روش ولتاژ مدار باز یکی از ساده‌ترین روش‌های مبتنی بر مدل است که بر اساس رابطه تقریباً خطی بین ولتاژ مدار باز (V_OC) و ولتاژ ماکزیمم توان (V_MPP) در شرایط مختلف جوی ارائه شده است.

که K یک مقدار ثابت و کوچک‌تر از یک است و به پنل خورشیدی وابسته است و با اندازه گیری مقادیر V_OC و V_MPP در شرایط مختلف جوی، به صورت تجربی تعیین می‌شود. در این روش با بهره گرفتن از رابطه (۴-۱) و با دانستن­­ V_OCمی­توان مقدار تقریبی V_MPP را محاسبه کرد و با تنظیم ولتاژ خروجی پنل خورشیدی در V_MPP ماکزیمم توان آن را دریافت کرد.
الگوریتم کلی روش‌های ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه
در این روش پنل خورشیدی موقتاً از بار ایزوله شده و V_OC اندازه گیری می‌شود. سپس نقطه کاری صحیح را با بهره گرفتن از رابطه و مقدار K داده شده محاسبه می‌کند. این عمل به طور پریودیک برای ردیابی حداکثر نقطه توان تکرار می‌شود. اگر چه این روش بسیار ساده است اما انتخاب مقدار بهینه k مشکل است. این روش این مشکل را با انتخاب مقدار k در رنج ۸۰%- ۷۳% حل می‌کند.این روش به سادگی با سخت افزار آنالوگ پیاده سازی می‌شود. با این حال راندمان ردیابی نقطه حداکثر توان در این روش پایین است. در واقع اندازه گیری ولتاژ V_OC به یک وقفه آنی توان احتیاج دارد.[۲۷]

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

روش جریان اتصال کوتاه نیز مانند روش ولتاژ مدار باز است یعنی رابطه تقریباً خطی بین جریان اتصال کوتاه( I_SC) و جریان ماکزیمم توان (I_MPP) در شرایط جوی وجود دارد(k بین ۸/ تا ۹/).

در این روش با محاسبه مقدار I_MPP با بهره گرفتن از رابطه بالا و تنظیم جریان خروجی پنل برابر این مقدار می‌توان ماکزیمم توان را ردیابی کرد. در این روش نیز برای تعیین Isc بار را از پنل خورشیدی جدا می‌کنند و با بهره گرفتن از مدار اندازه گیری مقدار آن را تعیین می‌کنند..
برای پیاده سازی این الگوریتم یک سوئیچ بین دو ترمینال خروجی پنل خورشیدی جا سازی شده است. سوئیچ لحظه ای کوتاهی روشن شده و جریان اتصال کوتاه اندازه گیری می‌شود و با بهره گرفتن از روایط جریان حداکثر توان محاسبه می‌شود. این عمل به طور پریودیک تکرار می‌شود.
این روش از روش ولتاژ مدار باز دقیق‌تر و بهینه تر است با این حال معمولاً روش ولتاژ مدار باز مورد استفاده قرار می‌گیرد چرا که مشکلات محاسبه جریان اتصال کوتاه و نیاز به وسایل اندازه ­گیری بیشتر هزینه پیاده­سازی این روش را افزایش می‌دهد. در عمل اندازه ­گیری ولتاژ مدار باز ساده تر از جریان اتصال کوتاه است چرا که مدار باز کردن یک پنل خورشیدی به سادگی صورت می‌گیرد اما اتصال کوتاه کردن آن یعنی ایجاد یک مقاومت صفر در ترمینال خروجی آن که قابل قبول نیست. [۲۷]
مشکلات دو روش بالا را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
به اطلاعات و مشخصات پنل خورشیدی از قبل نیازمندیم.
مشخصات تمام آرایه‌ها یکسان فرض می‌شود و نمی‌توان آرایه­های آسیب دیده و یا سایه زده را در نظر نگرفت.
نیاز به وقفه­های متناوب در سیستم داریم و این برای آرایه‌هایی که دارای مقادیر نامی بزرگ می‌باشند دشوار است.
در پریودهای که منبع جدا می‌شود سبب بروز تلفات توان می‌شود.
اگر شرایط آب و هوایی سریع تغییر کند نیاز به تست‌های بالا تر می‌ باشیم که این امر سبب افزایش تلفات می‌شود.
جهت رفع مشکل باز کردن متناوب پنل خورشیدی از بار، الگوریتم جدیدی ارائه شده است که در آن از سلول خورشیدی کوچک به نام سلول ارتباطی استفاده می‌شود. در این الگوریتم روش ولتاژ مدار باز یا روش جریان اتصال کوتاه مورد استفاده قرار می‌گیرد ولی اندازه های Voc و Isc از طریق یک سلول خورشیدی کوچک انجام شده که مشخصات مشابهی با سلول‌های پنل خورشیدی دارد. با صرف نظر کردن از تلفات توان پنل خورشیدی درحین اندازه ­گیری Voc و Ics، یک مقدار k بهینه همیشه مطرح است. همچنین این روش یک اشکال محاسبه ای دارد و آن اینکه می‌بایست پارامترهای پنل خورشیدی با سلول ارتباطی دقیقاً یکسان باشد. بنابراین باید مشخصه سلول ارتباطی با مشخصه سلول خورشیدی مرتباً کالیبره شود که این امر هزینه را افزایش می‌دهد. باید توجه شود که این دو روش فقط بر پنل خورشیدی قابل پیاده­سازی می‌باشند چرا که در پیل سوختی نباید تغییرات سریع توان داشته باشیم.

۳-۲-۲روش P&O

روش P&O یکی از ساده‌ترین روش­های مستقل از مدل است که مورد توجه محققان قرار گرفته است. این روش را می‌توان با اعمال یک اغتشاش در سیگنال مرجع ولتاژ پنل خورشیدی یا سیگنال مرجع جریان پنل خورشید یپیاده سازی نمود. الگوریتم مذکور تحت عنوان روش “”hill climbing نیز شناخته می‌شود. که در آن X سیگنال مرجع می‌باشد. با قرار دادن X=V ، بر اساس این الگوریتم ولتاژ لحظه ای پنل خورشیدی، ولتاژ حداکثر توان را به کمک ولتاژ و توان لحظه قبل دنبال می‌کند. با اعمال تغییرات کوچک و ثابتی ©به عنوان اغتشاش، ولتاژ پنل خورشیدی تغییر می‌کند به عبارتی نقطه کار سیستم تغییر می‌کند. در این حالت تغییرات ولتاژ در راستای C بوده ولی تغییرات توان می‌تواند در راستای یا خلاف C (مثبت یا منفی) باشد. اگر مثبت باشد توان به MPP نزدیک شده است پس تغییرات اعمالی در جریان برای مرحله بعد باید در همان جهت باشد. اگر منفی باشد توان از MPP دور شده است پس تغییرات باید معکوس حالت قبل باشد تا توان به سمت MPP باز گردد. اندازه اغتشاشات اعمال شده به سیستم، عامل تعیین کننده ­ای در سرعت همگرایی الگوریتم به پاسخ نهایی و دامنه نوسانات آن می‌باشد. بدین صورت که هر قدر اندازه اغتشاش بزرگ‌تر باشد الگوریتم سریع‌تر مقدار ماکزیمم را می‌یابد اما دامنه نوسانات حالت پایدار آن بزرگ‌تر است. به عبارتی سرعت پاسخ این الگوریتم با مقدار نوسانات در حالت پایدار در تقابل است. استفاده از مقدار اغتشاش متغیر یک راه حل برای غلبه بر این تقابل می­باشد. در این روش دامنه اغتشاش، بر اساس میزان تغییرات توان بر حسب اغتشاش اعمال شده قبلی تعیین شود. یعنی در نزدیکی نقطه MPP دامنه اغتشاش کوچک و در نقاط دور از نقطه MPP دامنه اغتشاش بزرگ انتخاب می­گردد. به عنوان مثال در [۲۸] مقدار اغتشاش را شیب منحنی توان- جریان قرار داده است. در نقطه حداکثر توان شیب منحنی توان- جریان صفر است و با دور شدن از آن مقدار شیب منحنی افزایش می‌یابد.

که در آن تغییرات توان، تغییرات جریان، M ضریب تنظیم، I[k] و I[­­­­­­­k+1] مقادیر جریان قبل و بعد از اعمال اغتشاش kام می‌باشند. در صورتی که سیگنال مرجع، ولتاژ پنل خورشیدی باشد می‌توان مقدار اغتشاش را متناسب با شیب منحنی توان- ولتاژ قرار داد.

استفاده از مقدار اغتشاش متغیر مشکل سرعت پاسخ و نوسانات حالت پایدار را بهبود می‌دهد اما در صورت تغییرات سریع نقطه کار سیستم این الگوریتم دچار اشتباه می‌شود. برای رفع این مشکل روش‌های مختلفی ارائه شده است. مثلاً در [۲۹ و ۳۱] شرط جدیدی به روش P&O اضافه کرده است در [۳۰] روش P&O با روش ولتاژ مدار باز ترکیب شده است و روش جدیدی به وجود آورده است.
محاسن و مزایای روش P&O

۱)سادگی تئوری عملکرد
۲) سادگی در پیاده سازی
۳) به اطلاعات قبلی از منبع نیازمند نمی‌باشد.
۴) قابل استفاده برای کاربردهای عمومی مختلف
مشکلات و معایب اصلی روش P&O :
۱)در این روش زمانی که ولتاژ به نقطه‌ی ردیابی نقطه حداکثر توانمی‌رسدنمی‌تواند در این نقطه باقی بماند و دائماً در نزدیکی این نقطه نوسان می­ کند و در نتیجه این ولتاژ در اطراف ولتاژ حداکثر توان تغییر پیدا خواهد کرد.
۲)حساسیت نویز در این روش بسیار بالا می‌باشد.
۳) این روش می‌تواند در چندین نقطه MAX عمل کند اگر سلول‌ها دچار آسیب و یا قسمت سایه دار شوند.

۳-۲-۳روش های ترکیبی

در مقاله [۳۲]نوع جدید از روش های ردیابی حداکثر توان ارائه شده است. این الگوریتم که به الگوریتم هیبرید موسوم است دارای دو مرحله می باشد. مرحله اول محاسبه نقطه کار است و مرحله دوم تنظیم دقیق. در آنجا، مرحله اول یعنی محاسبه نقطه کار، با بهره گرفتن از ولتاژ مدار باز و معادلات۳-۸و ۳-۹ ولتاژ حداکثر توان تخمین زده می شود. در مرحله دوم، مقدار دقیق ولتاژ حداکثر توان با بهره گرفتن از روش کلاسیک اغتشاش و مشاهده^[۲۱] و با دامنه و فرکانس ثابت و کوچک اغتشاش دنبال می شود. در این قسمت، روش مقاومی^[۲۲] برای دنبال کردن نقطه توان حداکثر پیشنهاد می شود. این روش نیز جزء روش های هیبرید طبقه بندی می شود. در این روش به جای محاسبه ولتاژ حداکثر توان، جریان حداکثر توان() محاسبه می شود که این باعث افزایش بهره وری و دقت می گردد [۲۷] . الگوریتم کلی در شکل ۳-۶ نشان داده شده است. در این روش علاوه بر ضرایب K_I، K_V،V_OCNو غیره که در روش قبلی مقادیر لازم و اولیه بودند و توسط سازنده پنل خورشیدی داده می شدند، مقادیر a، R_S و R_P نیز مقادیر لازم و اولیه هستند. این مقادیر با جایگذاری سه نقطه و مربوط به پنل در شرایط استاندارد () در معادله و حل مجموعه معادلات زیر، بدست می آید.

‏۳‑۱۰

مقادیر لحظه ای ولتاژ، جریان و دمای پنل خورشیدی اندازه گیری شده و I_PVتنها متغیر وابسته به شدت نور و همچنین دما است با بهره گرفتن از معادله محاسبه می گردد. در این معادله V_Tو I_O که به دما وابسته هستند توسط معادله و معادله به روز می شوند.

‏۳‑۱۱

با محاسبه I_PV معادله مقدار I_SC را می دهد. در این معادله که به صورت بازگشتی حل می شود، در هر مرحله I_SC مرحله قبل جایگزین می شود و این پروسه m بار تکرار می گردد. وقتی که I_SC دیگر تغییر نکند، I_SCبدست آمده است. تعداد دفعات تکرار معمولا عدد کوچکی است از آنجا که تخمین اولیه به مقدار واقعی نزدیک می باشد.