امروزه تقاضای مصرف انرژی در جهان رو به افزایش بوده و با توجه به محدودیت در استفاده از سوختهای فسیلی برای تولید انرژی علاقمندی در جهت یافتن منابع جایگزین انرژیهای تجدیدپذیر وجود دارد. به گزارش شانا، صاحبان منابع فسیلی باید بدانند که برداشت بیشتر آنها از ذخایر امروز، مستلزم بهرهمندی کمتر فردا و در نهایت تهیشدن منابع در مدت زمانی کمتر است]1[. خوشبختانه بیشتر ممالک جهان به اهمیت و نقش منابع انرژی بویژه انرژیهای تجدیدپذیر پیبردهاند و به طور گسترده برای بهرهبرداری از این منابع تحقیقات وسیع و سرمایه گذاریهای اصولی انجام شده است.
در سال ٢٠١١ بالغ بر ٩ درصد از کل انرژی استفاده شده در کل حوزهها و بخشهای مختلف آمریکا از انرژی تجدیدپذیر تشکیل شده است. شکل1-1 درصد مشارکت هر نوع از انرژیهای تجدیدپذیر را در این بخش نشان میدهد]2[.
در سیستمهای خورشیدی، بادی، زمینگرمایی و دریایی هزینهای برای سوخت پرداخت نمیشود. از بین این منابع سلولهای خورشیدی به دلیل ویژگیهای منحصر به فردشان مانند نصب آسان، تعمیرات کم و نداشتن آلودگی و نویز، در سراسر جهان به صورت گستردهای مورد استفاده قرار میگیرند.
جهت بهرهبرداری بهتر از منابع فتوولتائیک یافتن مدل دقیق سلول خورشیدی دارای اهمیت بسیار زیادی است. هر چه مدل ارائه شده دقیقتر باشد محاسبات انجام شده دقیقتر و نتایج شبیهسازی با نتایج بدست آمده در واقعیت نزدیکتر خواهند بود. با پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه انرژی خورشیدی، مدلهای متعددی برای سلولهای خورشیدی ارائه شدهاند، ولی دو مدلی که تا به امروز نسبت به دیگر مدلها بیشتر به کار رفتهاند، مدل تک دیودیو دو دیودی میباشند.
در این پایاننامه نیز در راستای تعریف مدلی برای سلولهای خورشیدی مطالعاتی جهت تشخیص پارامترهای سلول خورشیدی با هدف کمینهکردن میانگین توان خطا انجام شده است. در روش پیشنهادی از الگوریتم رقابت استعماری استفاده میشود. از قابلیتهای این الگوریتم میتوان به سرعت همگرایی بالا و عدم به دام افتادن در نقاط بهینه محلی اشاره کرد.
- مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه سلولهای خورشیدی
در سالهای اخیر با توجه به اهمیت روزافزون استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، سیستمهای فتوولتائیک به عنوان یکی از این منابع که میتواند نقش مهمی در تأمین انرژی داشته باشد مورد مطالعات بسیاری قرار گرفته است. در ادامه به بررسی چند مورد از مطالعات انجام شده در این زمینه پرداخته میشود.
مدلسازی دقیق سلول خورشیدی با تعریف پارامترهای مطلوب یکی از شاخههای مورد مطالعه در زمینه انرژی خورشیدی میباشد. این مدلسازی شامل بدست آوردن منحنی جریان بر حسب ولتاژ(I-V) است[8-3]. دو روش اصلی برای مشخص کردن پارامترهای مجهول مسئلهی مدلسازی میتواند مورد استفاده قرار گیرد که عبارتاند از: روشهای کلاسیک و الگوریتمهای فراابتکاری.
در مرجع [9] از روش کمینهسازی مربعات که در روشهای کلاسیک جای دارد به منظور برازش دادهها استفاده شده است و عملکرد روشهای گاوس- نیوتن و لونبرگ – ماركارد درشناسایی پارامترهای یك نمونه سلول خورشیدی واقعی مقایسه شدهاند. نتایج بدست آمده نشان میدهند كه روش كمینه مربعات ابزار مناسبی برای شناسایی پارامترهای سلولهای خورشیدی می باشند.
روشهای هوشمند که معمولاً از رفتار طبیعت الهام گرفتهاندسعی میکنند به یک جواب بهینه نزدیک شوند. برای مثال در [10] از الگوریتم بهینهسازی زنبور عسل جهت شناسایی پارامترهای سلول فتوولتائیک استفاده شده است.
در مرجع [11] به منظور تعیین پارامترهای مجهول سلول خورشیدی الگوریتم جفتگیری پرندگان بکار گرفته میشود که نقطه حداکثر توان سلول خورشیدی نیز محاسبه شده است.
در مرجع [12] از الگوریتم تکامل تفاضلی برای پیدا کردن پارامترهای مدل تک دیود سلول فتوولتائیک استفاده شده است.
در مرجع [13] روش شناسایی پارامتر مبتنی بر جستجوی HS برای شناسایی پارامترهای ناشناخته سیگنال خورشیدی مدل تک دیود و مدل جفت دیود پیشنهاد شده است. اجرای آسان و کارائی بالا از دلایل اصلی محبوبیت HS برای حل مشکلات پیچیده بهینهسازی است.
در مرجع [14] به منظور یافتن پارامترهای مدل فتوولتائیک از محیط سیمولینک متلب استفاده شده است. مدار الکتریکی تک دیود به عنوان ترکیبی ساده و با دقت کافی بطور گسترده از روش MPP از مقالههای [20-15 ] استفاده شده است.
در مرجع[26] چندین پارامتر از ماژولهای فتوولتائیک به نام جریان فوتو، جریانهای اشباع دیودها، ضرایب ایدهآل دیود، مقاومت سری و مقاومت موازی استخراج شدهاند که از روش P-DE استفاده میشود. نتایج نشان میدهد روش پیشنهادی نسبت به روشهای مشابه از دقت، سرعت همگرایی بالاتری برخوردار بوده و در آن نیاز به تعداد پارامترهای کنترل کمتری میباشد.
علاوه بر الگوریتمهای فوق از الگوریتم اجتماع ذرات [21]، الگوریتم ژنتیک [22] و سایر الگوریتمها [23-25] نیز برای تعیین پارامترهای مدل تک و دو دیود سلول فتوولتائیک استفاده شد که هر یک از این روشها دارای نقاط ضعف و قدرت میباشند. در همهی روشهای مذکور، معیار اصلی بهینهسازی، به حداقل رساندن اختلاف بین نتایج آزمایشگاهی و نتایج حاصل از مدل مداری بوده است.
در این پایاننامه از بین روشهای موجود یکی از روشهای بهینهسازی هوشمند که تاکنون در این زمینه بکار گرفته نشده است مورد بررسی قرار میگیرد. روش پیشنهادی الگوریتم رقابت استعماری است، که یکی از الگوریتمهای دقیق و کاربردی برای تعیین پارامترهای سلول فتوولتائیک میباشد.
- اهداف پایاننامه
سلولهای خورشیدی یکی از مناسبنرین منابع برای استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر هستند. یکی از موضوعات اصلی مطالعات در این زمینه مسئله مدلسازی دقیق این سلولها میباشد. مدلسازی دقیق سلول خورشیدی و به دست آوردن دقیق پارامترهای آن نقش بسزایی در شبیهسازی، ارزیابی عملکرد طراحی، بهینهسازی و کنترل دارد.
در این پایاننامه نیز با کمک مجموعهای از دادههای اندازهگیری شده و یک الگوریتم، بهینهسازی انجام خواهد شد. هر چه پارامتر شناسایی شده منجر به همپوشانی بیشتری با دادههای اندازهگیری شده شودند، نتایج مدل به رفتار واقعی سیستم نزدیکتر خواهند بود. در سالهای اخیر الگوریتمهای زیادی برای تعیین پارامترهای سلولهای خورشیدی ارائه شدهاند. بیشتر این روشها بر پایهی روشهای فراابتکاری هستند. روش پیشنهادی برای شناسایی پارامترهای سلول خورشیدی الگوریتم بهینهسازی رقابت استعماری میباشد که از نظر سرعت و دقت در سطح مطلوبی قرار دارد.
- سازمانبندی پایاننامه
در فصل دوم ابتدا تاریخچه ای از انرژی های تجدیدپذیر، انواع انرژی های تجدید پذیر و کاربرد های سلول های خورشیدی و مزایا و معایب آن آورده شده است. سپس مدل تک دیوده و دو دیوده سلول خورشیدی با روابط و شکلها تشریح میشود. در فصل سوم روش بهینهسازی پیشنهادی معرفی شده است. در فصل چهارم نتایج شبیهسازی و جداول مربوطه به آن آورده شده است و در فصل پنجم، این پایان نامه با ارائه نتایج و پیشنهادات به پایان می رسد.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
[سه شنبه 1399-11-21] [ 07:57:00 ب.ظ ]
|