مدل‌سازی عددی و ارزیابی تجربی عملکرد سلول‌های خورشیدی تحت تمرکز نور خورشید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیر دریا، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

امروزه با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژی در جهان، انرژی‌های تجدیدپذیر و مخصوصاً انرژی خورشید مورد توجه ویژه‌ای قرار دارند. از میان سیستم‌های خورشیدی رایج می‌توان به سیستم‌های فتوولتاییک اشاره کرد. استفاده از سیستم‌های متمرکزکننده برای افزایش شدت تابش روی سلول‌های خورشیدی موجب افزایش توان سیستم‌های فتوولتاییک و در نتیجه کاهش قیمت برق تولید شده توسط سیستم می‌شود. در بین سیستم‌های متمرکزکننده، سیستم‌های تمرکز پایین، با نسبت تمرکز کمتر از 10، به دلیل استفاده از سلول‌های خورشیدی مونوکریستال و عدم نیاز به سیستم‌های خنک‌کاری پیچیده اهمیت دارند. در مقاله حاضر، عملکرد سلول‌های خورشیدی با سه مدل ایده‌آل، تک دیود و دو دیود بررسی شده و اعتبار و دقت این مدل‌ها با نتایج تجربی مقایسه شده است. در میان سه مدل ارائه شده، مدل دو دیود دقت بیشتری نشان داده است. سپس اثر تمرکز نور خورشید بر روی عملکرد سلول‌های خورشیدی مونوکریستال به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین عملکرد پنل خورشیدی مونوکریستال مدل شده و شبیه سازی به منظور بررسی تغییرات ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه و توان خروجی با تغییر شدت تابش روی پنل خورشیدی و دمای پنل انجام شده و با نتایج تجربی حاصل از سیستم متمرکزکننده مقایسه شده است. در این آزمایش‌ها که با متمرکز کردن نور خورشید به وسیله‌آینه‌ها صورت گرفته است، پارامترهای شدت تابش و دمای سلول‌ها تغییر کرده و بر عملکرد آن تأثیر گذاشته‌اند. با استفاده از سیستم متمرکزکننده، توان خروجی پنل خورشیدی تقریباً تا 9/1 برابر توان خروجی پنل در شرایط استاندارد افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


[1] Ishaque K., Salam Z., and Taheri H. Accurate MATLAB simulink PV system simulator based on a two-diode model, Journal of Power Electronics, Vol. 11, No. 2, pp. 179-187, 2011.
[2] Goetzberger A., Hebling C., and Schock H. W., Photovoltaic materials, history, status and outlook”, Materials Science and Engineering R 40, pp. 1–46, 2003.
[3] Fraas L M., and Larry D. P., Solar cells and their applications, Vol. 236, John Wiley and Sons, 2010.
[4] Michael J.J., Iniyan S. and Goic R., Flat plate solar photovoltaic–thermal (PV/T) systems: A reference guide. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51, pp.62-88, 2015.
[5] ALQahtani, Ayedh H., Muthanna S., Abuhamdeh, and Yazan M. Alsmadi, A simplified and comprehensive approach to characterize photovoltaic system performance, In Energytech, 2012 IEEE, pp. 1-6. IEEE, 2012.
[6] Tripathi B., Yadav P., Lokhande M., & Kumar M., Feasibility Study of Commercial Silicon Solar PV Module based Low-Concentration Photovoltaic System. International Journal of Electrical and Electronics Engineering Research, 2(3), 84-93, 2012.
[7] Tian H., Mancilla-David F., Ellis K., Muljadi E., & Jenkins P., A cell-to-module-to-array detailed model for photovoltaic panels. Solar Energy, 86(9), 2695-2706, 2012.
[8] Hernanz J.R., Guede J.L., Belver I.Z., Lopez P.E., Zulueta E., Barambones, O. and Echavarri F.O., MODELLING OF A PHOTOVOLTAIC PANEL BASED ON THEIR ACTUAL MEASUREMENTS, 2014.
[9] Pranahita B.S., Kumar A.S. and Babu A.P., A STUDY ON MODELLING AND SIMULATION OF PHOTOVOLTAIC CELLS, 2014.
[10] Chander S., Purohit A., Sharma A., Nehra S.P. and Dhaka M.S., Impact of temperature on performance of series and parallel connected mono-crystalline silicon solar cells. Energy Reports, 1, pp.175-180, 2015.
[11] Ishaque K., Salam Z., and Taheri H., Modeling and simulation of photovoltaic (PV) system during partial shading based on a two-diode model, Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 19, No. 7, pp. 1613-1626, 2011.
[12] Sera Dezso, Remus Teodorescu, and Pedro Rodriguez. "PV panel model based on datasheet values, In Industrial Electronics, 2007. ISIE 2007. IEEE International Symposium on, pp. 2392-2396. IEEE, 2007.
[13] Rustemli S., and Dincer F., Modeling of photovoltaic panel and examining effects of temperature in Matlab/Simulink”, Electronics and Electrical Engineering, Vol. 109, no. 3, pp. 35-40, 2011.
[14] Rodrigues E. M. G., R., Melício V. M. F. Mendes and Catalão J. P. S., Simulation of a solar cell considering single-diode equivalent circuit model, In International conference on renewable energies and power quality, Spain, pp. 13-15, 2011.
[15] Yadav P., Tripathi B., Pandey K. and Kumar M., Effect of varying concentration and temperature on steady and dynamic parameters of low concentration photovoltaic energy system. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 61, pp.101-110, 2014.
[16] Salmi, T., Bouzguenda, M., Gastli, A., and Masmoudi A, Matlab/ Simulink Based Modeling of Solar Photovoltaic Cell, International Journal of Renewable Energy Research, Vol.2, No.2, 2012.
[17] Villalva M. G., & Gazoli J. R., Comprehensive approach to modeling and simulation of photovoltaic arrays. Power Electronics, IEEE Transactions, 2009.