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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

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)
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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. با تشکر از توجه شما