روش‌های ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) در آرایه‌های خورشیدی تحت شرایط سایه جزئی استاد: دکتر محمدنژاد احسان کریمی 92611353

ویژگی‌های سیستم‌های فوتوولتایی راحت‌ترین راه اصلاح بازده سیستم: MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه ویژگی‌های سیستم‌های فوتوولتایی چشم‌انداز اقتصادی خوب هزینه اولیه زیاد انرژی پاک راندمان کم راحت‌ترین راه اصلاح بازده سیستم: MPPT 2

انتقال حداکثر توان به بار شماتیک یک سیستم فوتوولتایی MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه مفهوم MPPT: انتقال حداکثر توان به بار Pmax = Vm * Im نوع دیگر کنترل: مستقیم شماتیک یک سیستم فوتوولتایی 3

منحنی ولتاژ-جریان و ولتاژ توان آرایه خورشیدی MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه مفهوم MPPT: MPP Im Vm منحنی ولتاژ-جریان و ولتاژ توان آرایه خورشیدی 4

سایه شدن قسمتی از آرایه خورشیدی MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه سایه جزئی: سایه شدن قسمتی از آرایه خورشیدی 5

تأثیر سایه جزئی بر روی منحنی‌های آرایه فوتوولتایی: MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه تأثیر سایه جزئی بر روی منحنی‌های آرایه فوتوولتایی: قله سراسری قله محلی 6

انواع روش‌های معمول MPPT: با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه انواع روش‌های معمول MPPT: Perturb and Observe (P&O) Incremental conductance (IC) Hill climbing (HC) IC with direct duty cycle 7

Perturb and Observe (P&O) MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Perturb and Observe (P&O) ایجاد آشفتگی در ولتاژ و جریان آرایه خورشیدی مشاهده تغییر توان خروجی آرایه فوتوولتایی اگر تغییر توان افزایشی باشد، جهت آشفتگی حفظ می‌شود اگر تغییر توان کاهشی باشد، جهت آشفتگی عوض می‌شود این مراحل تکرار می‌شود 8

Perturb and Observe (P&O) MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Perturb and Observe (P&O) عیب: هرگز دقیقاً بر روی نقطه حداکثر قرار نمی‌گیرد استفاده از مقدار آشفتگی متغیر (P&O تطبیقی) 9

Incremental Conductance (IC) MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Incremental Conductance (IC) خاستگاه این ایده، صفر بودن مشتق توان بر حسب ولتاژ در نقطه MPP است 𝑑𝑃 𝑑𝑉 = 𝑑 𝑉𝐼 𝑑𝑉 =𝐼+𝑉 𝑑𝐼 𝑑𝑉 =0 − 𝐼 𝑉 = 𝑑𝐼 𝑑𝑉 ≅ ∆𝐼 ∆𝑉 &− 𝐼 𝑉 = 𝑑𝐼 𝑑𝑉 𝐴𝑡 𝑀𝑃𝑃 &− 𝐼 𝑉 > 𝑑𝐼 𝑑𝑉 𝑅𝑖𝑔ℎ𝑡 𝑜𝑓 𝑀𝑃𝑃 &− 𝐼 𝑉 < 𝑑𝐼 𝑑𝑉 𝐿𝑒𝑓𝑡 𝑜𝑓 𝑀𝑃𝑃 10

Incremental Conductance (IC) MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Incremental Conductance (IC) با نوشتن دوباره معادلات بر حسب جریان: &− 𝑉 𝐼 = 𝑑𝑉 𝑑𝐼 𝐴𝑡 𝑀𝑃𝑃 &− 𝑉 𝐼 > 𝑑𝑉 𝑑𝐼 𝑅𝑖𝑔ℎ𝑡 𝑜𝑓 𝑀𝑃𝑃 &− 𝑉 𝐼 < 𝑑𝑉 𝑑𝐼 𝐿𝑒𝑓𝑡 𝑜𝑓 𝑀𝑃𝑃 𝑑𝑃 𝑑𝐼 = 𝑑 𝑉𝐼 𝑑𝐼 =𝑉+𝐼 𝑑𝑉 𝑑𝐼 =0 بنابراین روش بدست آمده IR است نه IC 11

مقدمه Hill Climbing (HC) 12 روش‌های MPPT روش‌های معمول MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Hill Climbing (HC) پایه عملکرد این روش مانند P&O است با این تفاوت که بر اساس چرخه کار است ایجاد آشفتگی با گام‌های ثابت در چرخه کار مشاهده جهت تغییر توان آرایه خورشیدی اگر تغییر توان در جهت افزایش بود، جهت آشفتگی حفظ می‌شود اگر تغییر توان در جهت کاهشی بود، جهت آشفتگی عوض می‌شود این مراحل تکرار می‌شود 12

مقدمه Hill Climbing (HC) 13 روش‌های MPPT روش‌های معمول MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Hill Climbing (HC) این فرایند را می‌توان با رابطه زیر نشان داد: 𝑑 𝑘 = & 𝑑 𝑘 +𝜑 𝑖𝑓 𝑃(𝑘)>𝑃(𝑘−1 & 𝑑 𝑘 −𝜑 𝑖𝑓 𝑃(𝑘)<𝑃(𝑘−1 مقدار گام‌ها می‌تواند متغیر باشد که این کار در جهت کاهش نوسان در محدوده نقطه حداکثر توان انجام می‌شود 13

IC with direct duty cycle MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه IC with direct duty cycle تفاوت این روش با IC، تنها در این است که تغییر توان، مستقیماً توسط بخش MPPT انجام می‌شود این روش هم مانند دیگر روش‌ها نوع ثابت و تطبیقی دارد 14

انواع روش‌های MPPT با محاسبات نرم: مقدمه انواع روش‌های MPPT با محاسبات نرم: Fuzzy Logic Control (FLC) Artificial Neural Network (ANN) Evolutionary Algorithm 15

تغییرات غیرقابل پیش‌بینی نقطه کار MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Fuzzy Logic Control (FLC): عدم نیاز به مدل ریاضی سیستم در شرایطی مانند: نکته: طراح باید از قبل دانشی نسبت به چگونگی پاسخ خروجی نسبت به ورودی داشته باشد مقادیر فیزیکی مدل نشده غیرخطینگی تغییرات غیرقابل پیش‌بینی نقطه کار عملکرد مناسب 16

مقدمه Fuzzy Logic Control (FLC): فازی‌ساز دخالت قوانین فازی‌زدا MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Fuzzy Logic Control (FLC): 𝐸 𝑘 = 𝑃 𝑘 −𝑃(𝑘−1 𝑉 𝑘 −𝑉(𝑘−1 𝑜𝑟 𝐸 𝑘 = 𝑃 𝑘 −𝑃(𝑘−1 𝐼 𝑘 −𝐼(𝑘−1 فازی‌ساز دخالت قوانین فازی‌زدا ∆𝐸=𝐸 𝑘 −𝐸(𝑘−1 بلوک دیاگرام کنترل‌کننده منطق فازی جدول قوانین خروجی می‌تواند در قالب ولتاژ (∆𝑉)، جریان (∆𝐼) و چرخه کار (∆𝐷) باشد در بعضی از مراجع از این روش در کنار روش‌هایی مثل HC استفاده می‌شود 17

Voc، Isc، دما، میزان تابش وزن‌ها تحت یک فرایند آموزش تعیین می‌شوند MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Artificial Neural Network (ANN) مناسب جهت ردیابی نقطه حداکثر توان قابلیت تخمین پارامترهای ناشناخته Voc، Isc، دما، میزان تابش سیگنال مرجع: ولتاژ، جریان، چرخه کار وزن‌ها تحت یک فرایند آموزش تعیین می‌شوند 18

Evolutionary Algorithm (EA) MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه Evolutionary Algorithm (EA) جستجوی بهینه بهینه‌سازی توابع هدف یافتن محل نقطه حداکثر توان صرف‌نظر از تغییرات محیطی کلونی زنبورها (PSO) الگوریتم ژنتیک (GA) محبوب‌ترین روش‌ها: تکامل تفاضلی (DE) 19

مقدمه استفاده از ANN و FLC 20 P&O اصلاح شده IC اصلاح شده HC اصلاح شده MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه مشکل روش‌های پیشین: ماندن در ماکزیمم‌های محلی P&O اصلاح شده IC اصلاح شده HC اصلاح شده استفاده از ANN و FLC 20

سرعت پایین مقدمه 21 P&O اصلاح شده در یک دوره نمونه‌برداری MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه P&O اصلاح شده در یک دوره نمونه‌برداری طی کردن 80 درصد منحنی P-V مهمترین محدودیت این روش: سرعت پایین ذخیره مقادیر توان و ولتاژ در حافظه میکروپروسسور ماکزیمم‌ کلی ماکزیمم‌های محلی Vmin Vmax اجرای برنامه P&O و یافتن MPP 21

مقدمه 22 IC اصلاح شده اجرای روش IC همسایگی MPP تخمین: روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه IC اصلاح شده ویژگی‌های مشتقی هر دو نقطه یکسان است روش IC معمولی نمی‌تواند در حالت سایه جزئی به درستی عمل کند قبل از روش IC، یک مرحله دیگر انجام می‌شود. اجرای روش IC Vmp=0.8Voc همسایگی MPP تخمین: Imp=0.9Isc 22

طی کردن 80 درصد منحنی ولتاژ-توان و ذخیره مقادیر MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه HC اصلاح شده عدم توانایی شناسایی دقیق MPP روش HC، مشابه روش P&O اصلاح HC تخمین مقدار اولیه چرخه کار: مانند P&O اصلاح شده 𝐷=1− 𝑅 𝑀𝑃 𝑅 𝐿𝑜𝑎𝑑 طی کردن 80 درصد منحنی ولتاژ-توان و ذخیره مقادیر استفاده از HC معمولی استفاده از HC معمولی 23

مقدمه 24 FLC در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT روش‌های معمول MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه FLC در شرایط سایه جزئی اصول عملکردی FLC مانند اصول عملکردی HC یعنی: براساس dP/dV 1- بررسی منحنی P-V در شرایط سایه جزئی 2- ذخیره اطلاعات قله‌ها ارائه یک روش سه مرحله‌ای: 3- انجام مراحل آشفتن و مشاهده ∆𝑃=𝑃 𝑘 −𝑃(𝑘−1 ∆𝐼=𝐼 𝑘 −𝐼(𝑘−1 ورودی‌های FLC: ∆𝑃 𝑀 = 𝑃 𝑀 𝑘 − 𝑃 𝑀 (𝑘−1 24

1- روش‌های معمول در شرایط سایه جزئی ناتوانند و باید اصلاح شوند MPPT در شرایط سایه جزئی روش‌های MPPT با محاسبات نرم روش‌های معمول MPPT مقدمه نتیجه‌گیری: 1- روش‌های معمول در شرایط سایه جزئی ناتوانند و باید اصلاح شوند 2- به دلیل افزایش سرعت ریزپردازنده‌ها، روش‌های MPPT با محاسبات نرم جایگاه ویژه‌ای یافته‌اند 3- روش‌هایی که برای شرایط سایه جزئی مناسبند، معمولاً اصلاح شده روش‌های مرسوم هستند 4- ترکیب روش‌های معمول و روش‌های با محاسبات نرم قابلیت‌های زیادی را به ما می‌دهد 5- محدودیت روش‌های مختلف، معمولاً در سرعت، دقت، پایداری و امکان کار در شرایط سایه جزئی است 25

با تشکر از توجه شما