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)