دانلود شبیه سازی و بهینه سازی پنل های خورشیدی با الگوریتم های بهینه سازی متفاوت در متلب

پنل خورشیدی چیست

انرژی خورشیدی با خورشید آغاز می شود. پنل های خورشیدی (با اسم مخفف فتوولتاییک PV) برای تبدیل نور خورشید بکار می روند. این نور از ذرات انرژی به اسم فوتون ساخته شده است که به برق تبدیل می شود و سپس انرژی مصرفی بارهای الکتریکی از طریق آن تامین می شود. این ادوات برای طیف وسیعی از کاربردها در دسترس هستند و برق رسانی به اتاقک ها در نقاط دور، تجهیزات مخابراتی، تشخیص از راه دور، و تولید برق در سیستم های الکتریکی خورشیدی تجاری و مسکونی از آن جمله می باشند.

این واژه، معادل با ماژول فتوولتاییک تلقی می شود. یک ماژول فتوولتاییک یک سیستم متشکل از سلول های فتوولتاییک است که برای نصب در یک قاب (چهارچوب) قرار می گیرند. سلول های فتوولتاییک از نور خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند و انرژی برق جریان مستقیم را تولید می کنند. مجموعه ای از ماژول های PV ، یک پانل PV نامیده می شوند. سیستمی از پنل ها، یک آرایه است. آرایه های سیستم فتوولتاییک، برق خورشیدی را برای تجهیزات برقی تامین می کنند.

تاریخچه پنل های خورشیدی

توسعه انرژی خورشیدی، سابقه ای بالغ بر 100 سال دارد. در اولین روزها، انرژی خورشیدی صرفاً برای تولید بخار بکار می رفت که خود برای راه اندازی ماشین آلات کاربرد داشت. تنها پس از کشف اثر فتوولتاییک توسط ادموند بکرل بود که امکان تبدیل نور خورشید به انرژی برق فراهم گردید. پس از کشف بکرل ، چارلز فریتس در 1893 نخستین پنل خورشیدی واقعی را اختراع کرد. این دستگاه از ورقه های پوششی از سلنیوم، و لایه نازکی از طلا ساخته شده بود. از این شروع ناچیز، دستگاهی پدید آمد که امروزه به این اسم شناخته می شود. راسل اول ، یک مخترع آمریکایی عضو آزمایشگاه های بل، امتیاز اختراع اولین سلول خورشیدی سیلیکونی را در سال 1941 دریافت کرد. اختراع اول، منجر به تولید نخستین پنل خورشیدی در سال 1954، توسط همان شرکت شد. نخستین کاربرد رایج این ادوات در ماهواره های فضایی بود. برای اکثر افراد، نخستین بار که این ابزارها را در طول عمرشان رویت کردند، در ماشین حساب های جدید سرکا – 1970 قرار گرفته بود. امروزه، این ادوات و سیستم های کامل آنها، برای برق رسانی به طیف وسیعی از سیستم های کاربردی بکار می روند. بله صحیح است، این ادوات به صورت سلول های خورشیدی، هنوز در ماشین حساب ها مورد استفاده هستند. آن ها برای تامین برق خورشیدی برای تمامی خانه ها و ساختمان های تجاری، از جمله دفاتر گوگل در کالیفرنیا نیز کاربرد دارند.

صفحات خورشیدی چگونه کار می کنند

پنل های خورشیدی، منابع انرژی تجدیدپذیر را به صورت نورخورشید دریافت می کنند، و نور را به برق تبدیل می کنند. این برق برای تامین انرژی مصرفی بارهای الکتریکی بکار می رود. این ابزارها از چندین سلول خورشیدی جداگانه ساخته شده اند که خود از لایه های سیلیکون، فسفر (تولیدکننده بار منفی) ، و بور (تولید کننده بار مثبت) ساخته می شوند. این ادوات، فوتون ها را جذب می کنند و در حین انجام این کار، یک جریان الکتریکی تولید می شود. انرژی ناشی از فوتون های برخوردکننده به سطح آنها، منجر به خروج الکترون ها از مدارات اتمی مربوطه، و آزاد شدن در میدان الکتریکی ناشی از سلول های خورشیدی می شود. این میدان، الکترون های آزادشده را به سمت جریان جهت دار هدایت می کند. از کُل این فرایند، تحت عنوان اثر فتوولتاییک یاد می شود. یک خانه معمولی، دارای مساحت کافی روی پشت بام خانه است تا تعداد لازم از این ادوات در آن قرار بگیرند. بدین ترتیب حجم کافی از انرژی خورشیدی  تولید شده تا تمام نیازهای برقی را تامین بکند. انرژی تولید شده اضافه نیز به شبکه اصلی برمی گردد. بدین ترتیب بهای برق شبانه تامین می شود. برنامه های اندازه گیری شبکه ، به مالکان مولدهای خورشیدی این امکان را می دهند تا در صورتی که سیستم برقی بیشتر از حد موردنیاز خانه را تولید بکند ، درآمدی را کسب بکنند. در سیستم های خورشیدی خارج از شبکه، یک بانک باتری، کنترل کننده شارژ، و در بسیاری موارد یک اینورتر، اجزای ضروری محسوب می شوند. آرایه خورشیدی، برق dc را از طریق کنترل کننده شارژ به بانک باتری می فرستد. سپس توان از بانک باتری به اینورتر رفته و در آنجا از dc به ac تبدیل شده و برای سیستم های غیر dc کاربرد خواهد داشت. با کمک یک اینورتر، آرایه های پنل خورشیدی در اندازه ای قرار گرفته که برای تامین برق بارهای ساختمان های مسکونی و تجاری ، وسایل تفریحی و قایق ها، اتاقک های دورافتاده، خانه روستایی، خانه های بزرگ، کنترل از راه دور ترافیک، تجهیزات مخابراتی، نظارت بر جریان های گاز و نفت، RTU، SCADA و خیلی موارد دیگر بکار می روند.

مزایای پنل های خورشیدی

استفاده از پنل های خورشیدی، یکی از کاربردی ترین روش ها برای تولید برق برای حالت های کاربردی مختلف است. رایج ترین کاربرد، تامین نیازهای مسکونی خارج از شبکه است. منظور از زندگی خارج از شبکه، یعنی زندگی در مکانی که توسط شبکه اصلی برق رسانی نمی شود. اتاقک ها و خانه های دورافتاده ، کاملاً از سیستم های انرژی خورشیدی سود می برند. دیگر نیازی به پرداخت هزینه های چشمگیر ، برای نصب تیربرق ها، و کابل کشی از نزدیک ترین نقطه دسترسی شبکه اصلی نیست. سیستم برق خورشیدی قطعاً ارزان تر است و در صورت نگهداری مناسب، تا سه دهه قدرت برق رسانی دارد. سوای این موضوع که این ادوات امکان زندگی خارج از شبکه برق را فراهم می سازند ، شاید بزرگترین منفعت آنها، تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر باشد. با ایجاد تغییرات جوی جهانی، بسیار مهم است که هر کاری از دستمان برمی آید انجام بدهیم تا فشار ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای بر جو زمین از بین برود. این صفحات دارای هیچ بخش متحرکی نیستند و به نگهداری کمی نیاز دارند. آن ها با دوام بالا ساخته می شوند و در صورت نگهداری صحیح، برای دهه ها کار خواهند کرد. آخرین منفعت پنل ها و انرژی خورشیدی که دست کمی از بقیه ندارد، این است که پس از اینکه سیستم هزینه های نصب اولیه را پوشش بدهد، برق تولیدی برای بقیه طول عمر سیستم، که با توجه به کیفیتش 15-20 سال خواهد بود ، کاملاً رایگان است. برای مالکان سیستم های خورشیدی متصل به شبکه، منافع از لحظه آنلاین شدن سیستم آغاز می شوند. به صورت بالقوه، قبض های برق حذف می شوند و بهترین چیز اینکه مالک از شرکت برق، درآمد اضافه کسب می کند اما چطور؟ اگر توانی کمتر از تولید سیستم خورشیدی مصرف بکنید، می توان برق اضافه را به قیمت مناسب به شرکت برق رسانی فروخت. استفاده از آنها برای تامین برق مورد نیاز ، منافع و کارکردهای متعددی دارد که در اینجا بدلیل زیاد بودن قابل فهرست کردن نیستند.

نهایتا، همانطور که در خلاصه توضحات پروژه نیز ذکر شد، این شبیه سازی در محیط نرم افزار متلب (MATLAB) پیاده سازی و شبیه سازی شده و در ادامه نیز یکی از شکل موج های خروجی مربوط به آن قرار داده شده و توضیحات و شکل موج های خورجی دیگر نیز در داخل فایل گزارشکار، موجود می باشند.