مبدل DC-DC با بهره‌وری بالا و بدون ترانسفورماتور برای بهبود برداشت انرژی سولار

منتشر شده توسط شانموگاوادیو ناتاراجان، دپارتمان مهندسی برق و الکترونیک، کالج مهندسی سری ونکاتسورا، سریپرومبودور، ۶۰۲۱۱۷، هند

چکیده

در این مطالعه، یک مبدل DC-DC با بهره‌وری بالا و بدون ترانسفورماتور جدید برای بهینه‌سازی انرژی خورشیدی معرفی می‌شود. این مبدل شامل یک مبدل تقویت‌کننده دو سلفی، مضرب ساز ولتاژ و سلول‌های خازنی سوئیچ‌دار است که به طرز شگفت‌انگیزی به حداکثر بهره‌وری با ولتاژ بالا و کارایی ۹۸.۲۴% کمک می‌کند. نمونه اولیه‌ای به توان ۲۰۰ وات آزمایش شده است که حاکی از دستیابی به حداکثر کارایی ۹۶.۲% در شرایط واقعی می‌باشد. این مبدل همچنین قادر است ۹۷% کارایی را در سیستم‌های بار موتوری حفظ کند و بدین ترتیب منجر به کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های نگهداری می‌شود. نوآوری در این مبدل، برداشت انرژی خورشیدی را بهبود می‌بخشد و نشان دهنده پتانسیل تبدیل انرژی چندمنظوره‌ای است که پیشرفت‌های مهمی در تکنولوژی انرژی‌های تجدیدپذیر را رقم می‌زند.

مقدمه

زمینه

در دنیای امروز، با توجه به فشار جهانی برای دستیابی به منابع انرژی تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی فراوان و با تأثیرات حداقلی بر محیط زیست، از محبوبیت قابل توجهی برخوردار شده است. پنل‌های خورشیدی که توسط سلول‌های فتوولتائیک تأمین می‌شوند، تبدیل نور خورشید به الکتریسیته را انجام می‌دهند و منبعی پایدار و جذاب ارائه می‌کنند (ژانگ، ۲۰۱۶) [۱]. اما کارایی این پنل‌ها تحت تأثیر عواملی همچون دما، سایه‌داری و زوایای تابش نور قرار می‌گیرد، که می‌تواند منجر به نوسانات در ولتاژ و جریان شود. برای بهینه‌سازی برداشت انرژی، استفاده از مبدل‌های DC-DC کارآمد به عنوان اجزای کلیدی سیستم‌های فتوولتائیک ضروری است.

چالش اصلی در حوزه انرژی خورشیدی، بهینه‌سازی خروجی‌های ولتاژ پایین از پنل‌ها به سطوحی مناسب برای ادغام در شبکه یا تأمین توان بارهای مختلف است. مبدل‌های DC-DC سنتی معمولاً نتایج قابل قبولی در افزایش ولتاژ ندارند که این موضوع می‌تواند به هدر رفت انرژی و کاهش کارایی سیستم منجر شود. علاوه بر این، این مبدل‌ها می‌توانند پیچیدگی را افزایش دهند و هزینه و نیاز به تعمیر و نگهداری را نیز بالا ببرند (ژانگ، ۲۰۱۶).

دلیل تحقیق

تحقیق بر روی مبدل‌های DC-DC با بهره‌وری بالا جهت بهینه‌سازی انرژی خورشیدی، پاسخی است به نیاز به ارائه تبدیل انرژی به شکل کارآمدتر. این مبدل‌ها قابلیت‌های کلیدی را برای تسهیل پذیرش انرژی خورشیدی فراهم می‌کنند. آنها می‌توانند برداشت انرژی را به طور چشمگیری بهبود بخشند، حتی در شرایط ایده‌آل، و عملکرد کلی سیستم را بهبود دهند و به افزایش بازگشت سرمایه منجر شوند. از طرفی، مبدل پیشنهادی به گونه‌ای طراحی شده که بدون نیاز به ترانسفورماتورهای بزرگ و پرهزینه، عمل کند. طراحی‌های بدون ترانسفورماتور سبب کاهش وزن، صرفه‌جویی در فضا و افزایش قابلیت اطمینان می‌شوند و این ویژگی، آنها را برای انرژی خورشیدی مناسب می‌سازد. همچنین سادگی مبدل و کاهش استرس بر روی اجزا باعث افزایش طول عمر و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود (راتور و بابو، ۲۰۱۸) [۲].

هدف و قلمرو مطالعه

این مطالعه به بررسی یک شکاف حیاتی در انرژی خورشیدی پرداخته و مبدل DC-DC با ولتاژ بالا و بدون ترانسفورماتور را به طور خاص برای انرژی خورشیدی طراحی کرده است. این تحقیق شامل مراحل طراحی، تحلیل، پیاده‌سازی و ارزیابی است. اهداف این مطالعه شامل دستیابی به افزایش ولتاژ بالا، تضمین سادگی در عملیات و بهینه‌سازی کارایی به ویژه در سناریوهای واقعی می‌باشد. عملکرد مبدل به دقت از طریق مدل‌سازی در MATLAB ۲۰۲۱ ارزیابی می‌شود و با راه‌حل‌های موجود مقایسه خواهد شد. علاوه بر این، این مطالعه به بررسی قابلیت مبدل برای تأمین توان موتور می‌پردازد و چندمنظوره بودن آن را فراتر از انرژی خورشیدی آشکار می‌سازد (الزهرانی و رحمان، ۲۰۱۷) [۳].

مرور ادبیات

جهان به سمت راه‌حل‌های پایدار انرژی حرکت می‌کند و کاهش انتشار کربن به ضرورت تبدیل انرژی خورشیدی به یکی از اصلی‌ترین منابع انرژی پاک و فراوان منجر شده است. سیستم‌های فتوولتائیک (PV) نقش اساسی را در بهره‌برداری از انرژی خورشیدی برای کاربردهای گوناگون، از نصب‌های کوچک مسکونی تا مزارع خورشیدی بزرگ، ایفا می‌نمایند [۴]. با این حال، برای بهره‌برداری کامل از پتانسیل انرژی خورشیدی و ایجاد آینده‌ای پایدار در حوزه انرژی، توسعه و پیاده‌سازی مبدل‌های DC-DC با ولتاژ بالا که منحصراً برای کاربردهای خورشیدی طراحی شده‌اند، به طرز فزاینده‌ای اهمیت خواهد داشت. تبدیل انرژی به شکلی کارآمد، برای به حداکثر رساندن عملکرد سیستم‌های PV حیاتی است. پنل‌های خورشیدی، که پایه و اساس تولید انرژی خورشیدی را تشکیل می‌دهند، تحت تأثیر عوامل محیطی متعددی قرار دارند، از جمله تغییرات دما، سایه‌داری و نوسانات در تابش خورشیدی [۵]. این عوامل ممکن است منجر به نوسانات در ولتاژ و جریان خروجی پنل‌های خورشیدی شود که به طور مستقیم بر عملکرد کلی سیستم‌های PV تأثیر می‌گذارد (اسمیت و همکاران، ۲۰۲۱) [۶]. برای مواجهه با این چالش‌ها و افزایش کارایی برداشت انرژی، مبدل‌های DC-DC با ولتاژ بالا به عنوان اجزای حیاتی در سیستم‌های PV ظهور کرده‌اند.

مزایای مبدل‌های DC-DC با ولتاژ بالا

مبدل‌های DC-DC با بهره‌وری بالا مزایای کلیدی متعددی را ارائه می‌دهند که آن‌ها را برای ادغام انرژی خورشیدی بسیار مناسب می‌کند. نخست، این مبدل‌ها قادر به ارتقاء توانایی برداشت انرژی از پنل‌های خورشیدی هستند و با افزایش کارآمد ولتاژ خروجی، تضمین می‌کنند که حتی در شرایط نامطلوب، بخش بیشتری از انرژی خورشیدی به دست می‌آید (Smith et al., ۲۰۲۱). این ویژگی باعث افزایش کارایی کلی سیستم و بهبود بازگشت سرمایه برای نصب‌های خورشیدی می‌شود [۴]. به‌علاوه، طراحی بدون ترانسفورماتور این مبدل‌ها نیاز به ترانسفورماتورهای بزرگ و پرهزینه را از بین می‌برد و وزن سیستم، فضای فیزیکی و قابلیت اطمینان کلی را افزایش می‌دهد (Johnson & Wang, ۲۰۲۰) [۷]. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند مبدل‌های DC-DC با ولتاژ بالا به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهای انرژی خورشیدی تبدیل شوند.

برای ارتقاء مبدل‌های DC-DC با ولتاژ بالا برای کاربردهای خورشیدی، مدل‌سازی ریاضی دقیق و اعتبارسنجی عملی از اهمیت بالایی برخوردار است. این مدلسازی که معمولاً با استفاده از ابزارهایی نظیر MATLAB انجام می‌شود، امکان ارزیابی عملکرد مبدل تحت وضعیت‌های عملیاتی مختلف را فراهم می‌سازد (Smith et al., ۲۰۲۱). این مدل‌ها بینش‌های مهمی در مورد کارایی، افزایش ولتاژ و رفتار سیستم ارائه می‌دهند. اعتبارسنجی عملی نیز با ساخت یک پروتوتایپ ۲۰۰ وات در یک محیط آزمایشگاهی (Johnson & Wang, ۲۰۲۰) حاصل می‌شود و یافته‌های نظری را تأیید می‌کند و به اثبات مؤثر بودن مبدل در شرایط واقعی کمک می‌کند. این فرآیند تکراری به محققان اجازه می‌دهد تا طراحی‌ها را بهینه‌سازی کرده و عملکرد را به حداکثر برسانند.

اگرچه مبدل‌های DC-DC با ولتاژ بالا ابتدا برای کاربردهای خورشیدی طراحی شده‌اند، اما دامنه استفاده آن‌ها فراتر از این حوزه نیز قابل توجه است. تحقیقات نشان می‌دهند که این مبدل‌ها توانایی تأمین بارهای موتوری را به‌طور کارآمد دارند (Brown & Smith, ۲۰۲۲) [۸]. این تنوع فرصتی برای ایجاد راه‌حل‌های انرژی کارآمد و پایدار فراهم می‌آورد. همچنین، تحقیقات اخیر بر روی الگوریتم‌های کنترلی پیشرفته برای مبدل‌های DC-DC با ولتاژ بالا تمرکز داشته‌اند که هدف آن‌ها بهبود بیشتر کارایی و عملکرد این مبدل‌ها است (Li et al., ۲۰۲۳) [۹]. بررسی مواد نیمه‌رسانای با گاف پهن نیز نویدبخش حداکثر کارآمدی و قابلیت اطمینان بیشتر برای این مبدل‌ها است [۱۰-۱۴].

سیستم پیشنهادی

نمودار بلاک سیستم ادغام انرژی خورشیدی پیشنهادی، اجزای کلیدی و اتصالات آن‌ها را برای بهره‌وری مؤثر از انرژی خورشیدی به تصویر می‌کشد. این نمودار به‌طور خاص مبدل DC-DC با ولتاژ بالا را که برای استفاده در انرژی خورشیدی طراحی شده است، به نمایش می‌گذارد. اجزای موجود در نمودار شامل موارد زیر است:

• پنل‌های خورشیدی: این پنل‌ها منبع اصلی انرژی هستند که نور خورشید را به برق DC تبدیل می‌کنند و تحت شرایط خورشیدی عمل می‌نمایند.
• مبدل DC-DC با ولتاژ بالا: هسته سیستم که خروجی پنل‌های خورشیدی را به‌طور مؤثر به قدرت مورد نیاز برای انواع کاربردها افزایش می‌دهد و کارایی برداشت انرژی را تقویت می‌کند.
• بار: خروجی مبدل می‌تواند بارهای الکتریکی مانند موتورها را تغذیه کند.
• حلقه بازخورد: این حلقه به مبدل متصل است و تغییرات بلادرنگ را بر اساس عملکرد و داده‌های محیطی تسهیل می‌کند و بدین ترتیب سازگاری و کارایی سیستم را بهبود می‌بخشد.

شکل ۱: نمودار بلاک سیستم پیشنهادی

شکل ۲، نمودار مدار مبدل DC-DC با ولتاژ بالا را نشان می‌دهد که به‌طور مؤثر ولتاژ ورودی پایین DC را از پنل‌های خورشیدی برای برداشت انرژی بهینه افزایش می‌دهد. اجزای کلیدی این مدار به شرح زیر است:

• سوییچ‌ها (S1 و S2): وظیفه کنترل جریان را بر عهده دارند و بین حالت‌های باز و بسته برای مدیریت انتقال انرژی جابجا می‌شوند.
• اندوکتورها (L1 و L2): انرژی الکتریکی را به‌صورت میدان‌های مغناطیسی ذخیره کرده و به کنترل انرژی کمک می‌کنند.
• دیودها (D1، D2، D3، D4 و Do): جریان یک‌طرفه را اجازه می‌دهند و عملکردهایی نظیر یکسو کردن و ایزوله کردن مدار را انجام می‌دهند.
• خازن‌ها (C1، C2، C3، C4 و Co): انرژی الکتریکی را ذخیره و سطوح ولتاژ را پایدار کرده و خروجی را نرم می‌کنند.

برای اطمینان از تحقق نظری و بهینه‌سازی عملکرد، مبدل پیشنهادی تحت تجزیه و تحلیل جامع قرار خواهد گرفت که شامل موارد زیر است:

• عملکرد در حالت مداوم (CCM) و حالت ناپیوسته (DCM): درک رفتار سیستم تحت بارهای مختلف.
• تحلیل افزایش ولتاژ: بررسی افزایش ولتاژ به‌طور کارآمد.
• خصوصیات خارجی: تحلیل روابط ولتاژ-جریان ورودی و خروجی برای تعامل با بارها و منابع انرژی خارجی.
• استرس ولتاژ و جریان: ارزیابی استرس‌های تحمل شده توسط اجزا بر اثر طراحی.
• ملاحظات طراحی: بررسی مقادیر اجزا، اندازه‌گیری‌ها و چیدمان به‌منظور بهینه‌سازی.
• کارایی تخمینی: پیش‌بینی کارایی مبدل تحت شرایط عملیاتی متفاوت.
• مدل‌سازی: ایجاد یک مدل دقیق از مبدل با کمک ابزارهایی مانند MATLAB ۲۰۲۱ برای درک عمیق‌تر رفتار.
• کنترل: بحث در مورد الگوریتم‌ها و مکانیسم‌های کنترلی برای اطمینان از عملکرد مؤثر و سازگاری با شرایط متغیر.

شکل ۲: نمودار مدار روش پیشنهادی

شکل ۲، ترکیب مبدل DC-DC با ولتاژ بالا را به تصویر می‌کشد که شامل دو سوییچ (S1 و S2)، دو اندوکتور (L1 و L2)، پنج دیود (D1، D2، D3، D4 و Do) و پنج خازن (C1، C2، C3، C4 و Co) است. چیدمان اجزا در این مبدل یک عامل حیاتی است که به حداقل رساندن استرس‌ها در جریان و ولتاژ، افزایش بهره‌وری ولتاژ و حفظ سادگی عملیاتی کمک می‌کند. برای تأیید این جنبه‌ها، تجزیه‌وتحلیل نظری و تجربی جامعی از مبدل پیشنهادی انجام خواهد شد.

حالت‌های عملکرد

مرحله اول – حالت هدایت مداوم (CCM)

در این مرحله، هنگامی که سوئیچ‌های S1 و S2 هر دو در وضعیت ON قرار دارند، سلف‌های L1 و L2 فعال می‌شوند و به جریان الکتریکی اجازه عبور می‌دهند. دیودهای D1، D2 و Do به حالت معکوس درآمده و خازن‌های C1، C2 و Co انرژی خود را به خازن‌های C3، C4 و بار (R) منتقل می‌کنند. در این حین، دیودهای D3 و D4 در حالت بایاس جلو قرار گرفته و خازن‌های C3 و C4 شروع به شارژ شدن می‌کنند.

مرحله دوم – حالت هدایت مداوم (CCM)

این مرحله زمانی آغاز می‌شود که سوئیچ‌های S1 و S2 خاموش می‌شوند. در این وضعیت، L1 و L2 به حالت غیر مغناطیسی درآمده و دیودهای D1 و D2 برای شارژ خازن‌های C1 و C2 وارد عمل می‌شوند. در این زمان، دیود خروجی Do نیز به حالت بایاس جلو در می‌آید و خازن خروجی Co را با ولتاژ VC3 + VC4 – VC2 شارژ می‌کند. به‌علاوه، دیودهای D3 و D4 در حالت معکوس قرار می‌گیرند و خازن‌های C3 و C4 تخلیه می‌شوند.

مرحله سوم – حالت عدم هدایت (DCM)

این مرحله مختص DCM است و زمانی آغاز می‌شود که جریان از طریق سلف‌ها به صفر می‌رسد. در این مرحله، تمامی دستگاه‌های نیمه‌هادی مسدود می‌شوند و بار (R) تنها به وسیله‌ی خازن خروجی (Co) تأمین می‌شود.

برای محاسبه بهره استاتیک مبدل، اصل تعادل ولت–ثانیه بر سلف‌ها اعمال می‌گردد و ولتاژهای خازن‌ها (VC1، VC2، VC3، VC4) بر اساس ولتاژهای سلف‌ها در مراحل اول و دوم تعیین می‌شوند. بهره استاتیک (M) در مرحله دوم محاسبه می‌شود (Vo = VC3 + VC4 – VC2). همچنین، توجه به بهره ولتاژ غیر ایده‌آل که بستگی به پارامترهای جانبی مانند مقاومت‌ها و ولتاژهای به جلو دارد، بسیار اهمیت دارد، زیرا این عوامل می‌توانند تأثیر چشمگیری بر عملکرد مبدل بگذارند و باید در تحلیل و طراحی دقیق مدنظر قرار گیرند.

نتایج و بحث‌ها

مدل‌سازی سیستم پیشنهادی در MATLAB ۲۰۲۱ به‌عنوان گامی حیاتی در ارزیابی عملکرد و کارایی آن به شمار می‌آید. شبیه‌سازی این امکان را برای تجزیه و تحلیل دقیق رفتار سیستم تحت شرایط مختلف فراهم می‌کند و به بهینه‌سازی طراحی و عملکرد آن کمک قابل توجهی می‌نماید (شکل ۳).

شکل ۳: نمودار شبیه‌سازی سیستم پیشنهادی

در شکل ۴، مدل دقیقی از پنل خورشیدی ارائه می‌دهیم که جزء حیاتی در برداشت و تبدیل انرژی خورشیدی به برق محسوب می‌شود. عناصر اصلی و ویژگی‌های این مدل شامل:

• آرایه PV خورشیدی: متشکل از دو آرایه PV که به صورت موازی متصل شده‌اند و هرکدام دارای ۲۱۷ سلول PV مستقل هستند. این اتصال موازی موجب افزایش جریان خروجی و در عین حال حفظ سطح ولتاژ می‌شود.
• سلول‌های PV: این واحدهای بنیادی تبدیل انرژی خورشیدی شامل مجموعه‌ای به تعداد ۲۱۷ سلول در هر آرایه هستند که به‌طور استراتژیک جهت بهبود ویژگی‌های الکتریکی چینش شده‌اند.
• چیدمان سلولی: سلول‌های PV به‌طور منطقی و استراتژیک قرار داده شده‌اند تا حداکثر برداشت انرژی را به ارمغان آورند و به طبع آن تأثیر چشمگیری بر کارایی و عملکرد داشته باشند. الگوهای رایج شامل اتصالات سری و موازی است.
• اتصال: اتصال صحیح سلول‌های PV و آرایه‌ها به شیوه‌ای مؤثر، جریان الکتریکی را تأمین می‌کند و بر مشخصات ولتاژ و جریان تأثیر می‌گذارد. یک اتصال مؤثر تضمین می‌کند که تلفات به حداقل برسد.
• دیودهای بای پس: این دیودها برای کاهش اثرات ناشی از سایه‌زنی یا آسیب‌دیدگی طراحی شده‌اند و اجازه عبور جریان از بخش‌های غیر روشن را داده و از اتلاف توان جلوگیری می‌کنند.

شکل ۴: مدل‌سازی خورشیدی (الف) مدل‌سازی خورشیدی (ب) نمودار کنترل

شکل ۵: پارامترهای پنل خورشیدی (الف) ولتاژ (ب) جریان (ج) توان

شکل ۶: پارامترهای خروجی (الف) ولتاژ (ب) جریان (ج) گشتاور (د) سرعت

شکل ۷: پارامترهای حلقه بسته (الف) ولتاژ (ب) جریان (ج) سرعت (د) گشتاور

شکل ۵، پارامترهای ورودی برای مبدل‌های DC-DC با بهره ولتاژ بالا که به وسیله‌ی پنل خورشیدی تغذیه می‌شوند، با مشخصات زیر ارائه می‌دهد:

• ولتاژ (شکل 5الف): این پنل 75V الکتریسیته تولید می‌کند که نقطه شروع پتانسیل الکتریکی برای مبدل‌ها را تعیین می‌کند. ولتاژ سیستم خورشیدی بسته به وضعیت تابش خورشید و دما متغیر است.
• جریان (شکل 5ب): پنل خورشیدی ۷.6A جریان تولید می‌کند که برای محاسبه توان الکتریکی کل تولید شده ضروری است.
• توان (شکل 5ج): پنل خورشیدی خروجی 560W دارد که نشان‌دهنده ظرفیت آن برای تولید انرژی الکتریکی می‌باشد. این پارامترها منبع انرژی اولیه برای مبدل‌ها را تشکیل می‌دهند که مسئول افزایش ولتاژ ورودی برای کاربردهای مختلف هستند.

شکل ۶ نمای کلی از پارامترهای خروجی برای بار موتور متصل به مبدل DC-DC با بهره ولتاژ بالا را به تصویر می‌کشد:

• ولتاژ پایانه بار (شکل 6الف): ولتاژ در پایانه بار به مقدار 440V است که برای عملکرد مناسب موتور حیاتی می‌باشد.
• جریان آرمیچر و میدان (شکل 6ب): جریان آرمیچر به اندازه 5A و جریان میدان ۰.9A می‌باشد که بر تعاملات الکترومغناطیسی موتور و گشتاور تأثیر مستقیم دارد.
• گشتاور بار (شکل 6ج): گشتاور بار 8Nm است که نیروی چرخشی مورد نیاز را به خوبی نشان می‌دهد.
• سرعت موتور (شکل 6د): موتور با سرعت 1400rpm کار می‌کند که یکی از جنبه‌های کلیدی عملکرد آن محسوب می‌شود.

شکل ۷ تغییر از یک سیستم کنترل باز به سیستم کنترل بسته برای بار موتور را به تصویر می‌کشد که به بهبودهای کلیدی منجر می‌شود:

• ولتاژ نامی موتور (شکل 7الف): ولتاژ نامی موتور در 380V حفظ می‌شود.
• جریان موتور (شکل 7ب): جریان موتور در 5A تنظیم می‌شود.
• سرعت موتور (شکل 7ج): موتور اکنون با سرعت 1500rpm کار می‌کند.
• گشتاور (شکل 8د): موتور قادر به تولید 10Nm از گشتاور است. این نوآوری‌ها توانسته‌اند رفتار بار موتور را بهینه کرده و واکنش آن به شرایط عملیاتی متغیر را بهبود بخشند.

مقایسه با کارهای موجود

این مطالعه در مقایسه با تحقیقات موجود در زمینه مبدل‌های DC-DC با بهره ولتاژ بالا و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر، با طراحی بدون ترانسفورماتور، بهبود کارایی و ادغام کنترل حلقه بسته خود را متمایز می‌کند. بسیاری از مبدل‌های رایج به ترانسفورماتورها وابسته هستند که منجر به اضافه‌بار و هزینه‌های اضافی می‌شود. در حالی که طراحی بدون ترانسفورماتور پیشنهادی به طور چشمگیری این معایب را کم‌رنگ می‌کند. علاوه بر این، بهبود کارایی کلی سیستم یک پیشرفت مهم است که تلفات انرژی در حین تبدیل را به حداقل می‌رساند. تنظیمات دقیق سیستم کنترل حلقه بسته برای بار موتور این مطالعه را شاخص می‌کند و به عملکرد بهینه موتور تحت شرایط متغیر کمک می‌کند. این نوآوری‌ها سهم مهمی در ارائه راه‌حل‌های انرژی پایدار و کارآمد ایفا می‌کنند.

نتیجه‌گیری

در پایان، این تحقیق به بررسی توسعه و ارزیابی یک مبدل DC-DC با ولتاژ بالا (High Voltage Gain DC-DC Converter) اختصاص دارد که به ویژه برای کاربردهای انرژی خورشیدی طراحی شده است. با توجه به اهمیت جهانی انرژی‌های پایدار و تلاش برای کاهش انتشارات زیست‌محیطی، انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع کلیدی برای تولید برق پاک و تجدیدپذیر شناخته شده است. طراحی بدون ترانسفورماتور این مبدل نه تنها به کاهش پیچیدگی و هزینه‌ها کمک می‌کند، بلکه قابلیت اطمینان آن را نیز بهبود می‌بخشد و اندازه و وزن را به حداقل می‌رساند. همچنین، افزایش ولتاژ در این مبدل به بهبود برداشت انرژی و در نتیجه، به افزایش کارایی کلی و بازگشت سرمایه (ROI) برای سیستم‌های خورشیدی منجر می‌شود. کنترل حلقه بسته برای بارهای موتوری، دقت و عملکرد مطمئن را تضمین می‌کند. این نوآوری‌ها به عنوان یک پیشرفت چشمگیر در عرصه انرژی‌های تجدیدپذیر، نیاز به تبدیل کارآمد انرژی را برآورده می‌سازد و آینده‌ای پایدار برای منابع انرژی را رقم می‌زند.

منابع

1. Zhang, H. (2016). High-Efficiency DC-DC Converters for Renewable Energy Systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 31(7), 4864-4879.
2. Rathore, A. K., & Babu, B. R. (2018). Design and Analysis of High Voltage Gain DC-DC Converters for Renewable Energy Systems. In 2018 IEEE 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA) (pp.924-929). IEEE.
3. Alzahrani, A., & Rahman, S. (2017). Simulation and Modeling of Photovoltaic Power Systems: A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 60-75.
4. Rajalakshmi, M.; Chandramohan, S.; Kannadasan, R.; Alsharif, M.H.; Kim, M.-K.; Nebhen, J. Design and Validation of BAT Algorithm-Based Photovoltaic System Using Simplified High Gain Quasi Boost Inverter. Energies 2021, 14, 1086. https://doi.org/10.3390/en14041086.
5. Natarajan, S.; Kannadasan, R.; Alsaif, F.; Alsharif, M.H. Design of Novel Modified Double-Ended Forward Converter for Stepper Motor Drive. Machines 2023, 11, 777. https://doi.org/10.3390/machines11080777.
6. Smith, J. R., & Brown, L. Q. (2021). Advances in High Voltage Gain DC-DC Converters for Enhanced Solar Power Integration. Solar Energy, 200, 205-218.
7. Johnson, A. B., & Wang, X. (2020). Transformerless High Voltage Gain DC-DC Converters for Photovoltaic Systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 35(9), 9363-9375.
8. Brown, E. S., & Smith, T. (2022). Innovative Applications of High Voltage Gain DC-DC Converters in Solar Power Systems. Renewable Energy, 150, 1221-1233.
9. Li, Y., et al. (2023). Advanced Control Strategies for High Voltage Gain DC-DC Converters in Solar Power Integration. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 14(1), 123-135.
10. Xie, Z., et al. (2022). Wide-Bandgap Semiconductor Devices for High Voltage Gain DC-DC Converters: Opportunities and Challenges. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 10(3), 1680-1693.
11. Kadirvel, K.; Kannadasan, R.; Alsharif, M.H.; Geem, Z.W. Design and Modeling of Modified Interleaved Phase-Shifted Semi-Bridgeless Boost Converter for EV Battery Charging Applications. Sustainability 2023, 15, 2712. https://doi.org/10.3390/su15032712.
12. Pattathurani, L.P.; Dash, S.S.; Dwibedi, R.K.; Raj, M.D.; Kannadasan, R.; Savio, M.F.; Alsharif, M.H.; Kim, J.H. Harmonics Minimisation in Non-Linear Grid System Using an Intelligent Hysteresis Current Controller Operated from a Solar Powered ZETA Converter. Sustainability 2022, 14, 7028. https://doi.org/10.3390/su14127028
13. Luque, A., & Hegedus, S. (Eds.). (2011). Photovoltaic Solar Energy: Development and Current Research. Wiley.
14. Liu, Y. (2019). Efficiency Improvement of Photovoltaic Systems Using High-Voltage Gain DC-DC Converters. Solar Energy, 191, 178-186.

منبع و شناسایی ناشر: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY، ISSN ۰۰۳۳-۲۰۹۷، R. ۱۰۰ NR ۴/۲۰۲۴. doi:۱۰.۱۵۱۹۹/۴۸.۲۰۲۴.۰۴.۴۵

منتشر شده توسط PQBlog

مهندس برق

مشاهده پست‌های بیشتر

پرسش‌های متداول

مبدل DC-DC چیست؟

مبدل DC-DC دستگاهی است که ولتاژ مستقیم را از سطحی به سطح دیگر تبدیل می‌کند.

چرا انرژی خورشیدی مهم است؟

انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع پایدار و تمیز، به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک می‌کند.

مزایای مبدل بدون ترانسفورماتور چیست؟

این مبدل‌ها سبک‌تر، فشرده‌تر و از نظر هزینه نیز به صرفه‌ترند.

منبع: powerquality.blog