ابتدا میتوانید یک ویدیو از این مطلب را ببینید.
مقاله شبیه سازی شده که در مورد آن توضیح خواهیم داد یکی از اصلی ترین مقالات روز دنیا بر روی سلول‌های خورشیدی در مورد ماکسیمم پاورپوینت ترکینگ یا mppt نام دارد. به این معنا که دانشمندان و محققان بر این عقیده هستند که با هر روش ممکن با کمترین مقدار تعداد آرایه بیشترین میزان استحصال انرژی خورشیدی را از پانل ها داشته باشند و نقطه بهینه تابش را در این مقاله با استفاده از الگوریتمهای pso و p&o پیدا کنند که در ادامه در مورد آن توضیح خواهیم داد.
ردیابی نقطه حداکثر توان (به انگلیسی: Maximum power point tracking (MPPT)) یک روش برای به حداکثر رساندن توان خروجی توربین‌های بادی و سیستم‌های فتوولتائیک (PV) است. سیستم‌های فتوولتاییک به صورت‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند. در معمول‌ترین کاربرد، توانی که توسط پنل‌های خورشیدی تولید میشود توسط اینورتر آفتابی به جریان متناوب تبدیل شده و مستقیماً به شبکهی برق سراسری وصل میشود. در مدل دوم، بخشی از توان خروجی اینورتر به شبکهی برق و بخشی از آن به بانک باتری منتقل میشود. در روش سوم هیچ توانی به شبکه برق منتقل نمی‌شود و توان تولیدی پنل‌ها توسط یک اینورتر با قابلیت mppt، به بانک باتری منتقل میشود.
این مقاله در مورد نحوهی عملکرد و کاربردهای mppt در سیستم‌های برق خورشیدی است. در سلول‌های خورشیدی یک رابطهی پیچیده بین دما و مقاومت کل وجود دارد که موجب به وجود آمدن راندمان غیر خطی میشود. وظیفه mppt اینست که از خروجی پنل‌های خورشیدی نمونه برداری کرده و مقدار جریان و ولتاژ پنل‌ها را برای انتقال حداکثر توان در شرایط مختلف محیطی، تنظیم کند. در واقع وظیفهی آن این است که مقدار عرضه و تقاضا را در هر لحظه برابر نگه دارد. المان‌های mppt درون مبدل توان الکتریکی (converter) قرار دارند. این مبدل‌ها وظیفه تبدیل ولتاژ و جریان، فیلتر کردن، رگوله کردن و… را به منظور راه اندازی موتورها، شارژ بانک باتری و غیره را بر عهده دارند.
در این مقاله همانطور که از عنوان مقاله پیداست قرار است با کمترین میزان نوسان، به نحوی تابش را track کرده و دنبال کنند و بعد از آن نقطه
maximum power point traking یا نقطه mpt را trak کنند.
همانطور که از چکیده مقاله پیداست، به اعتقاد نویسنده دلیل استفاده ازp&o ساده‌تر بودن پیاده سازی الگوریتم p&o از دیگر الگوریتم هاست و با وضوح بیشتری می توان این مسئله را توضیح داد.
چکیده مقاله تاکید میکند که این مقاله از سه قسمت تشکیل شده است:
۱. در حالت ایده آل و بدون هیچ تغییر تابشی نقطه بهینه پیدا می شود.
۲. به صورت طبیعی زمانی که تابش به هر دلیلی کاهش پیدا میکند به دلیل وجود ابر یا هر دلیل دیگری طبیعی که کاهش تابش را داشته باشیم بررسی میشود.
۳. سیستم آداپتی یا الگوریتمی که به صورت چند مرحله ای یا تطابقی ماکسیمم پاورپوینت ترکینگ را به انجام رساند.
در تصویر اول به نحوی نمودار را به سه قسمت تقسیم کرده. قسمت اول که در تصویر با یک نشان داده شده، تصمیم درست در این نقاط اتفاق می افتد که بیشترین میزان صاف شدگی ولتاژ پی وی را برحسب زمان داریم.
قسمت دوم گام ما باید طبق نمودار در قسمت سبز رنگ که ایده آل ماست تنظیم شود.
قسمت سوم زمانی است که میزان تابش درحال تغییر است و تابش در این نقاط تغییر می کند.
هدف مقاله این است که اسیلیشن ها یا نوسانات را که در تصویر می بینید که
v pv است که حالت تیکه تیکه یا دیسکریت دارد، با استفاده از روش های ممکن باید حذف شود تا آن را به یک حد تناسب برساند که ایده آل آن روی mpp است و در نهایت با استفاده از میزان اسیلیشنی که وجود دارد باید آن را به حداقل برساند. در تصویر نحوه انتخاب های غلط را به شما نشان می دهد که در زمانهایی که تابش تغییرات زیادی دارد بخواهیم آن نقاط را به عنوان ماکسیمم پاورپوینت ترکینگ انتخاب کنیم.
قسمت بعدی مربوط به شماتیکی از سیستم پیاده سازی شده است. شبیه سازی این مقاله از سه قسمت تشکیل شده.
شبیه سازی قسمت اول مربوط به ماژول های قدرتی است که یک پی وی ماژول داریم که دو خروجی از آن گرفته میشود v pv و i pv و بعد از آن power converter که کار دی سی به دی سی را انجام میدهد و دی سی را به دی سی کانورت می کند و به ولتاژی می رساند که می تواند به حالت باک یا بوست و یا باک-بوست است که با استفاده از نوع تریگری که به آن تزریق می شود که ممکن است نوع آن از خروجی کنترلر تغییر کند.
در نهایت باتری پک ماست که جزو لاینفک هر سیستم خورشیدی است که دارای پنل دی سی خورشیدی است که معمولاً این جزو باید وجود داشته باشد تا در زمان هایی که نیاز است به سیستم انرژی تزریق شود این کار توسط باتری به انجام برسد.
با استفاده از پی وی ماژول v pv و i pv را استخراج می کنیم i pv به صورت مستقیم وارد بلوک mppt می شود و بر روی آن پروسس p&o انجام می شود و v pv هم وارد سیستم میشود و همان پروسس بر روی آن انجام میشود و در نهایت خروجی به صورت فیدبک از v pv نهایی هم گرفته شده و وارد پروسسور می شود.
بخش دوم شبیه سازی که اصلی ترین و مهمترین قسمت بحث ما است قسمتی است که قرار است با الگوریتم pso ماکسیموم پاورپوینت یا mpp را پیدا کنیم و در نهایت کنترل pi که با استفاده از گین p و گین i برای ما pi را تشکیل می دهد که خروجی این کنترلر i pv است و ورودی آن هم v pv است که از mppt استخراج شده و با
v pv رفرنس که از pv ماژول می آید و با هم مقایسه شده و به صورت ورودی وارد pi کنترلر می شود و در نهایت i pv را تشکیل می دهد که این i pv با i pv اولیه مجدد مقایسه می شوند و وارد یک گین می شود که این گین پالس های ما را برای تریگر کردن باک هوست به وجود می‌آورد و نوع و لحظه آتش زدن تریستورها در پاور کانورتر است که برای ما تعیین کننده است که چه میزان جریان و چه میزان توانی را به صورت پالس های نهایی داشته باشیم و ضرب آنها ماکسیمم توان را با استفاده از تریگر کردن پاور کانورت به وجود آورد.
در قسمت بعدی شماتیکی از سیستم پنل برای ما رسم کرده که تشکیل شده از یک ig که به عنوان یک منبع مستقل جریان در نظر گرفته میشود و یک id و یک i sh که از آن به صورت R sh خارج می شود و ولتاژ R sh را به وجود می آورد و یک
R s که ipv خروجی از ترمینال های v pv خارج می شود و همینطور که در شکل نشان داده می شود، نمودار i pv را براصل v pv رسم کرده، نمودار بنفش نقاطی را که مربوط به i mpp هست را نشان می دهد و در ناحیه ای که i mpp و v mpp هر دو در نقطه ماکزیمم یا حداکثر خود هستند که ضرب این دو p mpp را نشان میدهد که ما به دنبال به دست آوردن این عدد مورد نظر هستیم.
در قسمت بعد رابطه i pv را با دیگر پارامترها مانند ig و باقی پارامترها شرح می دهد که ig جریانی است که بر اثر تابش به وجود می‌آید و در یک m ضرب می شود که این، تعداد قسمت های موازی است که با استفاده از موازی کردن سلول ها به دست می آید که در m ضرب می شود و منهای یک میزان جریان reverse saturation که در مقابله با جریان اولیه است و در نمودار قبل مقابل i d قرار دارد که بستگی به یک سری پارامترهایی مانند دما دارد که دما هر چه بالاتر رود سیستم اکسپوننشیال را کمتر میکند و اگر دما به سمت بی نهایت رود اکسپوننشیال یک میشود و میزان جریان را صفر می کند. و هر کدام از این پارامترها در ذات خود سیستم است و در مقاله درباره توضیحات کامل بیان شده است؛ و ما نیز تک تک آنها را شبیه سازی کرده ایم که بلافاصله بعد از این مطلب وارد شبیه سازی می شویم و نوع شبیه سازی آنها را توضیح خواهیم داد.
اگر بخواهیم نحوه فرمول نویسی را در نرم افزار متلب توضیح دهیم به این صورت است که برای اینکه به نحوی تفکیک شده ترهرکدام از این فانکشن ها را داشته باشیم، برنامه شبیه سازی را به فانکشن های مختلفی تقسیم کردیم وهر قسمتی از برنامه را به هر فانکشن موکول کردیم. در این قسمت تابعی داریم به نام first run me که با استفاده از run کردن این تابع، باقی توابع به صورت خود به خودی run می‌شوند. تابع دیگری به نام printing داریم که در نهایت گراف ها را برای ما رسم می کند. و تابع دیگر run me که فرمول های مربوط به الگوریتم ژنتیکی که استفاده کردیم در آن نوشته شده و از الگوریتم ps full …? استفاده کردیم که طبق الگوریتم pso تعداد ایتریشن ها، میزان اینرسی و فاکتور کارکشن را وارد کردیم و سیستم را مش بندی کردیم و کارهایی که در الگوریتم pso معمول است را انجام دادیم و objective function ها را تعریف کردیم i pv را همانطور که در مقاله بود برابر قرار دادیم ………..? و ig را برابر گاما ضربدر g قرار دادیم، p pv را برابر v pv ضربدر گاما، ضربدرg، منهای i0 ضربدر …….؟ فرمول شماره 3 مقاله رابطه p pv هست که در طبق فرمول شماره ۱۷ مقاله قرار دادیم ……..؟
و لوپ اصلی pso را تعریف کردیم که هر کدام از اینها به چه نحوی اجرا می شود و بهترین عدد را برای x و y که در اینجا e و i است انتخاب میکنیم و در یک نقطه بهینه سازی را انجام می دهیم و گراف را رسم میکنیم. بعد از رسم گراف در قسمت printing فیگور شماره ۹ و ۱۰ را از این سیستم استخراج میکنیم که با استفاده از mpp اگر v pv , mpp را تخمین زد و در صورتی که v pv برابر با k در e باشد p نهایی را استخراج میکند و اگر نباشد لوپ را دور می‌زند و به سمت بالای فلوچارت می‌رود و در نهایت فیگورهای نهایی که مربوط به pso هست را در سه حالت مشاهده می کنیم: v pv هست که به صورت ورودی وارد سیستم میشود و v mpp هست که مورد نیاز ماست و با اوسیلیشن صفر انتخاب کردیم و در نهایت افیشنسی ما به صورت خیلی زیاد تغییر می کند مخصوصاً در جاهایی که قسمت بزرگی از come back که از انتخاب‌های نادرست داریم را خواهیم داشت اگر از pso استفاده نکنیم می بینیم که در قسمت هایی که به وضوح در مقاله مشخص شده است افیشنسی زیادی را از دست خواهیم داد و راندمان ما به شدت کاهش پیدا خواهد کرد.
ما قسمت printing را به صورت سه ساب پلات تعریف کردیم و پلات هایی است که با استفاده از اعدادی که از قسمت pso به دست می آید در این قسمت قرار میگیرد و در نهایت اعداد را به ما میدهد.
در زمانی که run را می زنیم نقطه ترکینگ را پیدا می کند و با استفاده از آن خروجی های مورد نظر ما را که بر حسب v pv و v mpp است را یکی یکی به ما میدهد. و با استفاده از این که تک تک i را برحسب v در نقاطی پیدا می کند طبق شکل … از مقاله نقطه p mpp را برای ما رسم می کند که خروجی هایی نظیر خروجی‌های مقاله برای ما به دست می‌آورد که در نقاط مختلف میزان افیشنسی های متفاوت را نسبت به حالت اولیه خودش داریم که در اینجا قابل مشاهده است.
در جمع بندی مطالب می‌توانیم بگوییم که این سیستم را ما بر اساس چهار فانکشن vpso و printing و first run me و run me شبیه سازی کرده ایم که با استفاده از first run me شما می توانید این شبیه سازی را run کنید و با تغییر سایزهای آنها میتوانید اعداد را به صورت دقیق تر داشته باشید و در عوض سرعت شبیه سازی شما کند خواهد شد اما اعداد را نزدیکتر به اعداد واقعی خواهید داشت.
