Universitatea din PiteştiFacultatea de Electronică, Comunicaţii şi Calculatoare

MASTER I.E.S.I. - ANUL I

CIRCUITE ELECTRICE PENTRU

IMPLEMENTAREA SISTEMELOR

INTELIGENTE

Proiect Algoritmi Fuzzy

Masteranzi:

Piteşti, 2010

1

CUPRINS

Scopul şi obiectivele urmărite..............................................................................................................3

Date de proiectare...............................................................................................................................4

Date de proiectare panou fotovoltaic putere - tensiune.........................................................................4

Date de proiectare panou fotovoltaic putere - curent.............................................................................4

Analiza teoretică..................................................................................................................................5

Descrierea sistemului...........................................................................................................................7

Modelarea panoului fotovoltaic putere - tensiune................................................................................8

Modelarea convertorului CC - CC...........................................................................................................13

Implementarea contoller-ului cu logică fuzzy........................................................................................16

Implementarea algoritmului "Perturb and Observe".............................................................................19

Simularea sistemului..........................................................................................................................20

Modelarea panoului fotovoltaic putere - curent.................................................................................25

Detectorul fuzzy de punct maxim de putere .........................................................................................28

Fuzzyficarea........................................................................................................................................29

Algoritmul bazat pe reguli fuzzy.........................................................................................................29

Defuzzyficarea....................................................................................................................................30

Simularea detectorului fuzzy..............................................................................................................33

Construirea MPPT-ului fuzzy..................................................................................................................34

Rezultatul simulărilor şi măsurătorilor...................................................................................................35

Concluzi..............................................................................................................................................40

Bibliografie.........................................................................................................................................41

2

SCOPUL ŞI OBIECTIVELE URMĂRITE

Electricitatea obţinută prin metoda fotovoltaică este văzută ca o sursă importantă şi

regenerabilă de energie. Matricea fotovoltaică este o sursă de curent instabilă deoarece punctul

maxim de putere depinde de nivelul de temperatură şi de radiaţie. Urmărirea punctului maxim

de putere este necesară pentru eficienţă maximă.

În această lucrare, se prezintă o metodă de urmărire a punctului maxim de putere pentru

panoul fotovoltaic.Se vor simula şi compara performanţele între controller-ul logic fuzzy şi

metoda de “Perturb and Observe”, o metodă utilizată pentru determinarea eficientă a punctului

maxim de putere. Se va arăta eficienţa controller-ului logic fuzzy de a genera mai multă energie

şi cu un timp de răspuns mai rapid la schimbările mediului în care se lucrează.

Rezultate teoretice şi experimentale sunt utilizate pentru a prezenta avantajele şi limite

tehnicii propuse.

Lucrarea va avea două aplicaţii, panou fotovoltaic caracterizat din punct de vedere

putere- tensiune şi panou fotovoltaic caracterizat din punct de vedere putere-curent.

3

DATE DE PROIECTARE (INTRĂRI/IEŞIRI)

Date de proiectare panou fotovoltaic putere - tensiune

Parametrii de intrare fuzzy sunt:

- dP/dV – derivata parţială a puterii în funcţie de tensiune a celulei

- D variaţia stării active

Parametrul de ieşire este:

- D – starea activă

Acestea sunt utilizate pentru a genera un convertor MPP (maxim power point) optim al

stării active, pentru ca panoul solar să genereze putere maximă în condiţie de operare

diferită.

- sistemul fotovoltaic include un panou solar, un convertor CC – CC, un dispozitiv de

urmărire cu logică fuzzy a MPP-ului.

Date de proiectare panou fotovoltaic putere - curent

Parametrii de intrare fuzzy sunt:

- dP/dI – derivate parţială a puterii în funcţie de curentul celulei

- ( dP/dI) – variaţa dP/dI

- D variaţia stării active

Parametrul de ieşire este:

- D – starea activă

Aceste sunt utilizate pentru a genera un convertor MPP (maxim power point) optim al

stării active, pentru ca panoul solar să genereze putere maximă în condiţie de operare

diferită.

- sistemul fotovoltaic include un panou solar, un convertor CC – CC, un dispozitiv de

urmărire cu logică fuzzy a MPP-ului.

4

ANALIZA TEORETICĂ

În zilele noastre energia fotovoltaică a devenit un mare interes mai ales datorită apariţiei

unor panouri solare cu preţuri şi eficienţe acceptabile. Mai mult, switch-uri semiconductoare de

putere sunt capabile să lucreze la frecvenţe mari şi rată de putere care să asigure conversia

energiei cu înaltă eficienţă.

Utilizarea dispositivelor în aplicaţii individuale sau în reţele interconectate de panouri

solare a crescut considerabil în ultimile decenii. Aceste aplicaţii includ pomparea apei, aer

condiţionat, surse de lumină, vehicule electrice, centrale electrice fotovoltaice, aplicaţii militare

şi spaţiale. Eficienţa conversiei energie solare este în strânsă legătură cu capacitatea maximă de

extragere a energiei din sistemele fotovoltaice.

Din păcate, panourile fotovoltaice au cost de fabricare ridicat şi o eficienţă scăzută la

conversia energiei. În plus, au o dependenţă neliniară între temperatură şi nivel de radiaţie şi

caracteristicile curent – tensiune. Nivelul de operare corespunzător punctului maxim de putere se

modifică neliniar cu condiţiile de mediu (radiaţie solară, temperatură şi nivel de degradare).

Principalul motiv pentru eficienţa electrică scăzută a sistemelor fotovoltaice este variaţia

neliniară a tensiunii şi curentului de ieşire în funcţie de nivelul de radiaţie solară, temperature de

operare, curentul şi îmbătrânirea circuitelor. Pentru a contracara aceste probleme punctul maxim

de putere al unui sistem fotovoltaic (aflat într-o anumită condiţie de mediu) este urmărit utilizând

algoritmi online/offline iar nivelul de operare al sistemului este forţat spre un optim.

Capacitatea maximă de extragere a puterii este obţinută prin metode dinamice şi statice.

În metodele dinamice punctul maxim de putere (MPP) este atins prin urmărirea mişcării soarelui.

Această abordare nu este potrivită pentru conversia energiei solare în dispositive de capacitate

mică şi medie datorită costului mare şi a energie consumate. În metoda statică, utilizată pentru

dispozitivele de capacitate mică, punctul maxim de putere este detectat folosind convertorul de

putere cu frecvenţe înalte care ajustează în continuu punctul de operare pentru a fi maxim.

În literatura de specialitate sunt descrise câteva metode de urmărire a punctului maxim de

putere într-un generator fotovoltaic. Metoda “Perturb and Observe” (P&O) este utilizată pe scară

5

largă în abordările pentru determinarea punctului maxim de putere. În această metodă nivelul de

operare a panoului solar este modificat în continuu prin creşterea şi descreşterea tensiunii de

operare a panoului şi observarea efectelor la puterea emisă de panoul solar[1]. Metoda este

bazată pe minimizarea erorilor dintre o tensiune de referinţă fixă sau variabilă şi tensiunea emisă

de panoul fotovoltaic[2].

Controller-ul fuzzy poate fi mai adecvat în acest caz când sistemul este puternic neliniar.

Metoda este eficientă şi atunci când se întâlnesc perturbaţi şi incertitudini. Mai mult această

metodă este eficientă în aplicaţiile în care există multă experienţă în operarea centralelor

electrice deoarece aceste cunoştinţe pot fi încorporate sub formă de reguli[1].

Teoria fuzzy bazată pe mulţimi şi algoritmi fuzzy ne oferă un instrument general de

exprimarea regulilor lingvistice pentru a fi procesate rapid de către calculator.

În această lucrare vom descrie modelul unui panou fotovoltaic şi un model obişnuit şi a

unui convertor de energie lucrând în conducţie continuă, apoi le vom combina cu alte blocuri

existente în acest sistem. Nivelul de operare al panoului este setat la punctul maxim de putere

prin ajustarea stării active a convertorului de energie utilizând metoda controlului fuzzy logic. În

final, vom face o simulare comparativă între controller-ul fuzzy şi metoda „P & O” pentru a

determina performanţele în procesul de urmărire a punctului maxim de putere.

6

DESCRIEREA SISTEMULUI

Diagrama circuitului de conversie a energiei este prezentată in figura1. Sistemul conţine

un panou fotovoltaic, un convertor de energie CC-CC, o unitate de control si sarcină rezistivă.

Primul pas în dezvoltarea sistemului este panoul solar. Caracteristica curent - tensiune (I-

V) a unui panou depinde de temperature şi de radiaţia solară. Cele mai importante trei

caracteristici ale panoului fotovoltaic sunt: curentul de scurt circuit, tensiunea cand curentul este

0 şi and the MPP funcţie de temperatura şi nivel de radiaţie.

Stadiul puterii este bine cunoscutul convertorul de energie a cărui stare activă este

ajustată în continuu pentru a urmării punctul maxim de putere care poate fi livrat de panoul

fotovoltaic la o anunită temperatură şi radiaţie.

Urmărirea punctului maxim de putere se realizează cu un control bazat pe logică fuzzy şi

are ca obiectiv obţinerea a cât mai multă putere dintr-un panou fotovoltaic prin ajustarea

continuă a stării active a convertorului CC-CC. Acest nivel corespunde punctului maxim de

putere pe curba caracteristică a panoului fotovoltaic.

7

Figura 1. Schema conversiei de putere

MODELAREA PANOULUI FOTOVOLTAIC PUTERE - TENSIUNE

Cel mai general model pentru o celulă solară, derivată din caracteristica fizică, este

modelul cu o diodă. În figura 2 este prezentat circuitul echivalent al unei celule fotovoltaice unde

sursa de curent generează curent direct proporţional cu nivelul de radiaţie solară[1].

8

Figura 2. Circuitul echivalent al unei celule fotovoltaice

Modelul matematic care face o legătură între curentul de ieşire şi tensiunea de ieşire este

prezentat sub forma următoarei expresii:

unde – este curentul foto generat

- este curentul scurs prin dioadă

– este tensiunea termică

- factorul ideal al diodei

şi - sunt rezistenţe în serie şi paralel

În figura 3 şi 4 sunt prezentate carcateristicile curent – tensiune şi putere – tensiune, sub

nivele diferite de radiaţie .

9

Figura 3. Caracteristica curent – tensiune a panoului fotovoltaic

Figura 4. Caracteristica putere – tensiune a panoului fotovoltaic

10

Figura 5 Caracteristica I-V a unui panou fotovoltaic la un nivel de radiatie de 1000W/m2 la

temperaturi variate

11

Figura 6 Caracteristica P-V a unui panou fotovoltaic la un nivel de radiatie S şi o temperatură

constantă de 250C

12

Figura 7 Caracteristica P-V a unui panou fotovoltaic pentru diferite valori ale temperaturii T la

un nivel de radiaţie de 1000W/m2

13

Figura 8 Schema unui panou solar

MODELAREA CONVERTORULUI CC - CC

În figura 9 este prezentat circuitul electric al convertorului. Comutatorul este responsabil

pentru modularea transferului de energie de la sursă către sarcină prin varierea ciclului D.

Relaţia dintre tensiunea de intrare şi de ieşire a convertorului de energie este dată de:

14

Figura 9. Circuit convertor

Relaţia dintre câştigul de tensiune a convertorului şi starea activă nu este liniară. Câştigul

de tensiune creşte, respectiv descreşte prin creşterea/descreşterea stării active a convertorului.

Astfel, crescând/scăzând starea activă a convertorului implică mutarea către stânga/dreapta pe

partea caracteristicii I - V a punctului de operare a panoului solar.

Circuitul echivalent a convertorului în stările PORNIT şi OPRIT ale comutatorului este

prezentat în figurile următoare.

(a)Starea Pornit

15

(b)Starea Oprit

Figura 10. Circuitele echivalente ale convertorului în cele două stări: pornit şi oprit

Starea PORNIT

Starea pornit este descrisă de ecuaţiile următoare:

(3)

Starea OPRIT

16

Starea oprit este descrisă de următoarele ecuaţii:

(4)

Presupunând că acest convertor funcţionează în modul conducţie continuă, modelul uzual

este dat de următoarele expresii:

(5)

IMPLEMENTAREA CONTROLLER-ULUI CU LOGICĂ FUZZY

Metoda se bazează pe tehnica observare/modificare, în care variabilele de intrare sunt

reprezentate prin panta curbei P-V şi de perturbaţia iniţială a stării active . Aceste

variabile sunt exprimate ca variabile lingvistice notate astfel:

PM(BP) - pozitiv maxim

Pm(SP) - pozitiv minim

NM(BN) - negativ maxim

Nm(SN) - negativ minim

17

Primul pas constă în fuzificarea variabilelor de intrare folosing funcţii de apartenenţă

trapezoidale. Al doilea pas, regulile de inferenţă, implică compararea variabilelor cu seturi

predefinite în scopul de a obţine răspunsul dorit. Ultimul pas reprezintă defuzificarea regulilor în

scopul obţinerii valorilor perturbaţiilor ale stării active.

Figura 11. Diagrama controller-ului fuzzy

18

Tabel 1. Baza de reguli folosită de controller-ul fuzzy logic

Reguli Reguli

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

SP

SN

BP

BN

SP

SN

BP

BN

SP

SP

SP

SP

SN

SN

SN

SB

SP

SN

BP

BN

SN

SP

BN

BP

R9

R10

R11

R12

R13

R14

R15

R16

SP

SN

BP

BN

SP

SN

BP

BN

BP

BP

BP

BP

BN

BN

BN

BN

SP

SN

SP

BN

SN

SP

SP

SP

Funcţiile de apartenenţă ale variabilelor fuzzy au fost stabilite prin simulări pentru a

obţine domeniul fiecărei variabile a controller-ului fuzzy.

Figura 12 reprezintă funcţiile de apartenenţă ale variabilelor fuzzy.

19

(a) (b)

(c)

Figura 12. (a)(b) - MF-urile variabilelor de intrare

(c) - MF-ul variabilei de ieşire

IMPLEMENTAREA ALGORITMULUI "PERTURB AND OBSERVE"

Este cel mai utilizat algoritm pentru urmărirea punctului maxim de putere, bazându-se pe

perturbarea sistemului prin creşterea/descreşterea stării active a convertorului şi observarea

efectului asupra ieşirii.

Dacă puterea actuală P(k) este mai mare decât puterea anterioară P(k-1), atunci

perturbaţia îşi păstrează direcţia, altfel perturbaţia este inversată.

Figura 13 prezintă diagrama ce descrie tehnica P&O.

20

Figura 13. Diagrama metodei P&O.

SIMULAREA SISTEMULUI

Sistemul propus a fost simulat folosind mediul de simulare Matlab Simulink pentru

validarea strategiei de control şi evaluarea performanţei sistemului.

Puterea ieşirii este măsurată şi evaluată pentru a obţine o nouă valoare a stării active

necesară pentru producerea puterii maxime la ieşire.

21

Figura 14 conţine diagrama bloc a sistemului ce incorporează controller-ul fuzzy.

Figura 14. Diagrama sistemului

Figura 15 conţine trei perioade ale operaţiei: 0-2 s, 2-6s, 6-10s, corespunzând valorilor de

iradiere de 500, 700 şi 1000 , în care perioada de eşantionare este fixă de 1 ms.

În timpul fiecărei perioade, controller-ul ajustează starea activă a convertorului pentru a

produce puterea maximă corespunzătoare nivelului de radiaţie. Se observă răspunsul prompt al

controller-ului fuzzy, ce implică pierdere minimă de putere în procesul de căutare.

22

(a) ieşirea maximă

23

(b) starea activă

Figura 15. Rezultatul simulării

Figura 16 prezintă rezultatul simulării al ieşirii panoului fotovoltaic folosind metoda

P&O şi controller-ul fuzzy. Se observă că atunci când radiaţia se schimbă brusc, controller-ul

fuzzy prezintă un timp de răspuns mai mult decât metoda P&O, care are o pierdere de energie

foarte mare, în special când se folosesc sisteme fotovoltaice extinse.

24

Figura 16. Comparaţia puterii la ieşire

25

MODELAREA PANOULUI FOTOVOLTAIC PUTERE - CURENT

Celule solare au dependenţe neliniare ale caracteristicilor curent - tensiune şi putere -

curent în funcţie de radiaţia solară, temperatură şi degradare. Deci, nivelul de operare corespunde

variaţiei puterii maxime de ieşire în funcţie de condiţiile de mediu.

Folosind circuitul din figura 17, caracteristica neliniară curent- tensiune a M rânduri

paralele a câte N celule/şir este:

unde – este curentul de scurtcircuit al celulelor (nivelul de radiaţie solară)

şi - sunt curentul şi tensiunea de ieşire pentru matricea de celule solare

– este curentul de saturaţie inversa

– este rezistenţa serie a unei celule

- este coeficientul constant care depinde de materialul din care este realizată celula

Pentru panou solar din silicon (M = 1, N =36) folosit pentru analiza teoretică şi

experimental a lucrării (fabricat de Iranian Optical Fiber Fabrication Co. (OFFC)), ecuaţia (6)

poate fi scrisă astfel:

26

Figure 17. Circuitul echivalent al celului solare

Din caracteristicile curent – tensiune la fel ca cele curent – putere pentru panou, precum

şi din ecuaţiile (6) şi (7) rezultă o puternică dependenţă neliniară a punctului de putere maxim în

funcţie de nivelul de radiaţie şi temperatură. Acest lucru justifică folosirea unui detector de MPP

pentru a creşte eficienţa sistemului fotovoltaic. Pentru a extrage puterea maximă se va folosi un

convertor buck între reţeaua solară şi sarcină. Convertorul de stare activă este ajustat pentru ca

puterea de ieşire a panoului solar să fie maximă în orice condiţie de operare.

Tabel 2. Specificaţiile utilizate în analiza expeteoretică şi experimentală a panoului solar din

silicon OFFC

Current Temp. Coefficient

Voltage Temp. Coefficient

Reverse Saturation Current

Short Circuit Cell Current

Cell Resistance

Cell Material Coefficient

27

Figura 18. Caracteristicile V-I şi P-I calculate şi măsurate ale panoului solar OFFC .

28

DETECTORUL FUZZY DE PUNCT MAXIM DE PUTERE

Pentru a deternina nivelul de operare corespunzător punctului maxim de putere pentru

diferite nivele de radiaţie solară ecuaţia (7) este utilizată pentru a obţine derivata parţială a puterii

în funcţie de curentul celulei. În loc să detectăm maximul prin derivare vom utiliza un controller

cu logică fuzzy (FLC). Deobicei, un convertor CC – CC este utilizatîntre panoul solar şi sarcină

cu scopul de a detecta punctul maxim de putere.

O diagramă bloc de funcţionare a controller-ului cu logică fuzzy pentru urmărirea

punctului maxim de putere este prezentat în figura 19. Intrările procesorului fuzzy (FP) includ

dP/dI şi variaţia acesteia pentru a îmbunătăţii caracteristica dinamică. U(k) şi U(k) reprezintă

ieşirile controller-ului şi ale procesorului, respectiv. De reţinut că variabila de ieşire a

procesorului fuzzy este U(k) şi nu U(k) . Acest fapt se datorează caracteristicii controller-ului

fuzzy de a reduce treptat eroarea sistemului.

Variabilele de intrare şi ieşire ale controller-ului fuzzy sunt exprimate prin următoarele

ecuaţii:

unde şi – sunt puterea şi curentul reţelei solare

– este starea activă a convertorului "buck"

Procesorul fuzzy include trei blocuri funcţionale: fuzificare, algoritm cu reguli fuzzy si

defuzificare.

29

FUZIFICAREA

Intrările procesorului fuzzy pot fi măsurate şi prelucrate din tensiunea şi curentul

panoului solar. Figura 20 prezintă funcţii de apartenenţă a variabilelor de intrare dP/dI si

(dP/dI) cu câte cinci submulţimi fuzzy, iar pentru D se vor folosi doar trei submulţimi fuzzy.

Cele cinci submulţimi fuzzy sunt considerate funcţii de apartenenţă ale variabilei de ieşire.

Aceste ieşiri sunt exprimate în termini lingvistici, cum ar fi:

Z – zero

P- pozitivi

N – negative

PB – pozitiv mare

PS – pozitivi mic

NB – negativ mare

NS – negativ mic

Algoritmul bazat pe reguli fuzzy

Algoritmul fuzzy include 75 de reguli fuzzy. Aceste reguli sunt folosite pentru a

controla convertorul "buck" pentru ca puterea maximă să fie atinsă la ieşirea panoului solar.

În realizarea controller-ului cu logică fuzzy, descrierea lingvistică a regulilor sunt

exprimate sub forma de termini : Dacă … Atunci” şi următoarea metodă de interferenţă logică

fuzzy:

R1: Dacă dP/dI este PB şi (dP/dI) este PB şi D este P Atunci U este NB.

R2: Dacă dP/dI este PB şi (dP/dI) este NS şi D este P Atunci U este PS.

O metodă de interferenţă fuzzy este metoda Mamdani, metodă care foloseşte

compunere Max-Min pentru un caz tipic când dP/dI=-0.02 (dP/dI) =40 şi D=-0.01.

30

DEFUZIFICAREA

Ieşirea controller-ului fuzzy reprezintă o submulţime fuzzy. Cum sistemul actual necesită

o valoare nonfuzzy de control, defuzificarea este necesară. Algoritmul COA (Center Of Area)

este folosit pentru defuzificarea ieşirii parametrului de control.

unde - reprezintă centrele funcţiilor de apartenenţă ale ieşirii compozite de tip Max-Min

- este ieşirea procesorului fuzzy

Figura 19. Diagrama funcţională a unui controller fuzzy.

31

Figura 20. Funcţii de apartenenţă ale: (a) intrare dP/dI

(b) intrarea (dP/dI)

(c) intrarea D

(d) iesirea U

32

Figura 21. Ilustrarea compunerii Max-Min pentru un caz tipic

33

SIMULAREA DETECTORULUI FUZZY

Pentru simularea detectorului fuzzy a punctului de putere maximă cu panou solar şi

"resistive load" este folosit Matlab Simulink şi facilităţile aferente acestuia.

Sistemul include:

Bloc sursă fotovoltaic - simulează caracteristica tensiune-intensitate unui panou solar ce

implică curentul de scurt-circuit (Isc) ca o măsură a nivelului de radiaţie. Blocul

"caracteristică tensiune-intensitate" calculează tensiunea panoului fotovoltaic, ca o

funcţie a acestuia, şi curenţii de scurt-circuit. Vom introduce o funcţie de întârziere

pentru a îmbunătăţii convergenţa soluţiei.

Blocul PWM (pulse width modulation) - generează semnalele de puls pentru convertorul

buck bazat pe starea activă.

Blocul controller-ului fuzzy - simulează procesul fuzzy MPPT şi calculează starea dorită

a convertorului „buck” folosind tensiunea şi intensitatea panoului solar şi procesorul

fuzzy. Blocul "FP" realizează procesul de fuzificarea şi defuzificarea .

Blocul convertor "buck" - simulează caracteristicile convertorului "buck".

34

CONSTRUIREA MPPT-ULUI FUZZY

Pentru investigarea experimentală a tehnicii MPPT fuzzy, un detector bazat pe

microprocesor, având caracteristicile necesare, a fost construit astfel:

implementând tehnica MPPT fuzzy

control continuu a convertorului CC - CC în concordanţă cu metoda de detectare fuzzy

măsurători în timp real a tensiunii şi a intensităţii panoului solar, dar şi calcularea

parametrilor de intrare a procesorului fuzzy

Detectorul MPP constă din următoarele componente:

panou solar din silicon - un panou solar din silicon fabricat de OFFC cu o putere maximă

de ieşire de aproximativ 35W este folosit pentru a genera energie solară

unitate de detecţie a maximului puterii - un convertor CC-CC care detectează punctul

maxim al puterii unui panou solar, folosind semnalul PWM generat de unitatea de

control. Senzorii de intensitate şi tensiune ai intrărilor/ieşirilor sunt folosiţi pentru

măsurarea semnalului

unitate de control - un PC, un convertor A/D şi D/A, circuite de interfaţă şi un controller

fuzzy sunt folosite pentru a înregistra şi procesa intensitatea şi tensiunea şi pentru a

calcula semnalele necesare pentru controlul convertorului CC-CC. PC-ul implementează

algoritmul controller-ului fuzzy şi generează semnalele pentru comparatorul "IC op07".

sarcină - o sarcină resistivă este conectata la panoul solar via convertorul "buck".

35

REZULTATELE SIMULĂRILOR ŞI MĂSURĂTORILOR

Pentru a investiga performanţa şi acurateţea tehnicii MPPT fuzzy folosită în condiţii

diferite (figura 23), se fac comparaţii cu rezultatele teoretice generate de facilităţile Matlab

Simulink (figura 22). Sunt investigate două cazuri:

Cazul 1: fără detectorul MPP (conexiune directă a panoului solar şi a sarcinii)

Cazul 2: folosind detectorul MPP (plasat între panoul solar şi sarcină)

Figura 24 prezintă tensiunile măsurate şi calculate ale panoului solar, intensităţile şi

caracteristicile, dar şi sarcina (R = 1.2 Ω) în condiţii de radiaţie puternică. Rezultatele implică o

creştere de aproximativ 350% la ieşire în prezenţa unui detector MPP. Măsurătorile indică faptul

că puterea ieşirii depinde enorm de mediul înconjurător şi de nivelul sarcinii. Figura 25 prezintă

rezultatele calculate şi măsurate pentru un nivel scăzut de radiaţii (puterea maximă a puterii

panoului solar este de aproximativ 15W). Cum era de aşteptat, detectorul MPP introduce creştere

considerabilă a puterii de ieşire (de la 4W la 15W).

(a) diagrama circuitului

36

(b) blocul sursă fotovoltaică

(c) blocul PWM

37

(d) blocul controller fuzzy

(

e) blocul convertor "buck"

Figura 22. Simularea MPPT-ului fuzzy cu sarcină resistivă

38

Figura 23. Detector fuzzy MPPT bazat pe microprocesor

Figura 24. Rezultate măsurate şi calculate (figura 18 şi 19) în condiţii de radiaţie ridicată:

Cazul 1 - fără detector, Cazul 2 - cu detector fuzzy MPP.

39

Figura 25. Rezultate măsurate şi calculate (figura 18 şi 19) în condiţii de radiaţie scăzută:

Cazul 1 - fără detector, Cazul 2 - cu detector fuzzy MPP.

40

CONCLUZII

Această lucrare prezintă un detector de punct de putere maximă bazat pe logică fuzzy

pentru aplicaţiile fotovoltaice. Parametrii de intrare ale controller-ului fuzzy includ dP/dI, dP/dV

şi variaţiile ale acesteia (pentru a îmbunătăţii acurateţea) cât şi variaţii ale stării active ale

convertorului ( pentru a îmbunătăţii caracteristicile dinamice). Simulările şi măsurările prezintă

practicabilitate pentru sisteme fotovoltaice bazate pe detector MPP fuzzy şi sarcină rezistivă.

Simularea arată că folosirea unui controller fuzzy poate îmbunătăţii eficienţa per total a

sistemului prin minimizarea pierderii de energie atunci când schimbarea nivelului de radiaţie este

frecventă. Se mai folosesc un convertor CC-CC şi un controller fuzzy, pentru a urmării punctul

puterii maxime. Performanţa panoului a fost simulată folosind strategii de control fuzzy.

Câteva avantaje ale sistemului propus sunt:

- căutare în timp real a puterii maxime generate de un panou solar

- rezistenţă la condiţii de mediu şi variaţia parametrilor

- acurateţe ridicată în condiţii diferite de operare

- lipsa de necesitate a senzorilor pentru detectarea intensităţii solare şi a temperaturii

BIBLIOGRAFIE

[1] H. Knopt, “Analysis, Simulation, and Evaluation of Maximum Power Point Tracking (MPPT) Methods for Solar Powered Vehicle”, Master Thesis, Portland State University, 1999.

[2] L. Castañer and S. Silvestre, ‘Modelling Photovoltaic Systems Using Pspice’, John Wiley &Sons, LTd, 2002.

41