روش نوین ردیابی نقطه حداکثر توان، برای سیستم های ترکیبی مبدل انرژی فوتوولتائیک/سلول سوخت
چکیده
در حال حاظر از دو واحد ردیابی نقطه حداکثر توان در سیستم های ترکیبی فوتوولتائیک (PV)/ سلول سوختی (FC) استفاده می شود، یکی برای زیرسیستم PV و دیگری برای قسمت FC، که این امر به شکل قابل توجهی به پیچیدگی پیاده سازی سیستم و همچنین افزایش هزینه می انجامد. این مقاله با معرفی روش نوین و یکپارچه MPPT با سرعت و دقت بالا برای استخراج حداکثر توان از سیستم های مبدل انرژی ترکیبی PV/FC به رفع این مشکل می پردازد. این روش تنها تکنیک MPPT یکپارچه ذکر شده در مقالات بوده که از یک الگوریتم تکی برای ردیابی مداوم نقاط حداکثر توان (MPPs) ماژول PV و بخش FC سیستم های ترکیبی PV/FC استفاده می کند. سیستم مبدل انرژی ترکیبی PV/FC برای ارزیابی کارایی روش ذکر شده ساخته شده است، و به شکل آزمایشی تایید شده که روش MPPT پیشنهادی روند MPPT بسیار دقیق و سریعی را اجرا کرده است، به شکلی که کارایی MPPT در زیرسیستم های PV و FC به ترتیب بالای 99.6 و 99.41 درصد بوده و زمان هم گرایی آن ها نیز بسیار کوتاه و به ترتیب 12 میلی ثانیه و 33 ثانیه می باشد. مقایسه بین روش MPPT پیشنهادی در این مقاله و روش های MPPT امروزی نیز انجام شده، که به شکلی صریح نشان دهنده بالاترین کارایی این روش (99.6% و 99.41%) و همچنین کوتاه ترین زمان همگرایی (12 میلی ثانیه) در مقایسه با روش های امروزی است. لازم به ذکر است که روش ارائه شده 2 وظیفه را انجام داده (ردیابی دو MPP) در حالی که دیگر روش ها تنها یک وظیفه (ردیابی 1 MPP) را انجام می دهند.
1. مقدمه
اخیرا استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، به خصوص انرژی بادی و خورشیدی [1و2]، به دلیل مشکلاتی چون کاهش قابلیت دسترسی سوخت های فسیلی افزایش چشمگیری داشته است. در عمل برای افزایش توان تولیدی و قابلیت اطمینان، منابع انرژی تجدیدپذیر غالبا با دیگر منابع نیرو ترکیب می شوند تا یک سیستم مبدل ترکیبی را مانند سیستم ترکیبی فوتوولتائیک (PV)/ سلول سوختی (FC) ایجاد کنند. یک سیستم PV/FC شامل زیرسیستم PV می شود که به عنوان منبع اصلی توان استفاده شده و یک بسته FC که معمولا به عنوان منبع قدرت آماده به کار استفاده می شود. این پیکربندی موجب می شود تا سیستم مبدل انرژی ترکیبی PV/FC قابل اعتمادتر و قابل کاربری در مصارف صنعتی باشد [4]. در حال حاظر از دو واحد ردیابی نقطه حداکثر توان در سیستم های ترکیبی فوتوولتائیک (PV)/ سلول سوختی (FC) استفاده می شود، یکی برای زیرسیستم PV و دیگری برای قسمت FC، که این امر به شکل قابل توجهی به پیچیدگی پیاده سازی سیستم و همچنین افزایش هزینه می انجامد. این مقاله با معرفی روش نوین و یکپارچه MPPT با سرعت و دقت بالا برای استخراج حداکثر توان از سیستم های مبدل انرژی ترکیبی PV/FC به رفع این مشکل می پردازد. این روش تنها تکنیک MPPT یکپارچه ذکر شده در مقالات بوده که از یک الگوریتم تکی برای ردیابی مداوم نقاط حداکثر توان (MPPs) ماژول PV و بخش FC سیستم های ترکیبی PV/FC استفاده می کنند.
5. جمع بندی
امروزه از دو واحد MPPT در سیستم های ترکیبی PV/FC استفاده می شود: یکی برای زیرسیستم PV و دیگری برای بسته FC، امری که به شکل قابل توجهی هزینه سیستم و پیاده سازی را افزایش می دهد. این مقاله با ارائه روش یکپارچه نوین پرسرعت و دقیق اقدام به رفع این مشکل نمود، روشی که تنها نمونه MPPT یکپارچه در مقالات تا به امروز است. نشان داده شد که این روش تنها از ولتاژ و جریان خروجی ماژول PV و بسته FC سیستم های ترکیبی PV/FC برای ردیابی همزمان MPPهای ماژول PV و بسته FC استفاده می کند. یک سیسنم ترکیبی تولید نیروی PV/FC ایجاد شد، و راندمان عالی روش MPPT یکپارچه به شکل آزمایشی به تایید رسید، به شکلی که کارایی MPPT در زیرسیستم های PV و FC به ترتیب برابر 99.60 و 99.41 درصد بود. همچنین زمان همگرایی آن ها به ترتیب 12ms و 33s اندازه گیری شد. این روش با روش های امروزی MPPT مقایسه شد که نشان دهنده بالاترین کارایی و کمترین زمان همگرایی بین تمامی روش ها بود. علاوه براین روش MPPT این مقاله برای نسخه های مستقل و جدولی PV، FC و سیستم های ترکیبی PV/FC نیز قابل کاربری است.
Abstract
Currently, two maximum power point tracking (MPPT) units are used in hybrid photovoltaic (PV)/fuel cell (FC) systems, one for the PV subsystem and the other one for the FC stack, which significantly complicates the system implementation, and increases cost. This paper addresses this problem by presenting a novel fast and highly accurate unified MPPT technique for extracting maximum output power from hybrid PV/FC energy conversion systems. It is the only unified MPPT technique reported in the literature that uses a single algorithm to concurrently track the maximum power points (MPPs) of both PV module and FC stack used in a hybrid PV/FC system. A hybrid PV/FC energy conversion system has been built to evaluate the performance of the method. It is experimentally verified that the proposed MPPT method performs a very fast and highly accurate MPPT process, so that, the MPPT efficiency in the PV and FC subsystems is more than 99.60% and 99.41%, respectively, along with a very short convergence time of at most 12 ms and 33 s, respectively. Comparison between the MPPT method presented in this work and the state-of-the-art MPPT methods has been also performed that explicitly demonstrates the method has the highest MPPT efficiencies (99.60%, and 99.41%) along with the shortest convergence time (12 ms) compared to the state-of-the-art MPPT methods, while it concurrently performs two tasks (tracking two MPPs) but others perform only one task (tracking one MPP).
1. Introduction
Recently, there has been a rapid increase in the use of renewable energy resources, in particular, solar and wind energy [1,2], due to the problems such as reduction in fossil fuels availability and environmental issues. In practice, to increase rated power and reliability, renewable power sources are often combined with other power sources to arrange a hybrid energy conversion system such as a hybrid photovoltaic (PV)/fuel cell (FC) system [3]. A hybrid PV/ FC system consists of a PV subsystem used as the main power source and a FC stack which is usually used as a standby power source. This configuration makes a hybrid PV/FC energy conversion system more reliable and applicable to industrial applications [4]. Currently, two maximum power point tracking (MPPT) units are used in a hybrid PV/FC system, one for the PV subsystem and the other one for the FC stack that significantly complicates the system implementation. In this study, a novel fast and highly accurate unified MPPT technique applicable to hybrid PV/FC systems is presented to address this problem. The technique uses a single algorithm to concurrently track the maximum power points (MPPs) of both PV module and FC stack.
5. Conclusion
Two MPPT units are currently used in hybrid PV/FC systems, one for the PV subsystem and the other one for the FC stack, which significantly increases the system cost and complication. This study addressed this problem by presenting a novel fast and highly accurate unified MPPT technique that is the only unified MPPT technique reported in the literature. It was shown that the method only uses the output voltages and currents of the PV module and FC stack used in a hybrid PV/FC system to concurrently track the MPPs of both PV module and FC stack. A hybrid PV/FC power generation system was constructed, and the excellent performance of the unified MPPT method was experimentally verified, so that, the MPPT efficiency in the PV and FC subsystems was measured as 99.60% and 99.41%, respectively, along with the convergence time of respectively 12 ms and 33 s. The method was compared to the state-of-the-art MPPT methods that demonstrated it provides the highest MPPT efficiencies along with the shortest convergence time. Furthermore, the MPPT technique presented in this study is applicable to both standalone and grid-connected versions of PV, FC and hybrid PV/FC systems.
چکیده
1. مقدمه
2. روش های MPPT قابل کاربری برای سیستم های PV و FC
2.1. روش های MPPT قابل کاربری در سیستم های PV
2.2. روش های MPPT قابل اعمال بر روی سیستم های FC
3. پیاده سازی روش MPPT پیشنهادی در سیستم ترکیبی PV/FC
3.1. زیرسیستم PV
3.2. زیرسیستم FC
4. نتایج آزمایشی و ارزیابی کارایی
4.1. نتایج آزمایشی مرتبط به زیرسیستم PV
4.2. نتایج آزمایشی مرتبط به زیرسیستم FC
5. جمع بندی
Abstract
1. Introduction
2. MPPT methods applicable to PV and FC systems
2.1. MPPT methods applicable to PV systems
2.2. MPPT methods applicable to FC systems
3. Implementation of the proposed MPPT method in a hybrid PV/FC system
3.1. PV subsystem
3.2. FC subsystem
4. Experimental results and performance evaluation
4.1. Experimental results related to the PV subsystem
4.2. Experimental results related to the FC subsystem
5. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه