پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی

word
123
3 MB
30888
1393
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۲,۳۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی

    پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی‌‌ارشد

    در رشته مهندسی برق گرایش قدرت

    چکیده

    محدودیت منابع سوختی فسیلی و احتمال اتمام ذخایر انرژی فسیلی، گرمایش زمین، آلودگی‌های زیست محیطی، بی‌ثباتی قیمت و همچنین نیاز روز افزون مراکز صنعتی و شهری به انرژی، مجامع بین الملل را به فکر جایگزین‌های مناسب انداخته است. انرژی هسته‌ای، خورشیدی، زمین گرمایی، بادی و امواج اقیانوسی از این قبیل می‌باشند. قیمت نسبتا زیاد تبدیل انرژی‌های تجدیدپذیر، عامل بازدارنده‌ای برای توسعه‌ی سامانه‌های متصل شبکه است و استفاده از این انرژی‌ها را به موقعیت‌هایی که استفاده از شبکه برق سراسری برق مقدور نبود، مانند مناطق دور افتاده محدود کرده بود. در طی سال‌های گذشته تحقیقات و بررسی‌های فراوانی بر روی انتصال سامانه‌های تبدیل انرژی‌های تجدیدپذیر به شبکه صورت گرفته است و پیشرفت‌های زیادی در این زمینه حاصل شده‌ است. انرژی خورشیدی در کنار انواع دیگر انرژی‌های تجدیدپذیر و پاک دیگر به عنوان منبع اصلی انرژی تجدید پذیر مورد مطالعه‌ی گسترده قرارگرفته‌اند.

    بنابراین در ابتدا به ساختار سلول فتوولتائیک به صورت مختصر پرداخته شد و در ادامه با بررسی انواع مدل‌ها برای شبیه‌سازی سلول خورشیدی به مدل نمایی ساده شده رسیدیم. سپس تاثیر عوامل مختلف روی مشخصه‌های سلول خورشیدی و نتایج شکل موج به دست آمده در منحنی‌های مشخصه آورده شد. در ادامه‌ی کار با توجه به این که برای تولید ولتاژها و جریان‌های بالاتر باید ترکیبی سری و موازی از این سلول‌ها را به هم متصل کنیم بنابراین فرمول‌ها و روابط مورد استفاده جهت ترکیب‌های این سلول آورده شد. در نهایت نیز با توجه به هدف پایان‌نامه، به مطالعه‌ی روش‌های افزایش راندمان سیستم خورشیدی از طریق افزایش راندمان المان‌های سیستم پرداختیم. همچنین در فصل آخر به مقایسه‌ی روش‌های ANFIS، FLC پرداخته شده و سرعت پاسخ‌گویی این دو روش در فصل پایانی ارائه خواهد شد.

    واژه‌های کلیدی: سلول خورشیدی، ردیاب ماکزیمم توان، کنترل

    1-1- مقدمه

    محدودیت منابع سوختی فسیلی و احتمال اتمام ذخایر انرژی فسیلی، گرمایش زمین، آلودگی‌های زیست محیطی، بی‌ثباتی قیمت و همچنین نیاز روز افزون مراکز صنعتی و شهری به انرژی، مجامع بین الملل را به فکر جایگزین‌های مناسب انداخته است. انرژی هسته­ای، خورشیدی، زمین گرمایی، بادی و امواج اقیانوسی از این قبیل می‌باشند. قیمت نسبتا زیاد تبدیل انرژی‌های تجدیدپذیر، عامل بازدارنده‌ای برای توسعه‌ی سامانه‌های متصل شبکه است و استفاده از این انرژی‌ها را به موقعیت هایی که استفاده از شبکه برق سراسری برق مقدور نبود، مانند مناطق دور افتاده محدود کرده بود. در طی سال‌های گذشته تحقیقات و بررسی‌های فراوانی بر روی اتصال سامانه‌های تبدیل انرژی‌های تجدیدپذیر به شبکه صورت گرفته است و پیشرفت‌های زیادی در این زمینه حاصل شده است. انرژی خورشیدی در کنار انواع دیگر انرژی‌های تجدیدپذیر و پاک دیگر به عنوان منبع اصلی انرژی تجدید پذیر مورد مطالعه‌ی گسترده قرارگرفته‌اند. انرژی خورشیدی به صورت جزئی و کلی بخش قابل توجه‌ی از انرژی الکتریکی مورد نیاز شبکه‌های برقی را تامین می کنند. در شکل (1-1) انواع منابع انرژی به کار رفته برای تولید انرژی الکتریکی و نحوه‌ی اتصال آن‌ها به شبکه دیده می‌شود.

    قیمت نسبتا زیاد تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی بزرگترین دغدغه‌ی محققان در راه استفاده از این نوع انرژی بوده است و بزرگترین خصوصیت منفی به حساب می‌آید. در مقابل در دسترس بودن و قابلیت اطمینان بالای سیستم‌های فتوولتائیک خصوصیت مثبت آن به حساب می‌آید.

     

    شکل (1-1)  انواع منابع انرژی بکار رفته برای تولید انرژی الکتریکی و نحوه‌ی اتصال آنها به شبکه

     

    در گذشته قیمت سلول خورشیدی اصلی‌ترین عامل تعیین کننده‌ی قیمت کل سامانه‌ی فتوولتائیک بوده است. هزینه ساخت بالا، تکنولوژی ساخت غیر پیشرفته و بازده پایین محصولات تولیدی، عوامل بازدارنده استفاده از این انرژی بوده است. در گذر زمان و پیشرفت تکنولوژی ساخت، شاهد کاهش قیمت‌ها و افزایش بهره‌وری در سیستم‌های خورشیدی هستیم. میزان و نرخ رشد استفاده از انرژی خورشیدی از بقیه‌ی انواع انرژی‌های تجدیدپذیر کمتر است. سرمایه‌گذاری‌های صورت گرفته در زمینه‌ی فناوری خورشیدی و تولید انبوه سلول‌های فتوولتائیک منجر به کاهش قیمت تمام شده تولید یک کیلووات انرژی از آرایه‌های خورشیدی شده است. این کاهش قیمت، عامل مهمی در افزایش محبوبیت استفاده از انرژی خورشیدی به حساب می‌آید. اینورترهای فتوولتائیک متصل به شبکه روز به روز در حال توسعه در زمینه‌های صنعتی و آزمایشگاهی هستند و همانطور که در شکل (1-2) می‌بینید طبق پیش‌بینی موسسه‌ی بین المللی اروپا تا سال 2050 این انرژی بیشترین سهم در بازار انرژی را خواهد داشت.

    شکل (1-2)  پیش­بینی درصد استفاده از انرژی­های مختلف تا سال 2050

    1-2- اهمیت رشد بهینه و دقیق سیستم‌های فتوولتائیک در شبکه

    در اروپا، از سال 2009 تاکنون، سیستم‌های فتوولتائیک ، در بین سه تکنولوژی برتر مورد استفاده، انتخاب شدند (شکل 1-3). در سال 2011، سیستم‌های فتوولتائیک نسبت به دو تکنولوژی گازی و باد با GW21.9 انرژی بیشتر مورد استفاده قرار گرفت و به شبکه متصل شد. مجموع ظرفیت نصب شده‌ی سیستم‌های فتوولتائیک در اروپا در پایان سال 2011 برابر با GW51.7 می‌باشد و انرژی مورد نیاز کافی برای 15میلیون خانه در اروپا را فراهم می‌کند.

    سیستم‌های فتوولتائیک ، سهم قابل توجهی از کل انرژی در اروپا را تولید می‌کند به طوری که 2درصد از کل انرژی مصرفی و 4درصد از بار پیک اروپا ناشی از این سیستم‌ها می‌باشد.

    در پایان سال 2011، ایتالیا 5درصد از کل تقاضای مشتریان و 10 درصد بار پیک کشورش را از طریق سیستم‌های فتوولتائیک تولید کرد. به طور کلی در اروپا می‌توان گفت که حدود 15 کشور 10درصد از انرژی مورد نیاز خود را از سلول‌های خورشیدی تامین می‌کنند و در قسمتی از اسپانیا[1] این عدد به 18درصد نیز می‌رسد.

    این رشد سریع سلول‌های خورشیدی باعث جذب تعداد بسیار زیاد و حیرت‌آور سرمایه گذار و خرده‌فروش شده است. اما در واقع در سال‌های اخیر میزان توان خورشیدی مورد نیاز اروپا و میزان توسعه و رشد سیستم فتوولتائیک مورد سهل‌انگاری بوده است.

    شکل (1-3)  ظرفیت خالص اضافه شده در اروپا در سال­های(GW)2000تا2011

    این گونه سهل‌انگاری‌ها و کمبود پیش‌بینی توان مورد نیاز خورشیدی از طرف اعضای مفاد انرژی‌های نو روی ([2]NREAPs)  تاثیر گذاشته است. تا امروز شش نفر از اعضای اتحادیه برنامه‌ی 2020 خود را معین کرده‌اند و باقی اعضا باید تا سال 2015 این کار را انجام دهند. براساس محاسبات EPIA، توان مورد نیاز و استفاده تا سال 2020 بیش از دو برابر مقدار پیش‌بینی شده توسط NREAPs  می‌باشد و در واقع حداقل حدود GW200 توان خورشیدی تا سال 2020 مورد نیاز می‌باشد که باید تامین شود.

    این اختلالات بوجود آمده در پیش‌بینی‌ها باعث دور شدن از روند بهینه و یافتن میزان موثر توان سیستم خورشیدی پیش‌بینی در آینده می‌شود. به عنوان مثال، در آلمان در سال 2005برای سهولت عملکرد در سیستم توزیع هنگام بوجود آمدن شرایط بحرانی و قطع کانکتورهای شبکه و افزایش فرکانس، تصمیم بر کاهش این حد مرزی فرکانس از 5\50 به 2\50 هرتز شد. بر اساس این تصمیم، سیستم‌های فتوولتائیک نصب شده در مقدار مرزی خود باقی ماندند و حتی اجازه‌ی خروج از شبکه را داشتند با این فرض که روی سیستم هیچ‌گونه تاثیری ندارند، در حالیکه رشد سریع سیستم‌های فتوولتائیک در آلمان نشان داد که این تصمیم قابل اجرا نمی‌باشد و باعث رهایی و دور شدن از چند صد هزار سیستمی می‌شد که الان نصب شده‌اند.

    در نتیجه، سیاست‌گذاری‌های مربوط به آینده باید به گونه‌ای باشد که هم استراتژی‌های کربن‌زدایی ارضا شود و هم به شبکه و قیود قابلیت اطمینان آن هیچ آسیبی وارد نشود. بنابراین برنامه‌ریز سیستم قدرت و سیاست‌گذار سیستم باید میزان دقیق سیستم فتوولتائیک مورد نیاز و بهینه را برای شرایط میان‌مدت و بلندمدت تعیین نماید. این اطلاعات و پیش‌بینی‌های دقیق به سرمایه گذارها کمک می‌کند تا در شرایط گذرا و کوتاه مدت بهترین تصمیم را اتخاذ نمایند.[1]

    1-3- دسته‌بندی کلی سیستم‌های فتوولتائیک

    سیستم‌های فتوولتائیک به دو صورت متصل به شبکه و مستقل از شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته گاهی از ترکیب این دو نیز بهره برده شده‌ است. سیستم‌های فتوولتائیک مستقل در گذشته، بیشتر برای برق‌رسانی به مناطق دورافتاده مورد استفاده قرارگرفته‌اند. امروزه بیشتر سیستم‌های فتوولتائیک به صورت متصل به شبکه می‌باشد زیرا نیازی به باتری‌های بزرگ پشتیبانی ندارند، سیستم کنترلی ساده‌ای دارند و هزینه‌های نگه‌داری در آنها پایین‌تر است.[2]

    تولید اینورترهای فتوولتائیک ارزان و با قابلیت اطمینان بالا به عنوان یک چالش بسیار مهم برای بسیاری از محققان معرفی شده است که خود باعث افزایش گوناگونی و تعداد این اینورترها شده است. به طور کلی اینورترهای فتوولتائیک دو وظیفه‌ی مهم را باید به درستی باید انجام دهند:[3]

    1.

    آرایه‌های خورشیدی دارای رفتار غیر خطی هستند و در یک ولتاژ و جریان خاص بیش‌ترین توان ممکن را منتقل می‌کنند که به نقطه‌ی بیشینه‌ی توان[3] شناخته  شده است. این ولتاژ و جریان خاص ثابت نیستند و به عوامل متعددی بستگی دارند و در طول روز با تغییر شدت و زاویه‌ی تابش نور خورشید تغییر می‌کنند. یک وظیفه‌ی مهم سیستم‌های کنترلی در سیستم‌های فتوولتائیک، کار کردن در نقطه‌ی توان بیشیمه در کلیه‌ی ساعات می‌باشد. برای تسهیل تنظیم ولتاژ نقطه‌ی کار، میان آرایه‌ای خورشیدی و اینورترهای فتوولتائیک از خازن‌هایی موسوم به خازن‌های باس dc استفاده می‌شود.

     

     

     

    2.

    در هر سامانه خورشیدی از یک اینورتر منبع ولتاژ کنترل شده با جریان، برای تزریق جریان سینوسی با کیفیت بالا و با اعوجاج هارمونیکی حداقل (ضمن رعایت استانداردها) و تا حد امکان هم‌فاز با ولتاژ شبکه استفاده می‌شود.

    در حالت کلی سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه نیاز به یک مرحله بوست ولتاژ برای کنترل دامنه‌ی ولتاژ دارند و به همین دلیل تا کنون شاهد سیستم‌های به طور عام دو طبقه[4] بوده‌ایم. یک طبقه‌ی اختصاص به مبدل DC/DC برای افزایش سطح ولتاژ و جست‌وجوی نقطه‌ی توان بیشینه و طبقات دیگر برای تبدیل ولتاژ مستقیم به متناوب DC/AC می‌باشد.

     

    شکل (1-4)  اینورتر فتوولتائیک دو طبقه‌ی متصل به شبکه با اینورتر دو سطحی

     

    ساختار دو طبقه مزایایی از جمله آرایش ساده، فرکانس کلیدزنی بالا، قابلیت انعطاف زیاد از نظر اعمال شیوه‌های مختلف کنترلی و کنترل مستقل از هم MPPT  و اینورتر را دارد. اما معایبی از جمله استفاده از تعداد بیشتر عناصر الکترونیک قدرت، تلفات زیاد، بازده کمتر، تداخلات الکترومغناطیسی بالا، وزن و سایز بزرگتر منجر به زیاد شدن هزینه‌ها شده است. از این رو تحقیقات متعددی به منظور کاهش تعداد طبقات از دو طبقه به یک طبقه انجام گرفته است (شکل 1-4) که منجر به دستیابی به آرایش‌های متفاوتی شده است، که در زیر خلاصه می‌شود.[4]

    استفاده از اینورتر پل معمولی به همراه یک ترانسفورماتور افزاینده

    استفاده از تعداد زیادی سلول‌های خورشیدی به صورت سری با یکدیگر برای افزایش ولتاژ باس dc

    استفاده از ساختارهای اینورتر-بوست یک طبقه

     

    استفاده از ترانسفورماتورهای فرکانس پایین باعث افزایش وزن و کاهش بازده‌ی اینورتر می‌شود. تعداد زیاد سلول‌های سری با یکدیگر نیز باعث کاهش بازده سیستم می‌شود، به خصوص در مواقعی که برخی از سلول‌ها دچار پدیده‌ی سایه جزئی می‌شوند. ساختار‌های یک طبقه پیش از این به دلیل فرکانس کلیدزنی زیاد و EMI زیاد دارای محدودیت هایی بوده است که رفته‌رفته در حال برطرف شدن است و امروز اینورترهای یک طبقه با آرایش H5 به صورت صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

     

    شکل (1-5)  اینورتر فتوولتائیک یک طبقه‌ی متصل به شبکه

     

    اینورترهای چند سطحی با مزایایی همچون اعوجاج هارمونیکی کمتر، توان بالاتر و قابلیت اطمینان بالاتر جایگزین اینورتر‌های سنتی سه سطحی شدند (شکل 1-5). از دیگر مزایای این اینورترها می‌توان به فرکانس کلید زنی پایین‌تر، نیاز به فیلتر خروجی کوچکتر و قابلیت کاربرد در توان‌های بالا اشاره کرد. این مزایا باعث شده است که توجه زیادی به استفاده از اینورترهای چند سطحی در سیستم های فتوولتائیک شود.

    شکل (1-6)  کاربرد اینورتر تمام پل متوالی در سیستم‌های فتوولتائیک یک طبقه‌ی متصل به شبکه

     

    از بین آرایش‌های چند سطحی رایج می‌توان به مبدل چندسطحی مهار دیودی، مبدل چندسطحی خازن شناور و مبدل چند سطحی تمام پل اشاره کرد که تمام آن ها توسط محققان مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به این که مبدل تمام پل متوالی دارای باس‌های لینک dc  مجزا است، بهترین گزینه برای استفاده در کاربردهای فتوولتائیک به نظر می‌رسد زیرا که امکان ردیابی نقطه‌ی توان بیشینه را برای چندین آرایه به صورت مجزا فراهم می‌کند و می‌تواند در شرایط رخداد سایه‌جزئی عملکرد بهتری داشته باشد.

    مشکل بزرگی که در استفاده از اینورترهای پل متوالی در کاربرد فتوولتائیک وجود دارد سیستم کنترلی پیچیده برای عملکرد مناسب این اینورترها در تمام شرایط است. به عبارت دیگر در شرایط توزیع نامتعادل توان بین پل­ها، مانند شرایط سایه­جزئی، این اینورترها دارای مشکل ناپایداری خواهند شد و البته این مساله چندان مورد توجه محققین قرار نگرفته­است. همچنین با توجه به مشخصات غیر خطی آرایه­های خورشیدی و غیر قابل پیش­بینی بودن آن­ها، پیاده­سازی روش­های جدید پیشنهادی با موفقیت همراه نمی­شود.

    1-4- سیستم­های متصل به شبکه

    با وجود مزیت­های فراوان سیستم­های فتوولتائیک ، افزایش ظرفیت آن­ها در شبکه موجب برخی مشکلات شده­است که اخیرا به دلیل افزایش قابل توجه نصب این سیستم­ها، مورد توجه قرار گرفته­است. مطالعات صورت گرفته در این زمینه را به سه بخش کلی تقسیم می­کنیم. [5]

    سیستم­های تولید

    سیستم­های انتقال و فوق توزیع

    سیستم­های توزیع

    در ادامه به بررسی هریک خواهیم پرداخت.

    1-4-1- اثر سیستم­های فتوولتائیک بر بخش تولید

    تغییرات میزان تابش خورشید در اثر حرکت بادها از مهمترین عوامل بوجود آورنده­ی نوسان توان خروجی سیستم­های فتوولتائیک است. دوره­ی این تغییرات در بازه­ی چند دقیقه تا چند ساعت بوده و تابعی از سرعت باد، نوع ابر، وسعت منطقه تحت سایه قرار گرفته و آرایش سیستم خورشیدی است. تغییرات شدید توان در سیستم­های فتوولتائیک بزرگ می­تواند بر بخش تولید اثر گذارد، زیرا وظیفه­ی جبران این تغییرات برعهده­ی واحد­ها تولید موجود در شبکه است. بنابراین واحدهای تولید که برای بهره­برداری در زمان تولید این سیستم­ها برنامه­ریزی شده­اند باید دارای نرخ تغییر توان مناسب برای جبران این نوسانات توان باشند. همچنین تصادفی بودن میزان تولید توان، وارد کردن این منابع را در محاسبات برنامه­ریزی شبکه دشوار می­سازد. تاکنون اکثر مطالعات صورت گرفته در این بخش در راستای راه حل­های عملی به منظور استفاده­ی شرکت­های برق است. به عنوان مثال در مطالعه­ای که در [5] انجام شده است اثر تغییر تولید نیروگاه فتوولتائیک متمرکز را بر واحدهای تولید حرارتی مورد بررسی قرار داده است. بر اساس این مطالعه مهمترین عاملی که نفوذ سیستم [5]PV را به منظور کنترل محدود می­کند نرخ تغییر توان نیروگاه­ حرارتی است. همچنین برای شرایطی که نرخ تغییر توان کم باشد در[6]روش­هایی ارائه شده است که عبارتند از:

    افزایش توان برنامه­ریزی شده خطوط ارتباطی

    افزایش واحدهای آماده بکار موجود در شبکه به منظور افزایش نرخ تغییرات توان

    کاهش ظرفیت سیستم فتوولتائیک

    در [7] مطالعه­ی اثر نفوذ سیستم خورشیدی بر پایداری سیگنال کوچک مورد بررسی قرار گرفته­است. بر اساس این مطالعه اثر سیستم­ فتوولتائیک بر میرایی مودهای محلی، بسته به نقطه­ی کار می­تواند مثبت و یا منفی باشد. شرایط مرزی هنگامی رخ می­دهد که گشتاور میرا کننده ناشی از سیستم فتوولتائیک تغیر علامت بدهد. بر اساس این نتایج با افزایش نفوذ سیستم PV در بار مثبت و یا با افزایش بار در نفوذ ثابت، میرایی مود محلی کاهش می­یابد.

    در حالت کلی اگر میزان نفوذ سیستم­ها PV در مقایسه با واحدهای تولید قابل توجه باشند، باید اثر بخش تولید را در نظر گرفت.

    1-4-2- اثر سیستم­های فتوولتائیک بر شبکه­ی انتقال و فوق توزیع

    با افزایش نفوذ سیستم­های فتوولتائیک میزان اثر گذاری آنها بر شبکه انتقال و فوق توزیع بیشتر می­شود. در این شرایط مشکلات بوجود آمده عمدتا ناشی از نوسان توان تولیدی این واحدهاست که می­تواند از قبیل نوسان توان[6] در خطوط، بازگشت توان[7]، اضافه بار و کم­باری خطوط، نوسانات غیر قابل قبول ولتاژ و عملکرد تجهیزات تنظیم­کننده­ی ولتاژ را به دنبال داشته باشد.

    اثر میزان نفوذ سیستم­ PV  و حفاظت اینورتر آن بر پروفیل ولتاژ و پایداری سیستم انتقال پس از وقوع خطا در [7] مورد بررسی قرار گرفته است.نتایج این مطالعه نشان می­دهد که افزایش ظرفیت PV بر ولتاژ حالت دائمی شبکه موثر است. در شرایط وقوع خطا نیز به دلیل امکان عملکرد رله­های حفاظت افت ولتاژ بیشتر باس­ها وجود دارد. علاوه بر آن، جدا شدن اینورتر این واحد از شبکه در شرایط اضطراری، کاهش اینرسی سیستم و احتمال فروپاشی ولتاژ در نفوذ بالا از دلایل کاهش پایداری سیستم است.[7]

    1-4-3- اثر سیستم­های فتوولتائیک بر شبکه­ی توزیع

    امروزه اثرسیستم­های فتوولتائیک بر عملکرد شبکه توزیع و مشکلات ناشی از آن یکی از مهمترین مسایل برای شرکت­های برق بوده و توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده­است. این موضوع به این دلیل است که میزان نصب سیستم­های فتوولتائیک کوچک با بازه توان 1 تا 50 کیلووات بر بام خانه­ها به دلیل سیاست­گذاری دولت­ها برای مصرف­کننده­های مناطق مسکونی افزایش چشمگیری داشته­است. مشکلات بوجود آمده عمدتا به دلیل نصب و راه­اندازی منابع تولید در سمت مصرف­کننده و در فیدر طراحی شده­ برای عبور یک سویه توان بوجود می­آیند. عملکرد نامناسب رله­های حفاظت، مشکلات تنظیم ولتاژ، اضافه بار و کم­باری بعضی از فیدرها از جمله این مشکلات هستند.

    بر اساس مطالعات انجام شده که در [2] صورت گرفته است به علت پیشرفت فناوری ساخت اینورترهای اعوجاج هارمونیکی کمتر از مقدار مورد مطالبه­ی شبکه است.همچنین امکان تشدید فیلتر خازنی خروجی اینورتر با شبکه موجود است. علاوه بر آن وجود سیستم فتوولتائیک در شبکه، باعث افزایش تعداد عملکرد تپ­چنجر زیر بار و کاهش عمر آن می­شود[2]. با افزایش نفوذ این منابع در فیدرهای شعاعی مناطق مسکونی و به دلیل یکسان نبودن پیک بار و تولید، مشکل اضافه ولتاژ انتهای فیدر در دوره­ی بیشینه تولید و کم­باری موجود است.

    1-5- سیستم های مستقل از شبکه

    تأمین انرژی الکتریکی ایستگاه های مخابراتی و تلویزیونی، خانه­های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه­های روستایی و به طورکلی رفع نیاز انرژی الکتریکی مناطقی که فاقد شبکه سراسری برق می باشند بر عهده­ی این سیستم می­باشد. این بخش سهم بالایی از سیستم­های مستقل از شبکه را در جهان به خود اختصاص داده است. در بسیاری از کشورهای جهان )بویژه درحال توسعه جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز روستاهای فاقد برق ازاین سیستم استفاده می گردد، بطور مثال در سال 2007 کشور اندونزی برق رسانی به 15000 خانوارروستایی را از این طریق آغاز نموده است.(

    عدم نیاز به سوخت و مشکلات سوخت رسانی بویژه در مناطق صعب العبور و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم و طول عمر مناسب از جمله مزایایی است که در رشد و توسعه این سیستم­ها بویژه در نقاط محروم کشور نقش عمده و بسزایی دارد. پیش­بینی­های آینده حاکی از آن است که در کشو­رهای توسعه یافته در سال های آتی با استفاده از این سیستم در طی روز و در زمان تابش خورشید، سهم قابل توجهی از تولید برق آن کشورها از طریق سیستم های فتوولتائیکی تامین خواهد شد.

    ذیلا به تعدادی از کاربردهای سیستم های فتوولتائیکی اشاره می گردد:[8]،[9]،[10]

    1-5-1- سیستم های تأمین برق مستقل از شبکه

     تأمین برق خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز الکتریکی مناطق فاقد شبکه سراسری برق با استفاده از این سیستم برآورده می­شود.

    1-5-2- پمپاژخورشیدی

    یکی از کاربردهای موفق سیستم های فتوولتائیک ، پمپاژ آب خورشیدی می­باشد. افزایش تقاضا در این بخش نشان گر توانمندی و قابلیت کارکرد این سیستم می باشد. به طورمثال درسال 2006 در کشور مکزیک بیش از 800 عدد پمپ با توان تجمعی 33 کیلووات و در بنگلادش بیش از 5 هزار عدد پمپ در سال 2005 و 2006 با مبلغ تجمعی 21 میلیون دلار نصب و راه اندازی گردید ویا 6.6% از سیستم های فتوولتائیک نصب شده در کشور هند را سیستم های پمپ فتوولتائیک تشکیل می دهد.

    1-5-3- روشنایی خورشیدی

    میزان روشنایی درشب یک امتیاز برای شهرهای  بزرگ و صنعتی می باشد و بدون دسترسی به برق، تامین روشنایی به لامپ های دینامی و یا چراغ های نفتی محدود می­گردد. یکی از راه حل های مناسب برای تامین روشنایی مناسب مناطق فاقد دسترسی به برق، استفاده از چراغ های خورشیدی می باشد که سالانه ده­ها هزار نمونه ازاین سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می گردد. این سیستم در تامین روشنایی­ منازل مسکونی و مدارس، ایستگاه های بین راهی، چراغ های راهنمایی و رانندگی، فانوس های دریایی و ... موثر واقع شده است. به گونه ای که تعداد بسیار زیادی از آن ها در کشور ما نیز درشهرها )بویژه تهران( و جاده های کشور نصب گردیده است.

    1-5-4- سیستم تغذیه کننده قابل حمل

     همچون خودروهای خورشیدی، مصارف الکتریکی غیرصنعتی در ابزارهایی مانند، اسباب بازی ها، ماشین حساب های خورشیدی  و ... . قابلیت حمل و نقل سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستم­ها می باشد که در رشد و توسعه آن نقش بسزایی دارد.

     

    [1] Extremadura

    [2] National Renewable Energy Action Plans

    [3] Maximum power point

    [4] Two stage

    [5] Photovoltaic

    [6] Power Swing

    [7] Power Reversal

  • فهرست و منابع پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی

    فهرست:

    فصل 1: مقدمه. 1

    1-1- مقدمه. 1

    1-2- اهمیت رشد بهینه و دقیق سیستم‌های فتوولتائیک در شبکه.. 3

    1-3- دسته‌بندی کلی سیستم‌های فتوولتائیک...... 5

    1-4- سیستم‌های متصل به شبکه.. 8

    1-4-1- اثر سیستم‌های فتوولتائیک بر بخش تولید... 9

    1-4-2- اثر سیستم‌های فتوولتائیک بر شبکه‌ی انتقال و فوق توزیع... 10

    1-4-3- اثر سیستم‌های فتوولتائیک بر شبکه‌ی توزیع... 11

    1-5- سیستم‌های مستقل از شبکه.. 11

    1-5-1- سیستم‌های تأمین برق مستقل از شبکه.. 12

    1-5-2- پمپاژ خورشیدی.... 12

    1-5-3- روشنایی خورشیدی.... 12

    1-5-4- سیستم تغذیه کننده قابل حمل... 13

    1-5-5- حفاظت کاتدیک...... 13

    1-5-6- یخچال‌های خورشیدی.... 13

    1-6- هزینه سیستم‌های برق خورشیدی.... 14

    1-7- محتوی.... 15

    فصل 2: مروری بر مطالعات انجام شده. 16

    2-1- مقدمه.. 16

    2-2- فناوری‌های ساخت سلول‌های خورشیدی.... 17

    2-3- مدار معادل سلول خورشیدی.... 19

    2-4- مشخصه‌های الکتریکی سلول خورشیدی.... 21

    2-5- اثر پارامترهای مختلف موجود در مدل بر مشخصه‌های الکتریکی.... 23

    2-5-1- تابش..... 23

    2-5-2- دما 25

    2-5-3- مقاومت سری.... 28

    2-5-4- مقاومت موازی.... 28

    2-5-5- جریان اشباع معکوس..... 29

    2-5-6- ضریب انتشار دیود.. 30

    2-6- ماژول و آرایه خورشیدی.... 30

    2-6-2- رشته و آرایه.. 33

    2-7- دنبال کردن نقطه توان بیشینه.. 35

    2-7-1- نیاز به دنبال کردن نقطه توان بیشینه.. 35

    2-7-2- روش تپه نوردی.... 38

    2-7-3- روش مشاهده و اغتشاش..... 40

    2-7-4- روش رسانایی افزایشی.... 42

    2-7-5- کسری از ولتاژ مدار باز 43

    2-7-6- کسری از جریان اتصال کوتاه. 44

    2-8- نتیجه.. 44

    فصل 3: روش تحقیق.. 46

    3-1- مقدمه. 46

    3-2- معرفی سیستم فتوولتائیک و مبدل مورد استفاده. 47

    3-2-2- مبدل باک...... 49

    3-2-3- مبدل بوست..... 50

    3-2-4 مبدل بوست با ساختار Interleaved.. 51

    3-2-5- مبدل‌های بوست سه سطحی.... 52

    3-2-6- مبدل بوست کسکد... 52

    3-2-7- مبدل افزایش دهنده ولتاژ با سلف تزویج شده. 54

    3-2-8- مبدل پیشنهادی.... 54

    3-2-9- بررسی مزایا و معایب مبدل... 56

    3-2-10- مدل مبدل به همراه سلول خورشیدی.... 57

    3-3- افزایش بهره عملکرد مبدل SEPIC... 58

    3-3-1- افزایش بهره با اضافه کردن یک ضرب کننده به مدار SEPIC ساده. 59

    3-4- محاسبه بهره مبدل... 61

    3-5- روش کنترل منطق فازی.... 62

    3-5-1- سیستم PV با کنترل منطق فازی.... 66

    3-6- مفاهیم سیستم عصبی فازی تطبیقی.... 67

    3-7- کنترل کننده‌ی تطبیقی فازی-عصبی.... 68

    3-8- نتیجه.. 70

    فصل 4: نتایج.. 73

    4-1- مقدمه. 73

    4-2- خروجی آرایه‌ی خورشیدی مورد نظر.. 73

    4-3- استفاده از مبدل پیشنهادی در شبیه‌سازی.... 78

    4-3-2- محاسبه ریپل جریان ورودی و سلف‌های L1 و L2 79

    4-3-3-  محاسبه خازن سری Cs و خازن ضرب کننده Cm. 80

    4-3-4- حصول سوئیچ‌زنی نرم در لحظه روشن شدن سوئیچ مبدل... 81

    4-3-5- حصول سوئیچ زنی نرم در لحظه خاموش شدن سوئیچ مبدل... 82

    4-3-6- افزایش بهره مبدل... 84

    4-4- نتایج شبیه‌سازی مدار سلول خورشیدی مستقل از شبکه.. 87

    4-4-1 شبیه‌سازی در تابش و دمای ثابت..... 88

    4-4-2- شبیه‌سازی در تابش و دمای متغیر.. 93

    4-5- نتیجه‌گیری.... 97

    فصل 5: بحث و نتیجه‌گیری.. 98

    5-1- مقدمه. 98

    5-2- پیشنهادات و مطالعات آینده. 99

    فصل 6: مراجع.. 100

    فصل 7: پیوست‌ها 103

    7-1- مدل‌های مختلف استفاده شده برای سلول خورشیدی.... 103

    7-1-2- مدل ساده. 104

    7-1-3- مدل نمایی مختصر شده. 105

    7-1-4- مدل نمایی ساده. 106

    7-1-5- مدل نمایی دوبل   107

    منبع:

    مراجع

    [1] H. Fadali, “ Fuel Cell Distributed Generation: Power Conditioning, Control, and Energy Management”, Ph.d Thesis, University of Waterloo, Ontario, Canada, 2008

    [2] A. Mellit and S. A. Kalogirou, "Neuro-fuzzy based modeling for photovoltaic power supply system," in Power and Energy Conference, 2006. PECon'06. IEEEInternational, 2006, pp. 88-93.

     

    [3] A. S. Weddell, G. V. Merrett, and B. M. Al-Hashimi, “Ultra low-power photovoltaic MPPT technique for indoor and outdoor wireless sensor nodes,” in Proc. Design, Autom. Test Europe, Grenoble, France, Mar. 14–18, 2011, pp. 905–908.

    [4] R. Stala, “Individual MPPT of photovoltaic arrays with use of singlephase three-level diode-clamped inverter,” 2010 IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), pp. 3456-3462, Jul. 2010.

    [5] E. Villanueva, P. Correa, J. Rodrigueze, and M. Pacas, “Control of a Single-Phase Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter for Grid- Connected Photovoltaic Systems,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 11, pp. 4399-4406, Nov. 2009.

    [6] H. Wu and X. Tao, “Three Phase Photovoltaic Grid-connected Generation Technology with MPPT Function and voltage control”, Power Electronics and Drive System Conference, Taipei, pp. 1295– 1300, Nov. 2009.

    [7] P. McNutt, J Hambrick and M. Keesee, “Effects of Photovoltaics on the Distribution System Voltage Regulation,” Proc. of the 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., Philadelphia, pp. 1914-1974, June 2009.

    [8] Uher, M.; Mišák, S.; Vramba, J.; Stuchlý, J.; Kubalík, P. "Optimization of distribution system with grid connected PV plant",  Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2014 14th International Conference on, On page(s): 334 - 338

    [9] Spertino, F.; Di Leo, P.; Cocina, V.; Tina, G.M. "Storage sizing procedure and experimental verification of stand-alone photovoltaic systems",  Energy Conference and Exhibition (ENERGYCON), 2012 IEEE International, On page(s): 464 - 468

    [10]  Duryea, S., Islam, S., Lawrance, W., “A Battery Management System For Stand-Alone Photovoltaic Energy Systems”, Industry Applications Magazine, IEEE, 3, May/June 2001, pp. 67-72.

    [11] Yi-Hua Liu & Jia-Wei Huang ," A fast and low cost analog maximum power point tracking method for low power photovoltaic systems", Solar Energy, Vol. 85,pp. 2771– 2780, 13 September 2011

     

    [12] Alireza Khaligh, Omar C. Onar, “ENERGY HARVESTING Solar, Wind, and Ocean Energy Conversion Systems”  2010by Taylor and Francis Group, LL.

     

    [13] hee Wei Tan, Green, T.C., Hernandez-Aramburo, C.A., “An improved maximum power point tracking algorithm with current-mode control for photovoltaic applications” PEDS 2005, IEEE International Conf., on Vol. 1, Iss., pp. 489.494.

    [14] Abdelsalam, A.K.; Massoud, A.M.; Ahmed, S.; Enjeti, P.N.; , "High-Performance Adaptive Perturb and Observe MPPT Technique for Photovoltaic-Based Microgrids," Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.26, no.4, pp.1010-1021, April 2011.

    [15] S. Jain andV.Agarwal, “A newalgorithm for rapid tracking of approximate maximum power point in photovoltaic systems,” IEEE Power Electron. Lett., vol. 2, no. 1, pp. 16–19, Mar. 2004.

    [16] N. Femia, G. Petrone, G. Spagnuolo, and M. Vitelli, “Optimization of perturb and observe maximum power point tracking method,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no. 4, pp. 963–973, Jul. 2005.

    [17] N. Femia, G. Petrone, G. Spagnuolo, and M. Vitelli, “Optimization of perturb and observe maximum power point tracking method,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no. 4, pp. 963–973, Jul. 2005.

    [18] L. Piegari and R. Rizzo, “Adaptive perturb and observe algorithm for photovoltaic maximum power point tracking,” IET Renew. Power Gener., 2010, vol. 4, Iss. 4, pp. 317.328.    

    [19] N. S. D’Souza, L. A. C. Lopes, and X. Liu, “An intelligent maximum power point tracker using peak current control,” in Proc. 36th Annu. IEEE Power Electron. Spec. Conf., 2005, pp. 172.177.

    [20] N. S. D’Souza, L. A. C. Lopes, and X. Liu, “An intelligent maximum power point tracker using peak current control,” in Proc. 36th Annu. IEEE Power Electron. Spec. Conf., 2005, pp. 172.177.

    [21] S. Lalounia & D. Rekiouaa & T. Rekiouaa & E. Matagne , "Fuzzy logic control of standalone photovoltaic system with battery storage" , Journal of Power Sources ,Vol.  193, pp.899–907 ,2009

    [22] Masoum, "Design, Construction and Testing of a Voltage-based Maximum Power Point Tracker (VMPPT) for Small Satellite Power Supply", 13th Annual AIAA/USU Conference on Sm all Satellite.

    [23] Adedamola Omole, "Analysis, Modelling and Simulation of Optimal Power Tracking of Multiple-Modules of Paralleled Solar Cell Systems", Master of Science Thesis, The Florida State University College of Engineering, 2006.

    [24]  S . Jain  andV.Agarwal, “A newalgorithm for rapid tracking of approximate maximum power point in photovoltaic systems,” IEEE Power Electron. Lett., vol. 2, no. 1, pp. 16–19, Mar. 2004.

    [25[ A. Saadi and A. Moussi, "Optimation of Buck Boost Converter By MPPT Technique With A Variable Reference Voltage Applied to Photovoltaic Water Pumping System Under Variable Weather Conditions,"  Asian Journal of Information Technology 6, 2007.

    [26[ N. Patcharaprakiti and S. Premrudeepreechacharn, "Maximum PowerPoint Tracking Using Adaptive Fuzzy Logic Control for Grid connected Photovoltaic System",  PESW2002, volume 1, PP:372-377, 002.

    [27] T.R. Sumithira, A. Nirmal Kumar, R. Ramesh Kumar "An adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) based Prediction of Solar Radiation:A Case study" Journal of Applied Sciences Research, 8(1): 346-351, 2012 TSSN 1819-544X.

    [28] Kuei-Hsiang Chao & Meng-Huei Wang & Yu-Hsu Lee ," an extension neural network based incremental mppt method for a pv system " , International Conference on Machine Learning and Cybernetics, Guilin,  10-13 July, 2011

    [29] Qiang Mei; Mingwei Shan; Liying Liu; Guerrero, J.M.; , "A Novel Improved Variable Step-Size Incremental-Resistance MPPT Method for PV Systems," Industrial Electronics, IEEE Transactions on , vol.58, no.6, pp.2427-2434, June 2011.

    [30] C. Larbes, S.M. Aıit Cheikh, T. Obeidi, and A. Zerguerras, “Genetic algorithms optimized fuzzy logic control for the maximum power point tracking in photovoltaic system,” Renewable Energy 34 (2009) 2093.2100.

     



تحقیق در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, مقاله در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, پروپوزال در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, تز دکترا در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, پروژه درباره پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, گزارش سمینار در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی, رساله دکترا در مورد پایان نامه تحلیل تلفات توان و افزایش راندمان سیستم‌های تولید توان خورشیدی متصل به شبکه خانگی

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس