣﺼﺮف ﺷﺎﻣﻞ ﻣﻲﮔﺮدد.

ﺳﺎﺧﺘﺎر ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ:

ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﻜﻞﻫﺎى زیر دو ﺳﺎﺧﺘﺎر اﺻﻠﻲ در ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ وﺟﻮد دارد ﻛﻪ ﺷﺎﻣﻞ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﺴﺘﻘﻞ و ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﻫﻤﺎﻧﻄﻮر ﻛﻪ از ﻧﺎم ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﺴﺘﻘﻞ ﺑﺮ ﻣﻲآﻳﺪ، اﻳﻦ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻏﻴﺮ واﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﻫﺮ ﻣﻨﺒﻊ ﻗﺪرت دﻳﮕﺮى ﻋﻤﻞ ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﺴﺘﻘﻞ از ﺷﺒﻜﻪ ﻣﻌﻤﻮلاً ﺑﺮق ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز ﺑﺎرﻫﺎى ﻣﺸﺨﺺ را ﺗﺄﻣﻴﻦ ﻣﻲﻛﻨﺪ. اﻳﻦ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻛﻪ ﺷﺎﻣﻞ ﺗﺄﺳﻴﺴﺎت ذﺧﻴﺮه ﺳﺎزى ﻣﺜﻞ ﺑﺎﺗﺮى ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ اﻣﻜﺎن ﺑﺮق رﺳﺎﻧﻲ در ﺷﺐ و ﻳﺎ در ﻣﻮاﻗﻌﻲ ﻛﻪ ﺗﺎﺑﺶ آﻓﺘﺎب ﺿﻌﻴﻒ اﺳﺖ را ﻓﺮاﻫﻢ ﻣﻲﻛﻨﺪ. در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﻮازى ﺑﺎ ﺷﺒﻜﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﻮازى ﺑﺎ ﺷﺒﻜﻪ ﺗﻮزﻳﻊ ﺑﺮق ﻋﻤﻞ ﻣﻲﻛﻨﺪ. اﻳﻦ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ اﻧﺮژى اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ را ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ ﺗﺰرﻳﻖ و ﻳﺎ ﺑﺎرﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ ﻣﺘﺼﻞ ﻫﺴﺘﻨﺪ را ﺗﻐﺬﻳﻪ ﻧﻤﺎﻳﺪ.

 

 

 

ﺷﻜﻞ دﻳﺎﮔﺮام ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﺴﺘﻘﻞ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ.

 

ﺷﻜﻞ دﻳﺎﮔﺮام ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ.

ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﻣﻲﺗﻮان ﺑﺮاى ﺑﺎﻻﺑﺮدن ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ اﻃﻤﻴﻨﺎن ﺷﺒﻜﻪ از دﻳﺰل ژﻧﺮاﺗﻮر ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﺳﻴﺴﺘﻢ ﭘﺸﺘﻴﺒﺎن و ﻳﺎ از ژﻧﺮاﺗﻮر ﺑﺎدى اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﻮد. اﻳﻦ ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎ ﺑﻪ ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎى ﻫﻴﺒﺮﻳﺪ ﻣﻌﺮوﻓﻨﺪ. ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎى ﻫﻴﺒﺮﻳﺪى ﻣﻲﺗﻮاﻧﻨﺪ در ﻫﺮ دو ﺣﺎﻟﺖ ﻣﺴﺘﻘﻞ و ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ ﻋﻤﻞ ﻛﻨﻨﺪ اﻣﺎ در ﺣﺎﻟﺖ اول راﻳﺞﺗﺮ اﺳﺖ.

ﺷﻜﻞ دﻳﺎﮔﺮام ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﻴﺒﺮﻳﺪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ و ژﻧﺮاﺗﻮر ﭘﺸﺘﻴﺒﺎن.

 

اﺟﺰاى ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴک:

اﺟﺰاى اﺻﻠﻲ ﺗﺸﻜﻴﻞدﻫﻨﺪه ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ آراﻳﻪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ(ﺷﺎﻣﻞ ﻣﺎژولﻫﺎ، اﺗﺼﺎﻻت آن و ﺳﺎزه و اﺳﻜﻠﺖ ﻧﺼﺐ)، ﺗﺠﻬﻴﺰات ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻮان، ﺗﺠﻬﻴﺰات ذﺧﻴﺮهﺳﺎزى و ﻣﺼﺮفﻛﻨﻨﺪه ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺎر اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ (ﻣﺼﺮف ﻛﻨﻨﺪه) در ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﺴﺘﻘﻞ ﺑﺴﻴﺎر ﻣﻬﻢ اﺳﺖ زﻳﺮا ﻃﺮاﺣﻲ و اﻧﺪازه ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻘﺪار ﺑﺎر ﻟﺤﺎظ می شود.

ﻣﺎژول ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴک:

ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﻜﻞ زیر ﻳﻚ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ اﺳﺎﺳﺎً از ﻳﻚ ﻣﻨﺒﻊ ﺟﺮﻳﺎن ﺑﺎ ﻳﻚ دﻳﻮد ﻣﻮازى ﺗﺸﻜﻴﻞ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻣﻨﺒﻊ ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻴﺎﻧﮕﺮ ﺟﺮﻳﺎن ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﻪ ﺳﺒﺐ ﻓﺘﻮنﻫﺎى درﻳﺎﻓﺖ ﺷﺪه اﺳﺖ. اﻳﻦ ﻣﻨﺒﻊ ﺟﺮﻳﺎن ﺗﺤﺖ ﺗﺎﺑﺶ و دﻣﺎى ﺛﺎﺑﺖ ﺑﺪون ﺗﻐﻴﻴﺮ اﺳﺖ. دو ﭘﺎراﻣﺘﺮى ﻛﻪ اﻏﻠﺐ ﻳﻚ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ را ﺑﺎ آن ﺗﻮﺻﻴﻒ ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ، ﺟﺮﻳﺎن اﺗﺼﺎل ﻛﻮﺗﺎه و وﻟﺘﺎژ ﻣﺪار ﺑﺎز اﺳﺖ. اﻳﻦ ﻣﻘﺎدﻳﺮ ﻣﻌﻤﻮﻻً در ﺑﺮﮔﻪ اﻃﻼﻋﺎت ﺷﺮﻛﺖ ﺳﺎزﻧﺪه ﻗﺮار دارﻧﺪ.

ﺷﻜﻞ ﻣﺪار ﻣﻌﺎدل ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ.

ﺟﺮﻳﺎن ﺧﺮوﺟﻲ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﺎﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻌﺎدﻟﻪ زیر ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺻﻴﻒ اﺳﺖ:

در اﻳﻦ ﻣﻌﺎدﻟﻪ I_ph ﺟﺮﻳﺎﻧﻲ ﻣﻌﺎدل ﺟﺮﻳﺎن ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺷﺪه از ﻓﺘﻮنﻫﺎى درﻳﺎﻓﺘﻲ و I_d ﺟﺮﻳﺎن ﮔﺬرﻧﺪه از دﻳﻮد ﻣﻮازى اﺳﺖ. ﺟﺮﻳﺎن دﻳﻮد ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻌﺎدﻟﻪ ﺷﺎﻛﻠﻲ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲﺷﻮد:

ﻛﻪ I₀ ﺟﺮﻳﺎن اﺷﺒﺎع ﻣﻌﻜﻮس دﻳﻮد ﺑﺮﺣﺴﺐ آﻣﭙﺮ،

q ﺑﺎر اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ (ﻛﻮﻟﻦ ^٢٣-١٠*٦٠٢/١)،

Vd وﻟﺘﺎژ دو ﺳﺮ دﻳﻮد ﺑﺮ ﺣﺴﺐ وﻟﺖ،

k ﺛﺎﺑﺖ ﺑﻮﻟﺘﺰﻣﻦ(ژول ﺑﺮ ﻛﻠﻮﻳﻦ ^٢٣-١٠*٣٨١/١)،

T دﻣﺎى ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺑﺮ ﺣﺴﺐ ﻛﻠﻮﻳﻦ ﻣﻲﺑﺎﺷﻨﺪ.

ﺑﺎ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﻣﻌﺎدﻟﻪ ﺟﺮﻳﺎن دﻳﻮد ﺑﺎ ﻣﻌﺎدﻟﻪ ﺟﺮﻳﺎن ﺧﺮوﺟﻲ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ دارﻳﻢ:

ﻛﻪ V وﻟﺘﺎژ دو ﺳﺮ ﺳﻠﻮل و I ﺟﺮﻳﺎن ﺧﺮوﺟﻲ اﺳﺖ. ﺑﺎ در ﻧﻈﺮگرفتن ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻲﺑﺎرى 0 I = ﺟﺮﻳﺎن اﺷﺒﺎع ﻣﻌﻜﻮس دﻳﻮد ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ.

در ﻣﺪل ﺑﺎﻻ از ﺑﺮﺧﻲ از ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ ﭼﺸﻢ ﭘﻮﺷﻲ ﺷﺪ. ﺑﺮاى ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻳﻚ ﻣﺪل دﻗﻴﻖ ﺑﺎﻳﺪ ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﺷﻜﻞ زیر ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺳﺮى، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻮازى و دﻳﻮد دوﻣﻲ ﻟﺤﺎظ ﺷﻮﻧﺪ. ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺳﺮى، ﻣﻘﺎوﻣﺖﻫﺎى ﻣﺴﻴﺮ ﻋﺒﻮر ﺟﺮﻳﺎن از ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدى و اﺗﺼﺎﻻت را ﺷﺎﻣﻞ ﻣﻲﺷﻮد. اﻧﺪازه ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺳﺮى در ﺗﻌﺪاد ﺳﻠﻮلﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺳﺮى ﺑﻪ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﻣﺘﺼﻞ ﻫﺴﺘﻨﺪ، ﺿﺮب ﻣﻲﺷﻮد. ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻮازى ﺑﻴﺎﻧﮕﺮ ﺗﻠﻔﺎﺗﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ ﻧﺎﺷﻲ از ﻣﻘﺪار ﻧﺎﭼﻴﺰ ﻧﺸﺘﻲ ﺟﺮﻳﺎن در ﻣﺴﻴﺮ ﻣﻮازى ﺑﺎ ﻣﺼﺮفﻛﻨﻨﺪه اﺳﺖ.

اﻳﻦ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺧﻼف ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺳﺮى ﻗﺎﺑﻞ ﻣﻼﺣﻈﻪ ﻧﻴﺴﺖ زﻳﺮا اﺛﺮ آن ﻧﺎﭼﻴﺰ اﺳﺖ ﻣﮕﺮاﻳﻨﻜﻪ ﺗﻌﺪادى ﻣﺎژولﻫﺎى ﻣﻮازى در ﻳﻚ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺑﺰرگ ﺑﻪ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﻣﺘﺼﻞ ﺑﺎﺷﻨﺪ. در ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺗﺨﻠﻴﻪ در ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﻣﺴﻴﺮ ﻣﻮازى ﺟﺮﻳﺎن ﻏﻴﺮﻣﻘﺎوﻣﺘﻲ را ﻣﻲﺗﻮان ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از دﻳﻮد دوم ﻣﺪل ﻛﺮد.

ﺷﻜﻞ ﻣﺪار ﻣﻌﺎدل دﻗﻴﻖ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ.

 

ﺑﺎ در ﻧﻈﺮﮔﺮﻓﺘﻦ ﻫﻤﻪ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ ﻣﻌﺎدﻟﻪ ﺟﺮﻳﺎن ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد:

ﺟﺮﻳﺎن ﻫﺮ دو دﻳﻮد ﺑﺎ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺷﺪه و ﻣﻌﺎدﻟﻪ را ﺳﺎده ﻣﻲﻛﻨﺪ:

در اﻳﻦ ﻣﻌﺎدﻟﻪ n ﺿﺮﻳﺐ اﻳﺪه آل دﻳﻮد اﺳﺖ ﻛﻪ ﻣﻘﺪار ﺑﻴﻦ ١ و ٢ را اﺧﺘﻴﺎر ﻣﻲﻛﻨﺪ.

ﺑﻪ دﻟﻴﻞ اﻳﻨﻜﻪ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ وﻟﺘﺎژ ﺧﺮوﺟﻲ ﻛﻤﺘﺮ از ﻳﻚ وﻟﺖ را ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﻲﻛﻨﺪ، ﺑﺮاى دﺳﺘﻴﺎﺑﻲ ﺑﻪ وﻟﺘﺎژ ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ ﺗﻌﺪاد ﻣﺸﺨﺼﻲ از ﺳﻠﻮلﻫﺎ را ﺑﺎ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﺳﺮى ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ. ﻣﻌﻤﻮﻻً ٣٦ ﺳﻠﻮل ﺳﺮى، وﻟﺘﺎژ ﻛﺎﻓﻲ ﺑﺮاى ﺷﺎرژ ﻳﻚ ﺑﺎﺗﺮى ١٢ وﻟﺖ و ٧٢ ﺳﻠﻮل ﺳﺮى، وﻟﺘﺎژ ﻛﺎﻓﻲ ﺑﺮاى ﺷﺎرژ ﻳﻚ ﺑﺎﺗﺮى ٢٤ وﻟﺖ را ﻓﺮاﻫﻢ ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ. ﺑﻪ ﻫﺮ ﺣﺎل وﻟﺘﺎژ ﺧﺮوﺟﻲ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﻣﺒﺪل DC/DC ﺗﻨﻈﻴﻢ ﺷﺪه و ﺑﺎﺗﺮىﻫﺎﻳﻲ ﺑﺎ ﻫﺮ ﺳﻄﺢ وﻟﺘﺎژ را ﺷﺎرژ ﻛﻨﺪ.

اﺛﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻮازى ﺑﺮاى ﺗﻌﺪاد اﻧﺪك ﻣﺎژول ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﻧﺎﭼﻴﺰ اﺳﺖ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ از ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻮازى (Rp=∞)ﺻﺮف ﻧﻈﺮ ﻣﻲﻛﻨﻴﻢ درﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻌﺎدﻟﻪ ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﻌﺎدﻟﻪ زیر ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد:

در ﻣﻌﺎدﻟﻪ ﺑﺎﻻ ﻫﻤﻪ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ ﻫﻤﺎن ﻣﻘﺪار ﻗﺒﻠﻲ را ﺣﻔﻆ ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ ﺑﻪ ﺟﺰ ﭘﺎراﻣﺘﺮ V ﻛﻪ ﺑﺎﻳﺪ ﺑﺮ ﺗﻌﺪاد ﺳﻠﻮلﻫﺎى ﺳﺮى ﺗﻘﺴﻴﻢ ﺷﻮد. ﻣﺪار ﻣﻌﺎدل ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﺎ ﺗﺮﻛﻴﺐ دﻳﻮدﻫﺎ و ﺻﺮف ﻧﻈﺮ از ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻮازى ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﻜﻞ زیر ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.

ﺷﻜﻞ ﻣﺪار ﻣﻌﺎدل ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﺎ ﺗﺮﻛﻴﺐ دﻳﻮدﻫﺎ و ﺻﺮف ﻧﻈﺮ از ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﻮازى.

 

ﺟﺮﻳﺎن اﺗﺼﺎل ﻛﻮﺗﺎه در دﻣﺎى T ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻌﺎدﻟﻪ زیر ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲﺷﻮد.

در این معادله I_SCref در دمای T_ref باتوجه به دیتاشیت(تحت تابش 1000 وات بر مترمربع) معین است. پارامتر T_ref نیز دمای کار مرجع سلول فتوولتائیک برحسب کلوین(298 کلوین) و a ضریب دمایی جریان اتصال کوتاه برحسب درصد تغییر بازای هر درجه است.

جریان تولیدشده توسط سلول رابطه مستقیم با تابش دارد و جریان اتصال کوتاه(I_G0) در دیتاشیت تحت شرایط استاندارد آزمایش یعنی W/m² 1000=G₀ بدست می آید. بنابراین جریان تولیدشده در سطح تابش G(W/m²) بصورت زیر است:

آراﻳﻪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ:

ﺳﻠﻮلﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﺼﻮرت اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ در ﻣﺪارﻫﺎى ﺳﺮى ﻳﺎ ﻣﻮازى ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ ﺗﺎ وﻟﺘﺎژ ﻳﺎ ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻛﻨﻨﺪ. ﺑﻪ ﻣﺠﻤﻮﻋﻪاى از اﻳﻦ ﺳﻠﻮلﻫﺎ ﻛﻪ در ﻛﻨﺎر ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﺑﺮاﺳﺎس ﻃﺮاﺣﻲﻫﺎى ﻫﺮ ﺷﺮﻛﺖ ﺳﺎزﻧﺪه در ﻳﻚ ﻻﻳﻪ ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ ﺷﺪه از ﻧﻈﺮ ﻣﺤﻴﻄﻲ، ﺳﺮى و ﻣﻮازى ﻣﻲﮔﺮدﻧﺪ و ﺑﻠﻮك ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن اوﻟﻴﻪ ﻳﻚ واﺣﺪ ﻣﻮﻟﺪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ را ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻲدﻫﻨﺪ، ﭘﻨﻞ ﻳﺎ ﻣﺎژول ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲﺷﻮد و ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ اﻳﻦ ﭘﻨﻞﻫﺎ آراﻳﻪ ﺧﻮرﺷﻴﺪى ﻋﻨﻮان ﻣﻲﮔﺮدد. در ﺷﻜﻞ زیر اﻳﻦ ﻣﻄﻠﺐ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ.

ﺗﺠﻬﻴﺰات ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻮان:

ﺑﺨﺶ ﺗﻮان ﻣﻄﻠﻮب، اﻧﺮژى اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺣﺎﺻﻞ از ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ را ﺑﺮ اﺳﺎس ﻃﺮاﺣﻲ اﻧﺠﺎم ﺷﺪه، ﻣﺘﻨﺎﺳﺐ ﺑﺎ ﻧﻴﺎز ﻣﺼﺮفﻛﻨﻨﺪه، ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ و اﻟﻘﺎء ﻣﻲﻧﻤﺎﻳﺪ. ﺗﺠﻬﻴﺰات ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻮان ﻧﻘﺶ ﻣﻬﻤﻲ در ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎى ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﺮ ﻋﻬﺪه دارﻧﺪ زﻳﺮا وﻇﻴﻔﻪ اﻳﻦ ﺑﺨﺶ اﻧﺘﻘﺎل و ﻳﺎ ذﺧﻴﺮه ﺳﺎزى اﻧﺮژى اﺳﺖ. اﻳﻦ ﺗﺠﻬﻴﺰات ﻋﻤﺪﺗﺎً از ﻣﺒﺪل DC/DC، ﺷﺎرژ ﻛﻨﺘﺮل، ﺑﺎﺗﺮى، اﻳﻨﻮرﺗﺮ و… ﺑﺮ اﺳﺎس ﻧﻴﺎزﻣﺼﺮفﻛﻨﻨﺪه و ﻃﺒﻖ ﻧﻈﺮ ﻃﺮاح ﺳﻴﺴﺘﻢ، ﻃﺮاﺣﻲ و ﻣﺸﺨﺼﺎت آن ﺗﻬﻴﻪ و ﺗﺪوﻳﻦ ﻣﻲﮔﺮدد. وﻇﻴﻔﻪ ﻣﺒﺪل DC/DC ﻛﻨﺘﺮل ﻧﻘﻄﻪ ﻛﺎر ﻣﺎژول ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺎﺗﺮى ﺳﻴﺴﺘﻢ ذﺧﻴﺮهﺳﺎزى اﻧﺮژى اﺳﺖ. ﺷﺎرژ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﺴﺌﻮﻟﻴﺖ ﻛﻨﺘﺮل ﺟﺮﻳﺎن ﺷﺎرژ ﺑﺎﺗﺮى و ﻳﺎ اﺗﺼﺎل ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ را ﺑﺮ ﻋﻬﺪه دارد. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ در ﺻﻮرت اﺗﺼﺎل ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ ﻳﺎ ﺗﻐﺬﻳﻪ ﺑﺎر اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﻣﺘﻨﺎوب ﺑﻪ ﺗﺠﻬﻴﺰى ﺑﻪ ﻧﺎم اﻳﻨﻮرﺗﺮ ﻧﻴﺎز اﺳﺖ.

ﺷﻜﻞ ﺳﻠﻮل، ﻣﺎژول، ﭘﻨﻞ و آراﻳﻪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ.

 

ﺷﻜﻞ زیر ﻳﻚ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﺴﺘﻘﻞ از ﺷﺒﻜﻪ را ﻧﺸﺎن ﻣﻲدﻫﺪ. ﻣﻼﺣﻈﻪ ﻣﻲﺷﻮد ﻛﻪ ﻣﺒﺪل DC/DC و اﻳﻨﻮرﺗﺮ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺟﺪاﮔﺎﻧﻪ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ اﻳﻦ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻫﻤﺰﻣﺎن و ﺑﺎ ﻳﻚ ﻛﻨﺘﺮل ﻛﻨﻨﺪه ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﻜﻞ زیر ﺻﻮرت ﭘﺬﻳﺮد.

 

ﺷﻜﻞ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﺒﺪل DC/DC و اﻳﻨﻮرﺗﺮ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﺠﺰا

 

ﺷﻜﻞ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﺒﺪل DC/DC و اﻳﻨﻮرﺗﺮ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻫﻤﺰﻣﺎن

ﺑﺎﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﻜﻞ زیر ﺑﺮاى ﻛﻠﻴﺪزﻧﻲ از ادوات اﻟﻜﺘﺮوﻧﻴﻚ ﻗﺪرت در ﻣﺒﺪلﻫﺎى DC/DC و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺑﺮاى ﭘﻴﺪا ﻛﺮدن ﻧﻘﻄﻪ ﻛﺎر ﺑﻬﻴﻨﻪ ﻣﺎژول ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ از ﻛﻨﺘﺮلﻛﻨﻨﺪه ﻳﺎ ردﻳﺎب ﻧﻘﻄﻪ ﺑﻴﺸﻴﻨﻪ ﺗﻮان اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﺷﻮد. ﺗﻮﺳﻂ اﻳﻦ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻛﻨﺘﺮﻟﻲ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﺮاﻳﻂ آب و ﻫﻮاﻳﻲ (ﺷﺪت ﺗﺎﺑﺶ و دﻣﺎ) ﻛﻠﻴﺪزﻧﻲ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺻﻮرتﻣﻲﭘﺬﻳﺮد.

 

ﺷﻜﻞ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﺒﺪل DC/DC ﺑﺎ MPPT.

 

ﺷﻜﻞ ﻣﺸﺨﺼﻪ آراﻳﻪ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ.

 

ﻣﺒﺪلﻫﺎى DC-DC:

ﻣﺒﺪل DC ﺑﻪ DC ﺑﻪ آن دﺳـﺘﻪ از ﻣﺒﺪلﻫﺎ اﻃﻼق ﻣﻲﺷـﻮد، ﻛﻪ ﺳـﻄﺢ وﻟﺘﺎژ DC را ﻧﺴـﺒﺖ ﺑﻪ ﺳـﻄﺢ وﻟﺘﺎژ اوﻟﻴﻪ افزایش و یا کاهش می دهد. در MPPT جهت رسیدن به بیشینه توان باید از مبدل DC-DC و یا مبدلDC-DC  استفاده کرد.

چهار مبدل رایج DC-DC عبارتند از:

• مبدل کاهنده (Buck converter)
• مبدل افزاینده(Boost Converter)
• مبدل کاهنده افزاینده (Buck-Boost converter)
• مبدل SEPIC

 

مبدل کاهنده:

در این نوع از مبدل های DC-DC ولتاژ متوسط خروجی (V_o) همیشه کمتر از ولتاژ ورودی DC می باشد. این گونه از مبدل ها برای کاهش ولتاژ در سیستم های فتوولتائیک مورد استفاده قرار می گیرند، یکی از کاربردهای آن شارژ کننده باتری می باشد. مدار الکتریکی آن در شکل زیر مشاهده می شود.

دیود d جهت افزایش اثر فیلترینگ خروجی و جلوگیری از جذب یا از دست رفتن انرژی القایی مورد استفاده قرار می گیرد چراکه این باعث گرم شدن بیش از حد کلید می شود. علاوه بر آن یک سلف و خازن در خروجی وجود دارد، که همانند یک فیلتر پایین گذر برای کاهش نوسانات خروجی عمل می کند.

شکل مبدل کاهنده.

شکل شکل موج جریان سلف (i_L) و ولتاژ سلف (v_L) مربوط به مبدل کاهنده را در حالت عملکرد هدایت پیوسته نشان می دهد.

شکل مبدل کاهنده هنگام بسته بودن کلیدS.

 

شکل فوق مبدل کاهنده را هنگامی که کلید S بسته است نشان می دهد. در این حالت دیود d بایاس معکوس می شود و ولتاژ ورودی V_d در دو سر سلف ظاهر می شود، که این باعث افزایش خطی جریان سلف (i_L) می­شود، در همین حالت خازن C هم شارژ می شود.

شکل مبدل کاهنده هنگام باز بودن کلیدS.

همانطور که در شکل فوق مشاهده می شود زمانی که کلید S باز می شود، دیود d بایاس مسقیم می شود و ولتاژ دو سر سلف معکوس ولتاژ خروجی دو سر بار خواهد شد(v_L=V_o). که جریان از طریق دیود کاهش پیدا می­کند  و خازن با استفاده از سلف L شارژ می شود.

شکل موج جریان سلف و ولتاژ خازن مبدل کاهنده در شرایط عملکرد پیوسته.

ارتباط بین ولتاژهای ورودی و خروجی و جریان های ورودی و خروجی با D در رابطه زیر نشان داده شده است.

در معادلات فوق T_s زمان کل کلیدزنی، t_on زمان روشن بودن کلید، I_o جریان خروجی مبدل و I_d جریان ورودی مبدل می باشد.

مبدل افزاینده(بوست):

از کاربردهای این مبدل ها می توان مدار احیا کننده ترمز موتورهای DC و تنظیم توان DC اشاره کرد. در مبدل بوست ولتاژ خروجی همیشه بیشتر از ولتاژ ورودی است. بنابراین مبدل های افزاینده در سیستم های MPPT زمانی استفاده می شود که بخواهیم ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی باشد. برای مثال مبدل افزاینده در سیستم های فتوولتائیک می تواند باعث ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی در زمان کاهش ولتاژ ورودی شود، که این یک مزیت برای مبدل افزاینده محسوب می شود. ساختار مبدل افزاینده در شکل زیر نشان داده شده است

شکل ساختار مبدل افزاینده.

زمانی که کلید S روشن است، دیود d بایاس معکوس می شود. همانطور که مشخص است جریان سلف L از طريق منبع به صورت خطی افزایش می یابد، در این حالت قسمت خروجی از ورودی ایزوله می شود، خازن C دشارژ می شود و بار را تغذیه می کند. زمانی که کلید خاموش می­شود زمانی است که دیود بایاس مستقیم می­شود و هدایت می کند، در این زمان بار توسط دو المان، سلف و منبع ورودی تامین می شود. شکل موج جریان سلف در حالت هدایت پیوسته در شکل زیر مشاهده می شود، در این حالت جریان سلف بیشتر از صفر می باشد(I_L(t)>0).

زمانیکه مبدل در حالت پایدار عمل می کند می توان D را از معادله زیر بدست آورد.

 

شکل موج جریان و ولتاژ مبدل افزاینده در حالت هدایت پیوسته.

 

که D زمان روشن بودن کلید، V_d و V_o به ترتیب ولتاژهای ورودی و خروجی مبدل می باشند. از معادله فوق می­توان فهمید که کاهش مقدار D باعث کاهش مقدار ولتاژ خروجی و افزایش آن باعث افزایش ولتاژ خروجی خواهد شد. به علاوه تغییر مقدار D باعث تغییر جریان ورودی و خروجی مبدل می شود. مقادیر سلف و خازن در حالت هدایت پیوسته به صورت زیر بدست خواهد آمد:

مبدل کاهنده افزاینده(Buck-boost):

یک مبدل کاهنده – افزاینده ترکیبی از دو مبدل کاهنده و مبدل افزاینده می باشد. مبدل کاهنده افزاینده می­تواند یک ولتاژ خروجی کمتر یا بیشتر از ولتاژ ورودی ارائه دهد. پلاریته ولتاژ خروجی این مبدل معکوس پلاریته ولتاژ ورودی مبدل می باشد، یکی از کاربردهای اصلی این مبدل تنظیم ولتاژ DC می­باشد. شکل زیر ساختار مبدل کاهنده افزاینده را نشان می دهد.

شکل ساختار مبدل باک-بوست.

با توجه به شکل فوق زمانی که کلید S در زمان t_on از كل زمان T_s روشن است، دیود d بایاس معکوس شده و انرژی از منبع به سلف منتقل می شود و این باعث افزایش جریان سلف (i_L) خواهد شد، زمان ثانویه t_off، زمانی است که کلید خاموش شده و دیود بایاس مستقیم می شود در نتیجه انرژی سلف به بار منتقل می شود. در این حالت جریان سلف (i_L) برخلاف جهت پلاریته منبع وارد بار می شود، که این باعث میشود پلاریته بار معکوس پلاریته ورودی مبدل باشد.

شکل موج جریان و ولتاژ سلف مبدل کاهنده افزاینده در حالت هدایت پیوسته.

در حالت پایدار می توان رابطه بین ولتاژ خروجی (V_o) و D را به صورت زیر نوشت.

باتوجه معادله بالا می توان به این موضوع پی برد که نسبت تغییرات ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی بستگی به D دارد، اگر 0.5<D باشد، ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی خواهد شد که مانند یک مبدل افزاینده عمل خواهد کرد. اگر 0.5>D ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی باشد مبدل همانند یک مبدل باک عمل می کند. مقادیر سلف و خازن را می توان از روابط زیر بدست آورد.

 

مبدل SEPIC:

در شکل زیر ساختار مبدل SEPIC نشان داده شده است، این مبدل توانایی کاهش و افزایش ولتاژ خروجی نسبت به ورودی را دارد، در مبدل SEPIC پلاریته ولتاژ خروجی با پلاریته ولتاژ ورودی یکسان می­باشد. از یک خازن سری جهت اتصال انرژی ورودی و خروجی استفاده شده است. SEPIC توانایی پاسخ سریع به شرایط اتصال کوتاه را دارد. در سیستم هایی که ولتاژ خروجی می تواند بیشتر یا کمتر از مقدار خروجی باشد، استفاده از این مبدل توصیه می شود. در مبدل SEPIC تبادل انرژی با عمل کردن کلیدها و از طريق سلف ها و خازن ها انجام می شود. میزان انرژی با استفاده از کلید S کنترل می شود، این کلید می تواند یک ترانزیستور از نوع MOSFET IGBT و … باشد. روش های مدلسازی مختلفی برای تحلیل مبدل های الکترونیک قدرت وجود دارد که مدل متوسط فضای حالت و سیگنال کوچک از این جمله می باشند.

شکل ساختار مبدل SEPIC.

 

شکل مبدل SEPIC به هنگام روشن بودن کلید.

شکل مبدل SEPIC به هنگام خاموش بودن کلید.

 

 

شرح پروژه:

در این پروژه شبیه سازی سیستم هیبریدی مبدل های باک و بوست و CUK و SEPIC همراه آرایه فتوولتائیک(PV) و باتری در نرم افزار متلب انجام شده است.

پنج مبدل شبیه سازی شده DC-DC در این پروژه  عبارتند از:

• مبدل کاهنده یا باک(Buck converter)
• مبدل افزاینده یا بوست(Boost Converter)
• مبدل کاهنده افزاینده یا باک-بوست(Buck-Boost converter)
• مبدل SEPIC
• مبدل CUK

هر مبدل به صورت جداگانه شبیه سازی شده است.