Μελέτη και κατασκευή φωτοβολταϊκού αντλητικού συστήματος. Έλεγχος για λειτουργία στο σημείο μέγιστης ισχύος
Loading...
Date
Authors
Ρήγα, Σταυρούλα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την κατασκευή και τον έλεγχο ενός ολοκληρωμένου φωτοβολταϊκού αντλητικού συστήματος, μικρής ισχύος, για εργαστηριακούς σκοπούς. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στα πλαίσια του θεσμού της πρακτικής άσκησης του Τμήματος, ένα μέρος της εργασίας αυτής εκπονήθηκε στην εταιρία Δ.Ε.Δ.Δ.Η.Ε. Α.Ε.
Κύριος στόχος της εργασίας είναι ο έλεγχος της λειτουργίας του ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος, που ενσωματώνεται στο εν λόγω σύστημα, έτσι ώστε η φωτοβολταϊκή γεννήτρια να λειτουργεί στο Σημείο Μέγιστης Ισχύος (Σ.Μ.Ι.), ανεξάρτητα από το φορτίο και για οποιαδήποτε ακτινοβολία και θερμοκρασία (Προσαρμογή Φορτίου). Παράλληλα, βασικός στόχος είναι η οδήγηση ενός κινητήρα μηχανικά συνδεδεμένου με μια αντλία, με στόχο την τροφοδοσία δεξαμενής με νερό. Η πειραματική διάταξη αυτή κατασκευάσθηκε με απώτερο σκοπό-επιδίωξη την εισαγωγή της ως εργαστηριακής άσκησης στο μάθημα των Ηλεκτρονικών Ισχύος, με στόχο την εξοικείωση των φοιτητών στη χρήση ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος σε φωτοβολταϊκά συστήματα.
Αρχικά, έγινε η απαραίτητη βιβλιογραφική αναζήτηση των υπαρχόντων Φωτοβολταϊκών Αντλητικών Συστημάτων (PVPS – Photovoltaic Pumping Systems) και πραγματοποιήθηκε θεωρητική ανάλυση των χαρακτηριστικών και της λειτουργίας των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Έπειτα, έγινε συγκριτική μελέτη των διαφόρων μετατροπέων τάσης, των μεθόδων απομάστευσης μέγιστης ισχύος από τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια, των διαφόρων τύπων κινητήρων συνεχούς ρεύματος, ανάλογα με τον τρόπο διέγερσής τους, καθώς και των υπαρχουσών αντλιών. Στη συνέχεια, έγινε επιλογή ενός μετατροπέα Σ.Τ.-Σ.Τ. υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης, μιας μεθόδου ανεύρεσης του Σ.Μ.Ι. (Maximum Power Point Tracking – Μ.Ρ.Ρ.Τ.) Διαταραχής και Παρατήρησης (P&O – Perturb and Observe), ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος μόνιμων μαγνητών, ισχύος 100W και μιας αντλίας.
Το επόμενο βήμα ήταν η προσομοίωση, σε περιβάλλον Matlab/Simulink, κάθε μιας μονάδας του συστήματος ξεχωριστά με διαφορετική τροφοδοσία και φορτίο, με και χωρίς σταθερές περιβαλλοντικές συνθήκες. Έπειτα, εξετάσθηκε η συμπεριφορά του συνολικού συστήματος, αρχικά με παλμογεννήτρια και έπειτα με έλεγχο ΜΡΡΤ. Στόχος των παραπάνω προσομοιώσεων ήταν η κατανόηση της λειτουργίας του συστήματος και η διεξαγωγή πρώιμων συμπερασμάτων. Επίσης, σε αυτό το στάδιο έγινε και η διαστασιολόγηση των στοιχείων του μετατροπέα, αλλά και όλου του υπό μελέτη συστήματος.
Τέλος, σχεδιάσθηκαν και κατασκευάσθηκαν οι διατάξεις των κυκλωμάτων ισχύος, τροφοδοσίας και ελέγχου. Ο μικροελεγκτής της πλακέτας ελέγχου προγραμματίστηκε σε γλώσσα C, ώστε να υλοποιεί τον προαναφερθέντα έλεγχο, μέσω μεταβολής του λόγου κατάτμησης του ημιαγωγικού στοιχείου ισχύος. Σταδιακά πραγματοποιήθηκαν πειραματικές δοκιμές, μέχρι το τελικό πείραμα που περιλάμβανε τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια στην είσοδο, τον μετατροπέα και το φορτίο κινητήρας-αντλία στην έξοδο. Βάσει των παλμογραφημάτων και των μετρήσεων που λήφθηκαν, εξήχθησαν τα τελικά συμπεράσματα λειτουργίας της συνολικής διάταξης σε εργαστηριακό περιβάλλον. Διαπιστώθηκε η ορθή λειτουργία όλων των βαθμίδων που κατασκευάσθηκαν και εκτιμήθηκε η απόδοση του μετατροπέα.
Description
Keywords
Φωτοβολταϊκό αντλητικό σύστημα, Έλεγχος Σ.Μ.Ι., Ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος υποβιβασμού/ανύψωσης, Προσαρμογή φορτίου, Κινητήρες συνεχούς ρεύματος μόνιμου μαγνήτη, Αντλίες, Μέθοδος διαταραχής & παρατήρησης