1. مقدمة
توليد الطاقة الكهروضوئية هي تقنية تستخدم الطاقة الشمسية لتحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء. في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية، من أجل الحصول على أقصى قدر من طاقة توليد الطاقة، من الضروري تتبع التغير في شدة الإشعاع الشمسي في الوقت الحقيقي، وضبط حالة عمل الوحدة الكهروضوئية للبقاء بالقرب من نقطة الطاقة القصوى. يقدم هذا البحث مبدأ وتطبيق خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى لتوليد الطاقة الكهروضوئية.

2. مبدأ خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى

في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية، ترتبط طاقة الخرج للوحدة الكهروضوئية بنقطة التشغيل الخاصة بها. يتم تحديد نقطة التشغيل بواسطة الجهد والتيار للمكون. لذلك، من خلال ضبط حالة عمل المكون بحيث يعمل بالقرب من نقطة الطاقة القصوى، يمكن تحقيق أقصى كفاءة لتوليد الطاقة.
يتم تحقيق الحد الأقصى لخوارزمية تتبع نقطة الطاقة من خلال مراقبة شدة الإشعاع الشمسي في الوقت الفعلي وضبط حالة عمل الوحدة وفقًا لنتيجة المراقبة. خوارزميات تتبع نقطة الطاقة القصوى شائعة الاستخدام هي كما يلي:
2.1 خوارزمية الاضطراب والمراقبة (P&O) خوارزمية
P&O هي خوارزمية بسيطة ومستخدمة على نطاق واسع لتتبع نقطة الطاقة القصوى. المبدأ هو تحديد الحد الأقصى لنقطة الطاقة من خلال التشويش المستمر على حالة عمل المكون ثم ملاحظة التغير في الطاقة.
الخطوات المحددة هي كما يلي:
1. تهيئة حالة العمل، بما في ذلك الجهد والتيار.

2. قياس الطاقة الحالية.

3. زيادة أو نقصان قيمة الجهد أو التيار وقياس الطاقة الجديدة.
4. قارن بين القوة القديمة والجديدة، إذا كانت القوة الجديدة أكبر من القوة القديمة، استمر في زيادة أو تقليل قيمة الجهد أو التيار؛ إذا كانت القوة الجديدة أقل من القوة القديمة، قم بتغيير الاتجاه وتقليل حجم الخطوة.
5. كرر الخطوتين 3 و4 حتى الوصول إلى الحد الأقصى لنقطة الطاقة.
تعتبر خوارزمية P&O بسيطة وسهلة التنفيذ، ولكن نظرًا لأنها تعتمد على طريقة البحث المحلية، فمن السهل إزعاج الضوضاء والظل.
2.2 خوارزمية التوصيل التزايدي (INC) خوارزمية
INC هي خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى بناءً على الطريقة التفاضلية. يتمثل المبدأ في تحقيق الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة عن طريق ضبط حالة العمل وفقًا لخصائص القبول الخاصة بالمكون.
الخطوات المحددة هي كما يلي:
1. تهيئة حالة العمل، بما في ذلك الجهد والتيار.
2. قياس قوة الانتاج الحالية والقبول.
3. ضبط حالة العمل وفقا للمقارنة بين القبول الحالي والقبول السابق:
- إذا زاد القبول، تزداد قيمة الجهد أو التيار؛
- إذا انخفض القبول، تنخفض قيمة الجهد أو التيار؛
- إذا لم يتغير القبول، والحفاظ على حالة العمل الحالية.
4. كرر الخطوتين 2 و3 حتى الوصول إلى الحد الأقصى لنقطة الطاقة.
بالمقارنة مع خوارزمية P&O، تتمتع خوارزمية INC بسرعة استجابة أسرع واستقرار أفضل، ولكنها تحتوي أيضًا على تعقيد حسابي معين.
3. تطبيق خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى
يتم استخدام خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى على نطاق واسع في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية لتحسين كفاءة توليد الطاقة وتقليل فقدان الطاقة. فيما يلي بعض الأمثلة على خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى في التطبيقات العملية:
3.1 محطة الطاقة الكهروضوئية
محطات الطاقة الكهروضوئية هي أكثر أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية شيوعًا. في محطات الطاقة الكهروضوئية، باستخدام خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى، يمكن تعديل حالة عمل المكون في الوقت الفعلي بحيث يعمل دائمًا بالقرب من نقطة الطاقة القصوى. ولا يؤدي ذلك إلى تحسين كفاءة توليد الطاقة فحسب، بل يعمل أيضًا على إطالة عمر المكونات.
3.2 مصابيح الشوارع الكهروضوئية
مصابيح الشوارع الكهروضوئية هي نوع من المعدات التي تستخدم الطاقة الشمسية للإضاءة. باستخدام خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى، من الممكن التأكد من أن مصابيح الشوارع الكهروضوئية تعمل دائمًا بأقصى طاقة في حالة التغيرات في شدة الإشعاع الشمسي، وبالتالي توفير وقت إضاءة أطول.
3.3 شاحن البطاريات الكهروضوئية
شاحن البطاريات الكهروضوئية هو جهاز يستخدم الطاقة الشمسية لشحن البطاريات. باستخدام خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى، يمكن تعديل حالة عمل الشاحن في الوقت الفعلي لجعله يعمل دائمًا بأقصى طاقة، وبالتالي تحسين كفاءة الشحن.

4. الخلاصة

تعد خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى لتوليد الطاقة الكهروضوئية تقنية مهمة تلعب دورًا رئيسيًا في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية. تقدم هذه الورقة خوارزميتين شائعتين لتتبع نقطة الطاقة القصوى: خوارزمية P&O وخوارزمية INC، وتقدم تطبيقاتهما في سيناريوهات تطبيق مختلفة.
مع تقدم التكنولوجيا والطلب المتزايد على الطاقة المتجددة، سيتم تحسين وتحسين خوارزمية تتبع نقطة الطاقة القصوى. من خلال التحسين المستمر لدقة واستقرار الخوارزمية، يمكن تحسين كفاءة وموثوقية نظام توليد الطاقة الكهروضوئية بشكل أكبر.