نمذجة ومحاكاة الخلايا الفولتوضوئية باستخدام ماتلاب
Loading...
Date
2017-04-15
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
جامعة سبها
Abstract
توفر الطاقة المتجددة المتمثلة في الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الأمواج وغيرها حلولاً جديدة لاحتياجات الطاقة المتزايدة وتعتبر الطاقة الشمسية من أفضل الطاقات المستخدمة وأكثرها شيوعاً حيث تتضمن تقنية الخلايا الفولتوضوئية والتي تقوم بتوليد الطاقة الكهربائية بشكل مباشر من الإشعاع الشمسي إلى تيار مستمرDC عن طريق استخدام مواد شبه موصلة مصنوعة من السيلكون أحادي أو متعدد البلورات.ونظراً لتعرض هذه الخلايا إلى بعض الظروف والعوامل الخارجية المؤثرة على أدائها وكفاءتها، ومن الضروري التنبؤ بأداءها تحت تأثير هذه الظروف.يتم في العادة القيام بعملية نمذجة الخلايا الفولتوضوئية أي تمثيل سلوكها من خلال معادلات رياضية والتي تعطي تيار الخلية كعلاقة في جهدها وتُعرف بمنحنيات الخصائص المميزة للخلية.هذه المعادلات تمثل في الواقع سلوك العناصر الكهربائية بالدائرة المكافئة للخلية الفولتوضوئية والتي تعطي مؤشرات الأداء لها كقيمة أقصى قدرة ممكنة وكفاءة الخلية. إن أكثر الدوائر المكافئة استخداماً مصدر تيار مستمر مرتبط على التوازي مع ثنائي شبه موصل (Rachid ،2014، ص 671).
سيتم في هذا البحث دراسة أداء الخلايا الفولتوضوئية بدلالة 4 أنواع من الدوائر الكهربائية المكافئة لها من خلال تمثيل معادلات الخصائص المميزة لها في ماتلاب MATLABبالإضافة إلى محاكاة الخلايا الفولتوضوئية ودوائرها المكافئة من خلال سيم سكيب Simscap وهي مكتبة فرعية ضمن مكتبة Simulink ببيئة ماتلاب توفر عناصر للخلية الفولتوضوئية ومكونات الدوائر المكافئة لها والتي تمثل سلوك الخلية الفعلية بدرجة كبيرة. يُقصد بمحاكاة الخلايا الفولتوضوئية دراسة سلوكها عبر فترة زمنية معينة وذلك لغرض ملاحظة و استنتاج التغيرات المختلفة التي تطرأ عليها في حالة اجرائها عليها في الحقيقة (Shukla،2015، ص18516).
-2-1مشكلة البحث Problem in research
تستخدم الطاقة الشمسية كطاقة بديلة عن المصادر التقليدية كالنفط والغاز حيث إنها تولد طاقة نظيفة و بكميات كبيرة كما يمكن نقلها إلى مسافات بعيدة، ولقد انتشر استخدام الخلايا الفولتوضوئية كأحد صور توليد الطاقة الشمسية. ولكن من الملاحظ استخدام الخلايا الفولتوضوئية بشكل غير مدروس الذي لم يسبقه نمذجة ومحاكاة لغرض المساعدة في دراسة سلوكها والتنبؤ بأدائها عند تغير ظروف التشغيل المحيطة وتساهم في تقليل مشاكل تشغيلها في ظروف غير مناسبة. سيتم في هذا البحث التطرق لخطوات نمذجة ومحاكاة أداء هذه الخلايا ثم التركيز على نمذجة الخلايا من خلال الدوائر الكهربائية المكافئة لها وتحديد قيم مؤشرات الأداء للخلية و الممثلة بشكل أساسي في تحديد أقصى قدرة للخلية، وبمجرد التنبؤ بأداء الخلايا الفولتوضوئية يمكن بكل سهولة دراسة سلوك الألواح الشمسية المكونة منها وإمكانية زيادة كفاءتها.
-3-1أهداف و أهمية البحث Aims and significance of the research
تتمثل أهداف وأهمية البحث في النقاط الآتية:
-1 تحديد ودراسة تأثير العوامل المؤثرة على أداء الخلية الفولتوضوئية من خلال مفهوم النمذجة الرياضية والحاسوبية،
-2 دراسة الدوائر المكافئة للخلية الفولتوضوئية والحصول على منحنيات الخصائص لكل منها في ظروف تشغيل مختلفة،
-3 الاستفادة من نمذجة الألواح الشمسية من نماذج الخلايا الفولتوضوئية المكونة للوح الشمسي و المقدرة على التنبؤ بسلوكها.
-4-1منهجية البحث The research methodology
تم إتباع منهجية البحث التالية لتحقيق الأهداف المرجوة من البحث:
-1 دراسة الطرق ( واسعة الاستخدام ) لنمذجة الخلايا الفولتوضوئية رياضياً و حاسوبياً،
-2 استخدام هذه الطرق في تمثيل سلوك الخلايا الفولتوضوئية رياضياً في ماتلاب M-files و حاسوبياً في سيم سكيب ((Simscape التابع لسيمولينك Simulink من خلال ربط ومحاكاة الدوائر الكهربائية للخلية في هذا البرنامج.
-3المقارنة بين دوائر الخلايا الفولتوضوئية التي تم نمذجتها من حيث مقدرتها على تمثيل سلوك الخلايا الفولتوضوئية الفعلية بأقرب ما يمكن وتحديد أفضلها.
-5-1فصول البحث The structure of the research
تم تقسيم بقية البحث إلى أربع فصول :
الفصل الثاني يعرض نبذة عن الطاقة الشمسية و الخلايا الفولتوضوئية ويركز على مفهوم الخلايا الفولتوضوئية وتطبيقاتها وتركيبها وطريقة عملها وأهم أنواعها.
الفصل الثالث يتناول مقدمة عن مفهوم نمذجة الخلايا الفولتوضوئية والخصائص المميزة لها بالإضافة إلى التركيز على 4 نماذج للدوائر المكافئة لسلوكها.
الفصل الرابع يتطرق لتمثيل الخلية الفولتوضوئية من خلال التركيز على نموذجين من الدوائر المكافئة لها والألواح الشمسية المبسطة باستخدام ماتلاب.
الفصل الخامس يتناول محاكاة الخلايا الفولتوضوئية 4 دوائر المكافئة لها باستخدام سيم سكيب، بالإضافة إلى دراسة مبسطة لأداء لوح شمسي ممثل بهذه الدوائر.
وفي ختام هذا البحث تم ذكر الخلاصة و أهم التوصيات .
Description
تحت اشراف د. غزلان مسكين
Keywords
نمذجة الخلايا الفولتوضوئية، منحنى الخصائص، الدائرة المكافئة للخلية الفولتوضوئية، اللوح الشمسي، كفاءة الخلايا الفولتوضوئية