طراحي وساخت مبدل ردياب بيشينه توان خورشيدي باروش تحليلي معادلات برمبناي مدل

نياز روز افزون به انرژي در كنار محدود بودن منابع انرژي‌ حاصل از سوخت‌هاي فسيلي بشر را در سراسر جهان به جايگزيني اين منابع با منابع تجديدپذير ترغيب نموده است. انرژي خورشيدي به عنوان جايگزيني مطمئن و ارزان توجه بسيار زيادي را به خود جلب كرده است. بزرگترين چالش بر سر راه استفاده از سيستم‌هاي فتوولتائيك مشخصه جريان-ولتاژ غير خطي سلول است كه تنها يك نقطه توان بيشينه را بدست مي‌دهد، اين مسئله با وابستگي مشخصه‌هاي سلول خورشيدي به دما و تابش پيچيده‌تر نيز مي‌شود. با در نظر گرفتن هزينه بالاي اوليه منبع فتوولتائيك و بازده تبديل انرژي پايين، اين الزام بوجود مي‌آيد تا منبع فتوولتائيك حتماً در نقطه توان بيشينه كار كند. اما، رخداد پديده سايه جزئي ديگر مشكلي مي‌باشد كه مبدل‌هاي قبلي در مقالات و اختراعات موجود قادر به حل آن نيستند، چرا كه در اين حالت منحني توان-ولتاژ داراي چند قله مي‌شود و مبدل‌هاي معمول و مرسوم قادر به تشخيص سايه جزئي نيستند و نمي‌توانند نقطه توان بيشينه اصلي را پيدا كنند، از اين رو مقدار قابل توجهي از توان از هدر مي‌رود. مبدل اختراعي بر اين مشكل فائق آمده است و مي‌تواند شرايط تابشي اعم از شرايط تابشي يكنواخت و سايه جزئي را تشخيص داده و نقطه توان بيشينه را با سرعت و دقت بالا رديابي كند. اساس مبدل اختراع شده اين است كه با استفاده از نامساوي تحليلي ارائه شده مبتني بر منحني جريان-ولتاژ آرايه فتوولتائيك قادر به تشخيص شرايط تابشي تنها با دو نمونه‌گيري مي‌تواند مي‌باشد. اين مسئله منجر شده است كه مبدل اختراعي روشي بسيار سريع در مقايسه با مبدل‌هاي قبلي باشد و بازدهي بالاتري را نسبت به مبدل‌هاي معمول مانند مبدل مبتني بر روش اغتشاش و مشاهده ارائه كند. اين مبدل در تمام نيروگاه¬هاي خورشيدي مستقل از نوع سلول و سطح توان نيروگاه كاربرد داشته و به خصوص در شرايط جوي متغير مانند تغييرات تابش و دما و رخداد پديده سايه جزئي و در كاربرد¬هاي متحرك مانند ماشين¬هاي خورشيدي موجب افزايش بيشتر بازدهي سيستم خورشيدي مي‌شود.

وسيله نقليه هيبريد جداگانه Separated hybrid electric vehicle زمينه فني : برق اغلب وسايل نقليه كه در سيستم هاي مختلف حمل و نقل مورد استفاده قرار مي گيرند از موتورهاي درونسوز استفاده مي كنند. اين وسايل نقليه بازده پايين و آلودگي زيست محيطي زيادي دارند. وسايل نقليه الكتريكي نيز در كنار داشتن بازده بالاتر و آلودگي كمتر يا محدوده عملكرد پاييني دارند (مانند خودروهاي الكتريكي داراي باطري) و يا اين كه نياز به زيرساخت هاي حمل و نقل ويژه اي دارند (مانند خطوط ريلي برقي و اتوبوس هاي برقي). وسيله نقليه هيبريد الكتريكي (در انواع سري، موازي و سري موازي) كه از دو منبع تامين توان و انرژي بر روي خود استفاده مي كند، همزمان مزاياي وسايل نقليه الكتريكي و درونسوز را با خود به همراه دارد ولي براي جايگزيني اين وسايل نقليه بايد ناوگان حمل و نقل فعلي و خودروهاي كنوني به طور كامل از چرخه خارج و وسايل نقليه جديد جايگزين گردد. ولي جايگزيني اين وسايل نقليه در سيستم هاي مختلف حمل و نقل كاري پر هزينه و زمان بر مي باشد. راه حل ارائه شده وسيله نقليه هيبريد الكتريكي جداگانه مي باشد كه مزاياي وسايل نقليه هيبريد الكتريكي را تا حد زيادي دارد و به سادگي قابل استفاده در سيستم هاي حمل و نقل مختلف مي باشد. به اين ترتيب كه در وسايل نقليه اي كه حداقل شامل دو قسمت مجزا مي باشد، موتور الكتريكي و منبع ذخيره انرژي بر روي قسمت دوم قرار گيرد تا هم توان وسيله نقليه را افزايش دهد و هم تا حد امكان انرژي زمان ترمز گيري را بازيابي كند. وسيله نقليه هيبريد الكتريكي جداگانه بر خلاف هيبريد الكتريكي كه بر روي يك شاسي و بدنه قرار دارد، شامل حداقل دو قسمت و بدنه مجزا از يكديگر مي باشد. يكي از اين قسمت ها مي تواند يكي از وسايل نقليه موجود فعلي بدون تقريبا هر گونه تغييري باشد. قسمت ديگر شامل حداقل يك منبع توان الكتريكي و يك تراكشن الكتريكي مي باشد كه به قسمت اول متصل مي گردد. وسيله نقليه هيبريد الكتريكي جداگانه بدون تغيير در وسيله نقليه اصلي از امتيازات يك وسيله نقليه هيبريد استفاده مي كند به علاوه اينكه امكان استفاده از دو قسمت به تنهايي در شرايط اضطراري وجود دارد، با هزينه بسيار كمتري نسبت به جايگزيني با وسايل نقليه هيبريد معمول قابل اجرا مي باشد، در بسياري از سيستم هاي حمل و نقل قابل پياده سازي و استفاده است و نياز به تغيير ساختار و زير ساخت سيستم حمل و نقل ندارد. مهمترين كاربرد اين اختراع در صنعت حمل و نقل ريلي و در كنار ناوگان لكوموتيوهاي ديزل الكتريك مي باشد. لكوموتيو ديزل الكتريك فعلي نقش قسمت اول را دارد. قسمت دوم مي تواند بر روي يكي از واگن هاي مسافري يا باربري قطار نصب گردد كه در اين صورت قسمت دوم نقشي دوگانه خواهد داشت و يا اين كه بر روي يك بدنه مجزا قرار بگيرد. ساختار اين وسيله نقليه هم چنين قابل استفاده در تريلرها و كاميون ها، موتورسيكلت ها و خودروهاي حمل و نقل خاص مي باشد.

اين اختراع كه در زمينه‌ مهندسي مكانيك و زير شاخه ‌مهندسي به مفهوم عام آن و مهندسي برق صورت گرفته است، به منظور طراحي خودرويي مي‌باشد كه براي حركت از انرژي خورشيد استفاده مي‌كند. خودرو اين انرژي را از طريق سلول‌هاي خورشيدي به دست آورده و در باتري ذخيره نموده و در نهايت موتور الكتريكي را به كار مي‌اندازد. لازم به ذكر است كه باتري‌هاي تعبيه شده امكان شارژ از طريق برق شهري را دارا مي‌باشند و در هر بار شارژ، امكان تأمين انرژي در حدود 6 ساعت را فراهم مي‌كنند. در طراحي اين خودرو سعي بر آن بوده است كه طرح نهايي به خودروهاي شهري نزديك‌تر باشد. براي اين منظور از تجهيزات ويژه‌اي در خودرو همانند سيستم تهويه و دوربين استفاده شده است. در غزال ايراني 3 نسبت به طرح‌هاي گذشته حداكثر سرعت ماشين افزايش يافته است و در طراحي آن از دو موتور الكتريكي استفاده شده است. اين دو موتور الكتريكي داراي سيستم بازيافت انرژي هنگام كاهش سرعت يا ترمز مي‌باشند. از ديگر بهبودهاي طرح حاضر نسبت به طرح‌هاي پيشين دو نفره بودن خودرو مي‌باشد و براي كاهش وزن بدنه خودرو از فيبر كربن استفاده شده است.

خودرو غزال ايراني 2 براي شركت در مسابقات جهاني خودروهاي خورشيدي (WSC) طراحي گرديده است. مسابقات خودروهاي خورشيدي در ابتدا به عنوان ايده اي نو براي بررسي محدوديت هاي انرژي خورشيدي به منظور جايگزيني براي منابع انرژي تجديد ناپذير شروع گرديد. از آن پس به بعد مسابقات خودروهاي خورشيدي داراي شهرت فراوان گرديده و همه ساله در سرتاسر جهان اين مسابقات برگزار مي گردد. يكي از سرشناس ترين اين مسابقات WSC مي باشد كه مسيري نزديك به 3100 كيلومتر را در استراليا پوشش مي دهد. است. طراحي و ساخت خودرو خورشيدي غزال ايراني (2) در پاييز سال 1385 آغاز و در تابستان سال 1388 به پايان رسيد. در اين گزارش به بخشهاي مختلف طراحي و ساخت بطور كلي اشاره مي شود. اين بخش ها شامل قسمت هاي مكانيكي از قبيل آيروديناميك ، شاسي و بدنه، سيستم تعليق، سيستم فرمان، سيستم ترمز و نيز قسمتهاي الكتريكي و الكترونيكي شامل سلول هاي خورشيد، باطري، موتور الكتريكي، كنترلر، MPPT و امثالهم مي باشند. نقشه هاي فني طرح در توصيف كلي آمده است.

در اين اختراع مدار الكتريكي كنترل كننده ي مركزي موتور سيكلت هاپبرند توضيح داده شده است. موتور سيكلت هايبريد الكتريكي به وسيله ي اضافه كردن يك موتور الكتريكي جريان مستقيم بدون جاروبك در چرخ جلوي يك موتور سيكلت كه داراي استارتر و جعبه دنده ي متغير پيوسته بود، ساخته شده است. موتور الكتريكي داراي يك كنترل كننده است كه با گرفتن فرمان گشتاور و فرمانت ترمز موتور الكتريكي را كنترل مي كند. يك كنترل كننده مركزي وضعيت روشن و يا خاموش بودن موتور بنزيني و موتور الكتريكي و مقدار گشتاوري را كه هر كدام بايد در شرايط مختلف بدهند، كنترل مي كند. در اين مدار الكتريكي از يك ميكروكنترلر استفاده شده است كه به وسيله آن كنترل قسمت هاي مختلف موتور سيكلت و همچنين پياده سازي استراتژي كنترل موتور سيكلت انجام مي شود. در اين ثبت استراتژي كنترل موتورسيكلت هايبريد نيز توضيح داده شده است.

توليد انرژي الكتريكي در خودرو با مصرف سوخت و توليد گازهاي آلاينده همراه است و هزينه زيادي در بردارد. در اين اختراع با استفاده از سلولهاي خورشيدي مجهز به الگوريتم ردياب نقطه بيشينه توان و با كنترل دينام خودرو به‌وسيله يك برد الكترونيكي، مصرف سوخت خودرو كاهش مي يابد. در اين طرح يك مترمربع سلول خورشيدي به‌صورت دو آرايه‌ي موازي بر روي سقف خودرو نصب مي شود. با استفاده از يك مبدل DC/DC كاهنده مجهز به الگوريتم رديابي نقطه بيشينه توان رسانايي افزايشي، بيشترين توان در دسترس از سلولهاي خورشيدي استخراج ميگردد و با ساختار ارائه شده در باتري خودرو ذخيره شده و تمامي مصارف الكتريكي خودرو را تغذيه مي‌نمايد. بدين ترتيب در ساختار جديد سيستم الكتريكي خودرو، هر سه منبع دينام، باتري و سلولهاي خورشيدي به‌صورت موازي به تأمين انرژي مورد نياز بارها ميپردازند. مديريت انرژي الكتريكي بين اين منابع و بارها با استفاده از يك برد الكترونيكي طراحي شده براي دينام انجام ميگيرد. اين برد با كنترل جريان تحريك دينام و در نتيجه كنترل ولتاژ خروجي دينام و قطع آن با توجه به شرايط مختلف عملكرد سامانه، باعث كاهش بار دينام از روي موتور خودرو، كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌ها مي‌شود.