مناطق روستایی دورافتاده که خارج از شبکه زندگی میکنند میتوانند از مزایای یک سیستم سلولی فتوولتائیک خانگی[1] بهره ببرند. یک سیستم خانگی فتوولتائیک را میتوان به عنوان یک سیستم مستقل مناسب برای طیف وسیعی از کاربردهای مسکونی از قبیل لوازم خانگی، کامپیوتر نورپردازی و پمپاژ آب تعریف کرد.
این سیستم برای تامین هر دوی DC و AC برای دستگاههای الکتریکی با کمک مبدلهای DC-DC مناسب و اینورترهای (معکوس کنندههای)[2] DC-AC استفاده میشود. آنها میتوانند برای بالا بردن توان تا یک بار 300VA استفاده شوند. این بارهای اساسی شامل فن، شارژرهای تلفن همراه، لامپها، تلویزیون، رادیو و غیره هستند. سیستم فتوولتائیک مستقل متعارف شامل سه مبدل الکترونیک قدرت (توان) است. آنها عبارتنداز: ردیاب نقطهی توان ماکسیمم (MPPT)[3]، کنترلگر شارژ باتری و اینورتر برای تغذیهی بارهای AC. کنترلر MPPT، ماکزیمم توان را از پانل PV استخراج میکند. در حالی که کنترلگر شارژ، کارایی باتری و زمان عمر آن را با کنترل شارژ و تخلیهی مناسب باتری تحت سطوح متغیر SOC افزایش میدهد. پانل PV 12V یا 24V و یک باتری معمولا 12V یا 24V، در چنین سیستمهای مستقلی رایج هستند. با توجه به ورودی ولتاژ پایینتر، این سیستمها نیاز به تقویت اضافی ولتاژ از طریق یک ترانسفورماتور دارند. از آنجایی که هیچ از از مبدلها و ترانسفورماتورها افزایش نمییابد، آن، اندازه و هزینهی سیستم را افزایش خواهد داد.
استفاده از یک سیستم با ادغام ردیابی نقطهی توان ماکزیمم و کنترل شارژ باتری، برای سیستمهایی که نیاز به هزینهی پایین و قابلیت اطمینان بالاتر دارند سودمند است [2، 3، 4]. یک سیستم PV مستقل معمولا با سطوح ولتاژ پایین برای PV و باتری در دامنهی 12V یا 24V است؛ چنین سیستمهایی نیاز به تقویت اضافی خواهند داشت اگر ولتاژ ورودی پایین باشد. این سیستمها از ترانسفورماتور راهاندازی با فرکانس پایین در انتهای خروجی اینورتر استفاده خواهند کرد. اگرچه اینها هیچ کدام از سوئیچها و علاوهبراین هیچ کدام از مراحل مبدل را که کارایی کلی سیستم را کاهش خواهند داد افزایش نخواهند داد.
برای حل مسالهی ذکر شده در بالا، نیازمندی بهرهی-بالا[4] را میتوان از طریق مبدلهای dc-dc متوسط که رابط PV و باتری هستند تامین کرد. این را میتوان به به کار گرفتن سه مرحلهی تبدیل dc-dc تشخیص داد. اما استفاده از تعداد بیشتر مبدلها منجر به کارایی ضعیف میشود و قابلیت اطمینان سیستم را کاهش میدهد. مبدلهای ترانسفورماتور-محور چند-ارتباطی با بهرهی بالا را میتوان برای حل این مساله مورد استفاده قرار داد. آنها همچنین دارای هیچ سوئیچ اضافی که منجر به کارایی ضعیف سیستمهای کلی خواهند شد نیستند. علاوهبراین، طرحوارههای مستقل موجود، یک مبدل dc-dc اختصاصی اضافی را برای تشخیص عملیات MPP به کار میگیرند. از آنجایی که توان PV برای بیش از یک روز غیر قابل دسترس باقی میماند، بهرهبرداری از مبدل ردیاب MPPT بسیار ضعیف میشود [6،7،8].
برای حذف محدودیت ذکر شده در بالا و فاکتورهای کارایی ضعیف، سیستم باتری PV میتواند از یک مبدل توان استفاده کند که به عنوان هر دوی ردیابهای MPPT و کنترلرهای شارژ باتری کار میکند. سیستمهایی که از چنین مبدلهای ارائه شده در بالا استفاده میکنند دارای محدودیتهای زیر هستند:
- حضور عناصر رزونانس (تشدید کننده)[5]، سیستم را نسبت به تغییر پارامتر حساس میسازد؛
- تغییر مجاز در نسبت وظیفهی سوئیچها، در محدودهی یک دامنهی خاص محدود میشود؛
- و افزایش ولتاژ کاملا محدود میشود. رویکرد مشابهی نیز در [10] و [11] برای کاربرد در یک طرحوارهی شبکه-متصل گزارش شده است.
[2] inverters
[3] Maximum power point (MPPT) tracker
[4] the high-gain requirement
[5] presence of resonant elements