تعیین پارامترهای بهینه سلول خورشیدی با استفاده از الگوریتم PSO
بهینه سلول خورشیدی با استفاده از الگوریتم PSO با متلب | MATLAB
چکیده
با توجه به نياز روز افزون و انكارناپذير به نيروي برق جهت مصارف خانگي، اداري، عمومي و صنعتي و همچنین نزديكتر شدن به زمان اتمام انرژيهاي تجديدناپذير مانند سوختهاي فسيلي استفاده از انرژيهايي مانند انرژي خورشيد جهت توليد برق خورشيدي به عنوان انرژي جايگزين مورد توجه قرار گرفته است. برق خورشيدي از نوع انرژيهاي پاك میباشدكه آثار مخرب زيست محيطي ندارد و منتشر كنندهي گازهاي گلخانهاي نيست. سلولهاي خورشيدي يكي ازمناسبترين منابع براي استفاده ازانرژيهاي تجديدپذير هستند اين سيستمها بصورت مستقيم انرژي خورشيد را به انرژي الكتريكي تبديل ميكنند. يكي ازموضوعات اصلي تحقیقات در این زمینه مسئله مدلسازي دقيق اين سلولها مي باشد. شناسايي پارامترها بايد به گونهاي باشد كه نتايج حاصل ازمدل با داده های اندازهگيري شده ازسيستم واقعي همپوشاني داشته باشند. از آنجا که مشخصه ی سلول خورشیدی (منحنی جریان بر حسب ولتاژ) به شدت غیر خطی است، شناسایی پارامترهای مجهول سیستم با استفاده از روش های کلاسیک مرسوم امکان پذیر نیست، در نتیجه میبایست از الگوریتم های هوشمند استفاده کرد. الگوریتمهای مختلفی در جهت تعیین پارامترهای سلول خورشیدی استفاده شده است که ضعف عمده آنها به دام افتادن در نقاط بهینه محلی میباشد. همچنین برخی از الگوریتمها در حل مسئله تعیین پارامترهای سلول خورشیدی دارای سرعت همگرایی پایین و گاهاً ناهمگرا بودهاند. پس بایستی الگوریتمی پیشنهاد داده شود تا علاوه بر سرعت همگرایی بالا، دقت نیز داشته باشد تا در نقاط بهینه محلی به دام نیافتد. در این پژوهشاز الگوریتم PSO به منظور شناسایی پارامترهای سلول خورشیدی و به حداقل رساندن میانگین توان خطا استفاده شده است. بدین منظور مدل تک دیودی و دو دیودی سلول خورشیدی را در نظر گرفتهایم. پس از یافتن نقاط مدل بهینه سلول خورشیدی، نتایج بدست آمده از شبیهسازیها را با نتایج الگوریتمهای دیگر مورد مقایسه قرار دادیم. نتایج شبیهسازی حاکی از عملکرد صحیح الگوریتم PSO در یافتن مدل دقیق سلول خورشدی است.مدل بدست آمده عملکردی مشابه یک سلول خورشیدی واقعی دارد. پس از آن مقدار بیشینه توان سلول خورشیدی مدلسازی شده را در شرایط محیطی مختلف محاسبه کردیم. مقدار بیشینه توان در دو مدل تک دیودی و دو دیودی تقریباً مشابه بدست آمده است.
مقدمه
استفاده وسیع از سوخت‌های فسیلی همچون نفت، ذغال‌سنگ و گاز، اثرات گلخانه‌ای و آلودگی محیط زیست را به دنبال دارد. در همین حال، یک تضاد بزرگی بین منابع سوخت فسیلی و تقاضای انرژی در جهان وجود دارد. کمبود انرژی و آلودگی محیط زیست موانع عمده‌ای برای توسعه انسان شده‌اند.
انرژي خورشيد يکي از منابع تامين انرژي رايگان، پاك و عاري از اثرات مخرب زيست محيطي است که از دير باز به روش‌هاي گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است.هر چند هزينه استفاده از انرژي خورشيدي بسيار بالاست، ولي امروزه در سياست گذاري ها فقط هزينه سيستم هاي خورشيدي در نظر گرفته نمي شود، بلكه فوايد حاصل از بكارگيري آنها، مانند كاهش آلودگي محيط زيست نيز مدنظر قرار مي‌گيرد. انرژی فتوولتائیک(PV[1]) در سالهای اخیر بعنوان یک منبع انرژی مطمئن، تمیز و نامحدود مورد استفاده قرار گرفته است. به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید می‌کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. استفاده از سيستم‌هاي فتوولتائيك به ما اين قابليت را مي‌دهد كه محيط زيست پاكيزه‌اي داشته باشيم، چرا كه سيستم توليد الكتريسيته فتوولتائيك اثرات جانبي بسيار ناچيزي بر طبيعت دارد و برخلاف سوختهاي فسيلي كه تجديد ناپذير هستند و روزي به پايان مي‌رسند، انرژي خورشيدي منبعي تجديد پذير به‌شمار مي‌آيد كه تا روزي كه حيات در كره خاكي وجود دارد قابل استفاده و بهره برداري است.
فتوولتائیک یکی از منابعی است که نقش قابل توجهی در سبد سرمایه‌گذاری انرژی دارد و بزرگترین سهم را در تولید انرژی الکتریکی در بین تمام نامزدهای انرژی تجدید پذیر بازی می‌کند. زیرا این انرژی یکی از منابع تولید انرژی تجدیدپذیر، بدون آلایندگی و قابلیت اطمینان بالا میباشد. سیستم منبع اتصال به شبکه PV، اخیراً به یکی از بخش‌های در حال رشد در کاربردهای مسکونی در اروپا، ژاپن و آمریکا تبدیل شده است.
سيستم PV مي‌تواند در هر آب و هوايي كار كند. درست است كه در آب و هواي ابري و يا باراني ميزان توليد انرژي الكتريسيته كاهش پيدا مي‌كند، ولي به هر حال اين ميزان هيچوقت در هنگام روز از ۲۵% ميزان حداكثر ظرفيت توليد انرژي سيستم، كمتر نخواهد بود. اين در حالي است كه در شرايط معمولي تا ۸۰% ميزان توليد حداكثر سيستم، انرژي الكتريسيته توليد خواهد شد.
یک سلول PV منحصر به فرد کوچک، نیرویی در حدود ۱ تا ۲ وات تولید می کند. برای بالا بردن انرژی سلول های PV، بایستی آنها را به هم وصل کرد تا واحد بزرگی که ماژول نامیده می شود شکل بگیرد. متأسفانه ولتاژ خروجی ماژول های PV نسبتاً پایین است. با اتصال ماژول ها به هم، واحد بزرگتری به نام آرایه تشکیل میشود که میتواند انرژی بیشتری تولید کند. برای دستیابی به ولتاژ بالا، پیکره بندی اتصال سری ماژولها، راه حل متعارفی است. در سیستم شبکه خانگی، به منظور تأمین ولتاژ ۲۲۰ ولت معمولاً آرایه های PV را در پشت بام نصب می کنند. بنابراین نیروی تولید شده از آرایه های PV با ساختار سری، هنگامی که توسط سایههایی همچون ابرها، درختان، خانههای همسایه و… پوشانده میشوند، کاهش مییابد. در این وضعیت ساختار موازی آرایههای PV، به دلیل عملکرد آنها، راندمان بالاتری نسبت به ساختار سری دارد. جریان خروجی می تواند به مقدار بالاتری با ساختار موازی آرایه های PV برسد، از طرف دیگر ولتاژ تولید شده با ساختار موازی پایین است، بنابراین از این ساختار نیز به تنهایی نمیتوان استفاده کرد. از سری و موازی کردن سلولهای خورشیدی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. ولتاژ خروجی آرایه های PV با ساختار اتصال سری- موازی نسبتاً کم است، که باعث می شود ایمنی تجهیزات الکتریکی، به آسانی در کاربردهای خانگی فراهم شود.
برای آنکه ماهیت سلول خورشیدی را بهتر درک کنیم و معادلات کارایی آن را بدست آوریم و از بهترین راندمان برخوردار شویم لازم است تا یک مدل ریاضی دقیق و مناسب از سلول خورشیدی داشته باشیم. از آنجا که مشخصه ی سلول خورشیدی (منحنی جریان بر حسب ولتاژ) به شدت غیر خطی است، در سالهای گذشته مدل های گوناگونی ارائه شده است که شامل تعداد زیادی از متغیرهای فیزیکی هستند و می توان از ساده تا پیشرفته آنها را دسته بندی کرد. ولی در عمل، دو مدل تک دیودی و دو دیودی بیشتر از مابقی مدل ها توجه محققان و صاحب نظران را جلب کرده است. تعیین پارامترهای این دو مدل نقش مهمی در تحلیل و عملکرد سلولهای خورشیدی دارد [۳].
[۱] Photovoltaic
لطفاً براي ارسال دیدگاه، ابتدا وارد حساب كاربري خود بشويد