مقدمه
سیستم های PV به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی تجدیدپذیر شناخته می شوند، زیرا آنها به صورت یک راه حل مؤثر و مفید برای مشکلات محیطی در نظر گرفته می شوند. سیستم منبع انرژی PV می تواند در دو مد اتصال به شبکه یا مستقل تحت شرایط سیستمی و باری متفاوت کار کند. سیستم های PV متصل به شبکه معمولاً در سیستم تولید توزیع شده برای تزریق انرژی به شبکه بکار می روند. یک سیستم بر پایه PV مستقل، از نظر اقتصادی جایی برتر است که منابع انرژی دیگر ناممکن یا دشوار برای استفاده می باشند، مثل در کاربردهای موبایل، حمل و نقل و سیستمهای ماهواره ای. متأسفانه سیستم های PV از سه مشکل اصلی رنج می برند: 1) هزینه ساخت و سرهم بندی بالا، 2) بازده تبدیل انرژی پایین خصوصاً تحت شرایط آب و هوایی متغیر و 3) غیرخطی های بین توان و جریان خروجی آرایه PV.
مشخصه های توان و جریان آرایه PV به طور زیادی غیرخطی است و بوسیله تابش و تغییر دما تحت تأثیر قرار می گیرد. بنابراین یک ردیابی نقطه توان ماکزیمم (MPPT) برای سروکارداشتن با چنین مشکلاتی و اطمینان از اینکه سیستم PV در نقطه توان ماکزیمم (MPP) کار می کند، لازم است. تعداد زیادی تکنیک های MPPT پیشنهاد شده است که در سادگی، دقت، زمان پاسخ، محبوبیت، هزینه و جنبه های تکنیکی دیگر با هم فرق می کنند.از تکنیکهای MPPT می توان روش اختلال و آشفتگی (P&O)، روش کندوکتانس افزایشی و روش بر پایه منطق فازی را نام برد که در این نوشتار به بررسی روش P&O خواهیم پرداخت.
معرفی و نحوه عملکرد روش اختلال و آشفتگی
روش اختلال و آشفتگی بعلت شهودی بودن و سهولت پیاده سازی، معمول ترین تکنیک MPPT برای آرایه های خورشیدی است که نیازی به اندازه گیری جریان اتصال کوتاه یا ولتاژ مدار باز ندارد. این روش به طور تناوبی ولتاژ ترمینال آرایه یا جریان را آشفته کرده و توان خروجی PV را با مقدار آن در سیکل آشفتگی قبلی مقایسه می کند. در کل، اگر یک آشفتگی افزایش در ولتاژ کاری آرایه PV باعث یک افزایش در توان خروجی شود، سیستم کنترل به سمت نقطه کاری آرایه PV در همان جهت حرکت می کند؛ در غیر اینصورت آشفتگی به جهت مخالف تغییر داده می شود. این فرآیند ادامه می یابد تا نقطه توان ماکزیمم (MPP) بدست آورده شود. تعداد زیادی از روشهای اختلال و آشفتگی متفاوت وجود دارد. در تکنیک P&O کلاسیک، آشفتگی های نقطه کاری آرایه دارای یک دامنه ثابت است. در تکنیک P&O بهینه شده، متوسطی از چندین نمونه از توان آرایه برای به طور دینامیک تنظیم دامنه آشفتگی استفاده می شود. شکل 1 تکنیک P&O کلاسیک را نشان می دهد که در آن آشفتگی های بکار رفته برای مبدل dc/dc دارای یک دامنه ثابت است.
مشکلات روش P&O مرسوم
1.نوسان حالت ماندگار حول نقطه توان ماکزیمم
در روش P&O مرسوم، توان P با استفاده از مقدارهای اندازه گیری شده ولتاژ (V) و جریان (I) آرایه PV محاسبه می شود. الگوریتم یک اختلال ( ΔV) در V بر اساس تغییر توان به شرح زیر ایجاد می کند:
در معادله فوق شیب (slope) جهت اختلال را نشان می دهد، یعنی به راست (بالارونده) یا به چپ (پایین رونده). به وضوح اندازه اختلال یعنی ΔV بحرانی است، اگر بزرگ باشد، همگرایی سریع است اما باعث نوسان بزرگ در P می شود و برعکس. هر چه که باشد، الگوریتم باعث می شود تا نقطه عملیاتی به طور مداوم در اطراف MPP نوسان کند، همانند چیزی که در شکل 2 نشان داده شده است. به وضوح، افت بیشتر است اگر اندازه اختلال بزرگ باشد. نوسان به شدت نامطلوب است چون نتیجه آن تلفات انرژی قابل توجه است.
2.واگرایی از مکان استقرار
جدا از تلفات حالت ماندگار، P&O ثابت شده است که از محل استقرارش واگرا می شود، یعنی به دور از MPP حرکت می کند. این واگرایی معمولاً زمانی که یک تغییر تدریجی از تابش اتفاق می افتد، به وقوع می پیوندد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، فرض می کنیم که در شروع، P&O نقطه توان ماکزیمم را در نقطه A ردیابی کند. بنابراین، نقطه کاری حول و حوش MPP نوسان می کند، یعنی به صورت عقب و جلو بین نقاط A ، B و ‘B حرکت می کند. بیایید حالتی را در نظر بگیریم که به موجب آن در حالیکه به سمت A حرکت می کند، تابش به تدریج شروع به افزایش کند. نقطه کاری در عوض B به C می رسد. در این وضعیت، الگوریتم فرض می کند که اختلال در جهت افزایش توان است. به عنوان یک نتیجه، نقطه کاری به دور از MPP حرکت می کند، یعنی مسیر A-C-D-E را دنبال می کند، شکل 3 الف). در نتیجه نقطه کاری از MPP دور می شود و اگر تابش به طور پیوسته افزایش یابد، این کار را ادامه خواهد داد.
شکل 3) از دست رفتن جهت ردیابی بوسیله روش اختلال و آشفتگی، الف) به سمت چپ، ب) به سمت راست