يقدم لك محرر Downcodes شرحًا تفصيليًا لخوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى للطاقة الكهروضوئية (MPPT). سوف تتعمق هذه المقالة في العديد من خوارزميات MPPT السائدة، بما في ذلك طريقة التوصيل التزايدي، وطريقة مراقبة الاضطراب، وطريقة الجهد الثابت، وخوارزمية تحسين سرب الجسيمات، وتحليل مزاياها وعيوبها والسيناريوهات القابلة للتطبيق، وتساعدك على فهم جوهر تكنولوجيا الأنظمة الكهروضوئية بشكل أفضل. سنتناول بشكل شامل مبادئ الخوارزمية ومزاياها وعيوبها والتطبيقات العملية، ونسعى جاهدين لتكون موجزة وواضحة وسهلة الفهم.
تشتمل خوارزميات تتبع نقطة الطاقة القصوى للطاقة الكهروضوئية (MPPT) العملية حقًا وغير المليئة بالأطروحة بشكل أساسي على طريقة التوصيل المتزايد (Incremental Conductance, IncCond)، وطريقة الاضطراب والمراقبة (Perturb and Observe، P&O)، وطريقة الجهد الثابت (Constantvoltage، CV). ) وخوارزمية تحسين سرب الجسيمات (Particle Swarm Optimization، PSO)، وما إلى ذلك. أصبحت هذه الخوارزميات تقنية لا غنى عنها في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية نظرًا لكفاءتها واستقرارها ونطاق تطبيقها الواسع في التطبيقات العملية. تتميز طريقة التوصيل التزايدي بخصائص الاستجابة السريعة والدقة العالية، خاصةً عندما تتغير ظروف الإضاءة بسرعة، يمكنها تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPP) بشكل فعال لضمان التشغيل الفعال للنظام.
طريقة التوصيل التزايدي هي طريقة لتحديد موضع نقطة الطاقة القصوى بناءً على التوصيل وتغيراته الإضافية. تتتبع الخوارزمية نقطة الطاقة القصوى بناءً على شرط أن يكون مشتق طاقة خرج المصفوفة الكهروضوئية للجهد يساوي الصفر. المبدأ هو حساب الفرق بين التوصيل المتزايد والتوصيل اللحظي من خلال مراقبة تغيرات الجهد والتيار في المصفوفة الكهروضوئية، واستخدام هذا الاختلاف لتحديد اتجاه نقطة الطاقة القصوى.
ميزة طريقة التوصيل التزايدي هي أنها تستطيع من الناحية النظرية تتبع نقطة الطاقة القصوى بدقة، خاصة عندما تتغير الظروف البيئية، مثل التغيرات في شدة الضوء ودرجة الحرارة، ويمكنها التكيف بسرعة مع مثل هذه التغييرات لضمان عمل النظام الكهروضوئي دائمًا في أفضل ما في الأمر. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع الخوارزميات الأخرى، تتمتع طريقة التوصيل التزايدي باستقرار ودقة أفضل.
طريقة مراقبة الاضطراب هي خوارزمية MPPT أخرى مستخدمة على نطاق واسع، حيث يتمثل مبدأ عملها في تحديد اتجاه نقطة الطاقة القصوى عن طريق إحداث اضطرابات صغيرة بشكل مستمر في نقطة تشغيل المصفوفة الكهروضوئية ومراقبة تأثير هذه الاضطرابات على طاقة الخرج. إذا تسبب الاضطراب في زيادة طاقة الخرج، استمر في الاضطراب في هذا الاتجاه؛ وإذا تسبب في انخفاض الطاقة، قم بتغيير اتجاه الاضطراب.
المزايا الرئيسية لطريقة الاضطراب والمراقبة هي التنفيذ البسيط والتكلفة المنخفضة، مما يجعلها واحدة من خوارزميات MPPT المفضلة للعديد من الأنظمة الكهروضوئية. ومع ذلك، قد يكون لطريقة مراقبة الاضطراب مساوئ سرعة التتبع البطيئة وعدم القدرة على تحديد موقع نقطة الطاقة القصوى بدقة في ظل الظروف البيئية المتغيرة بسرعة. بالإضافة إلى ذلك، قد تتسبب الاضطرابات المتكررة في حدوث تقلبات في خرج طاقة النظام، مما يؤثر على الكفاءة الإجمالية للنظام.
إن طريقة الجهد الثابت هي خوارزمية MPPT بسيطة نسبيًا، وتتمثل فكرتها الأساسية في وجود جهد تشغيل مثالي ثابت تقريبًا بالقرب من نقطة الطاقة القصوى للمصفوفة الكهروضوئية. من خلال هذه الميزة، تحتاج الخوارزمية فقط إلى الحفاظ على المصفوفة الكهروضوئية بالقرب من نقطة الجهد الأمثل هذه. عادةً ما يتم الحصول على نقطة الجهد المثالية هذه من خلال سلسلة من الاختبارات السابقة ويتم تخزينها في إعدادات وحدة التحكم.
ميزة طريقة الجهد الثابت هي أنها بسيطة للغاية ومنخفضة التكلفة، ومناسبة للحالات التي يتغير فيها الضوء ودرجة الحرارة قليلاً. ومع ذلك، نظرًا لأنه لا يمكنه الاستجابة ديناميكيًا للتغيرات في الظروف البيئية، فقد لا يعمل دائمًا بأقصى نقطة طاقة في التطبيقات العملية، خاصة في البيئات ذات التغيرات الكبيرة في الضوء ودرجة الحرارة.
خوارزمية تحسين سرب الجسيمات هي أداة تحسين تعتمد على ذكاء السرب الذي يحاكي السلوك المفترس لسرب من الطيور للعثور على الحل الأمثل. في مجال MPPT الكهروضوئي، تجد خوارزمية PSO الحد الأقصى لطاقة الخرج للمصفوفة الكهروضوئية عن طريق تهيئة مجموعة من "الجسيمات" (أي الحلول الممكنة) وتحديث مواقع وسرعات هذه الجسيمات بشكل متكرر.
الميزة الرئيسية لخوارزمية PSO هي قدرتها القوية على البحث العالمي، والتي يمكنها تجنب الوقوع في الحلول المثلى المحلية بشكل أفضل ومناسبة للتعامل مع المشكلات متعددة الذروة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع خوارزمية PSO بقدرة تكيفية قوية وتعديل المعلمة بسيط نسبيًا. ومع ذلك، فإن مقدار حساب خوارزمية PSO كبير نسبيًا، مما قد يسبب بعض التحديات للأنظمة الكهروضوئية ذات موارد الحوسبة المحدودة.
عند اختيار خوارزمية MPPT مناسبة، يجب مراعاة عوامل مثل بيئة التطبيق الفعلية وميزانية التكلفة ومتطلبات أداء النظام الكهروضوئي بشكل شامل. تتميز كل من طريقة التوصيل التزايدي وطريقة مراقبة الاضطراب وطريقة الجهد الثابت وخوارزمية تحسين سرب الجسيمات بمزاياها وعيوبها. من خلال الفهم المتعمق لمبادئ عمل هذه الخوارزميات وخصائصها، يمكن اختيار خوارزمية MPPT الأكثر ملاءمة لـ النظام الكهروضوئي لتحقيق حصاد وتحويل الطاقة بكفاءة ومستقرة.
1. ما هي خوارزمية MPPT الكهروضوئية ودورها؟ خوارزمية MPPT الكهروضوئية هي خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى للأنظمة الكهروضوئية. ويتمثل دورها في التأكد من أن النظام الكهروضوئي يحول الطاقة الشمسية بأعلى كفاءة ويحقق أقصى إنتاج لتوليد الطاقة. تعمل خوارزمية MPPT الكهروضوئية على ضبط جهد البطارية أو تيارها بشكل مستمر للحفاظ على اللوحة الكهروضوئية عند نقطة التشغيل المثالية، وبالتالي تحقيق أقصى قدر من استخدام موارد الطاقة الشمسية.
2. ما هي خوارزميات MPPT الكهروضوئية شائعة الاستخدام حاليًا؟ حاليًا، تتضمن خوارزميات MPPT الكهروضوئية شائعة الاستخدام خوارزمية Perturb and Observe (P&O)، وخوارزمية التوصيل المتزايد (IncCond)، وخوارزمية وضع التتبع، وما إلى ذلك. كل خوارزمية لها خصائصها وسيناريوهاتها القابلة للتطبيق. على سبيل المثال، تتميز خوارزمية P&O بأنها بسيطة وسهلة التنفيذ ومناسبة لمعظم الأنظمة الكهروضوئية؛ وتتميز خوارزمية IncCond بدقة عالية واستجابة سريعة ومناسبة للمشاهد التي تحتوي على تغييرات كبيرة في ظروف الإضاءة، كما أن خوارزمية وضع التتبع مناسبة للمشاهد المتعددة؛ الأنظمة الكهروضوئية ذات المستوى ويمكنها الاستفادة الكاملة من قدرة توليد الطاقة المتعددة لهيكل المسرح.
3. كيفية اختيار خوارزمية MPPT الكهروضوئية المناسبة؟ ينبغي النظر في اختيار خوارزمية MPPT الكهروضوئية المناسبة بناءً على الوضع الفعلي. أولاً، يجب مراعاة استقرار ظروف الإضاءة. إذا تغيرت ظروف الإضاءة بشكل متكرر، يمكنك اختيار خوارزمية ذات سرعة استجابة أكبر، مثل خوارزمية IncCond. ثانيًا، يجب مراعاة تكلفة النظام وتعقيده. بعض الخوارزميات البسيطة مثل خوارزمية P&O مناسبة للسيناريوهات ذات متطلبات التكلفة المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة متطلبات الموثوقية والكفاءة للنظام لاختيار الخوارزمية الأكثر ملاءمة لتحقيق أقصى إنتاج للطاقة للنظام الكهروضوئي.
آمل أن تساعدك هذه المقالة على فهم خوارزمية MPPT الكهروضوئية بشكل أفضل. يعد اختيار الخوارزمية المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين كفاءة النظام الكهروضوئي، ويوصي محرر Downcodes بالاختيار بناءً على الاحتياجات الفعلية.