ثابت حرارتی ولتاژ
مقادیر در حالت توان ماکزیمم
mp
۴-۳-الگوریتم انجام محاسبات[۴]
مرحله ۱ : گرفتن داده ورودی برای میزان تابش و دمای محیط
مرحله ۲ : مقدار دهی اولیه به Rsو Rp و محاسبه Io
مرحله ۳: شرط میزان خطای قابل قبول برای توان ماکزیمم را چک کن
مرحله ۴: اگر هنوز خطا بیشتر از حد مجاز بود به مرحله ۵ وگرنه Rs و Rp را نشان بده، منحنی I-V و P-V را رسم کن و تمام
مرحله ۵: Ipv و Rp را محاسبه کن
مرحله ۶: تعیین نقطه ماکزیمم توان از روی منحنی
مرحله ۷: محاسبه خطای مقدار Pmax بدست آمده با مقدار آزمایش شده
مرحله ۸: Rs را افزایش بده و به مرحله ۳ برگرد.
در زیر مراحل اجرای الگوریتم شبیه سازی را مشاهده می کنیم:
Increment Rs
همانطور که در مقدمه اشاره شد، پارامتر های مدل مداری سلول خورشیدی توسط سازنده ارائه نمی شوند[۱] و اگر بخواهیم آنها را از روی فرمولها بدست آوریم ، با توجه به تفاوت شرایط کاربری از سلولها نسبت به شرایط استاندارد، این پارامترها قابل استفاده نیستند. بنابراین برای تعیین مدل کامل ودقیق مداری که در هر زمان و شرایط جدید قابل استفاده باشد ، نیاز به اصلاح مقادیر این پارامترها داریم. برای این کار سه نقطه مهم را در مشخصه I-V سلول مد نظر قرار داده ( نقطه جریان اتصال کوتاه ، نقطه ماکزیمم توان و نقطه مدار باز) و با تطبیق مقادیر بدست آمده از مدل ریاضی موجود با مقادیر آزمایش شده در همان شرایط با یک الگوریتم تکرار شونده ، مدل مداری خود را اصلاح می نماییم. با توجه به وابستگی مقادیر Rs و Rp به یکدیگر ، و هم چنین وابستگی مقادیر ولتاژ و جریان در حالت توان ماکزیمم به دو نقطه دیگر، کافی است این الگوریتم را به ازای یک نقطه از سه نقطه و یکی از دو مقاومت Rs و Rp اجرا کنیم. نتایج نشان می دهد منحنی های اصلاح شده با خطای بسیار کمی روی منحنی های اندازه گیری شده قرار می گیرند.[۴]
۵-شبیه سازی پارامتریک منبع انرژی
۵-۱-مقدمه
همانطور که در قسمت قبل گفته شد ، منحنی ولتاژ-جریان ، منحنی توان و بازده سلول خورشیدی، متاثر از تغییرات تابش خورشید، دمای پیوند ، وهم چنین پارامترهای خود سلول مانند مقاومت سری یا موازی ، تغییر می کند. هدف اصلی ما در شبیه سازی پارامتریک سلول خورشیدی ، بررسی عملکرد سلول تحت اعمال تغییرات این پارامترها می باشد. برای شبیه سازی از نرم افزار MATLAB و هم چنین Simulink استفاده شده است.
۵-۲-نحوه شبیه سازی در MATLAB و نتایج آن
برای شبیه سازی در MATLAB ، هم از کد نویسی و هم از پیاده سازی مدل در محیط Simulink میتوان استفاده کرد. در ادامه مدل شبیه سازی با بهره گیری از هر دو روش و سپس نتایج آن را مشاهده می کنید.
۵-۲-۱-مدل تابش روزانه خورشید و دمای محیط
برای شبیه سازی و مشاهده خروجی سلول به ازای تغییرات پارامترهای ورودی ، معمولا اطلاعات مربوط به میزان تابش G (W/m2) برای یک روز خاص یا میانگین ماهیانه یا فصلی مقادیر آن را در نظر می گیرند.
شکل۵-۱. منحنی میانگین ماهانه تابش خورشید در طی روز
دربرخی از مقالات ، تابش روزانه را به صورت یک تابع گوسی با انحراف معیار σ و میزان تابش حد اکثری max λ مدل می کنند.[۲]
(۱) λ (t) = λmax exp(-(t − tC )۲ / ۲σ۲)
بنابراین منحنی تابش به صورت زیراست :
شکل۵-۲. منحنی مدل تابش خورشید
منحنی تغییرات دمای محیط را نیز می توان برای یک روز خاص یا به صورت میانگین در نظر گرفت، اما میزان تغییرات آن ، همانند تغییرات تابش دارای رنج وسیع نیست. بنا براین در شبیه سازی ، خروجی به ازای چند دمای متفاوت رسم شده است.
۵-۲-۲-شبیه سازی خروجی تحت تغییرات تابش خورشید
مشخصه های خروجی اصلی برای یک آرایه خورشیدی، منحنی های I-V و P-V می باشد. در زیر شمای این منحنی ها به ازای تغییرات تابش خورشید در طی یک روز مشاهده می کنید. این منحنی به صورت ۳ بعدی درمحیط متلب رسم شده که تناسب مستقیم و خطی میزان جریان خروجی با میزان تابش را نشان می دهد. قله منحنی مربوط به بیشترین مقدار تابش در هنگام ظهر می باشد. این منحنی با صرف نظر از مقاومت معادل سلول و با در نظر گرفتن سلول به صورت ایده آل رسم شده است.
شکل۵-۳. منحنی خروجی I-V بر اساس تابش در ساعات روز
۵-۲-۳-شبیه سازی خروجی تحت دماهای متفاوت
برای نشان دادن اثر تغییرات دمای محیط بر مشخصه PV ، سلول خورشیدی را در حالت ایده آل در نظر گرفته ومشخصه خروجی آن را رسم می کنیم. در شکل زیر می بینید که با افزایش دمای کاری ، ماکزیمم توان خروجی سلول کاهش می یابد و در نتیجه بازدهی سلول نیز افت پیدا خواهد کرد.
شکل ۵-۴. منحنی خروجی I-V بر اساس دماهای کاری متفاوت
۵-۳- شبیه سازی در Simulink و نتایج
در زیر شماتیک مدل رسم شده در محیط simulink را مشاهده می کنید. یک سیگنال دندانه اره ای برای جاروب کردن مقادیر ولتاژ از صفر تا ماکزیمم(Voc) و یک سیگنال پله ای برای ایجاد مقادیر متفاوت تابش به باکس سلول خورشیدی وارد شده ومشخصه I-V و P-V آن توسط دو نمایشگر(scope) رسم میشود.
شکل ۵-۶ زیر سیستم حل معادله بازگشتی ولتاژ-جریان سلول در محیط سیمولینک سیمولینک
باکس PV module حاوی زیر سیستمی است که در آن معادلات سلول وارد شده است. در زیر محتویات این باکس را مشاهده می کنید. همانطور که در قسمت قبلی ذکر شد ، اگر بخواهیم مدل ۴ یا ۵ پارامتری pv را برای محاسبات و شبیه سازی در نظر بگیریم، علاوه براینکه معادله مداری ولتاژ-جریان pv به صورت بازگشتی در می آید، یک معادله بازگشتی دیگر هم داریم که با بهره گرفتن از آن، مقادیر مقاومتهای موازی(Rp و Rs ) تحت شرایط دما و تابش متفاوت ، بدست می آیند. در زیر سیستم(subsystem) مربوط به ماژول pv ، ابتدا یک حلقه بازگشتی برای حل معادله اصلی جریان-ولتاژ pv مشاهده می نمایید.
شکل ۵-۵. مدل سازی سلول در محیط سیمولینک
در نهایت برای باکس PV module
