Σχεδίαση Συστήματος Διαχείρισης Φωτοβολταϊκής Γεννήτριας Σε Ηλεκτρικό Όχημα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την ανάπτυξη ενός γρήγορου και πλήρως ολοκληρωμένου ελεγκτή για την εύρεση του σημείου μέγιστης ισχύος, με σκοπό τον αποτελεσματικό έλεγχο ενός φωτοβολταϊκού (φ/β) συστήματος και τη μέγιστη παραγωγή ισχύος από τη φ/β συστοιχία, που είναι ενσωματωμένη στην οροφή ενός ηλεκτρικού οχήματος. Για την εύρεση του σημείου μέγιστης ισχύος, συγκρίνονται δύο αλγόριθμοι, ο αλγόριθμος Διαταραχής και Παρατήρησης και ο αλγόριθμος Στοιχειώδους Αγωγιμότητας, εφαρμόζοντας σταθερό και μεταβλητό βήμα για την προσαρμογή της τάσης της φ/β γεννήτριας. Αρχικά, η ανίχνευση του σημείου μέγιστης ισχύος εξετάζεται υπό συνθήκες ομοιόμορφης σκίασης. Στη συνέχεια, με τη χρήση του προτεινομένου τροποποιημένου αλγορίθμου Στοιχειώδους Αγωγιμότητας που υλοποιείται, επιτυγχάνεται ο εντοπισμός του σημείου μέγιστης ισχύος υπό συνθήκες μερικής σκίασης, συνθήκες κατά τις οποίες η εύρεση του βέλτιστου σημείου είναι αρκετά πιο δύσκολη. Επίσης, αναπτύσσεται δυναμικό μοντέλο με τη χρήση του λογισμικού Simulink/Matlab, για την προσομοίωση του συνολικού συστήματος επικουρικής φόρτισης και για την αξιολόγηση των αλγορίθμων. Το σύστημα αυτό περιλαμβάνει τη φ/β συστοιχία ονομαστικής ισχύος 160W, τον μετατροπέα ΣΡ-ΣΡ (DC-DC) ανύψωσης τάσης τύπου flyback, τον αυτόματο ελεγκτή εύρεσης του Σημείου Μέγιστης Ισχύος (ΣΜΙ) και τη μπαταρία 250V, τύπου ιόντων Λιθίου. Η μελέτη των επιμέρους στοιχείων του συστήματος επικουρικής φόρτισης παρουσιάζεται αναλυτικά και δίνεται ιδιαίτερη βαρύτητα στη σχεδίασή τους, για την ορθή αξιολόγηση του συνολικού συστήματος.Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, αναδεικνύεται ότι ο αλγόριθμος Στοιχειώδους Αγωγιμότητας με μεταβλητό βήμα τάσης, εντοπίζει το σημείο μέγιστης ισχύος με την εμφάνιση ελάχιστων ταλαντώσεων και με γρήγορη μεταβατική απόκριση σε συνθήκες ραγδαίας μεταβολής της ηλιακής ακτινοβολίας, και επομένως αποτελεί τη βέλτιστη επιλογή για τη συγκεκριμένη εφαρμογή. Τέλος, υπολογίζεται η ετήσια ενεργειακή παραγωγή για το προτεινόμενο φωτοβολταϊκό σύστημα καθώς και η βελτίωση στην προσομοιωμένη αυτονομία του μικρού ηλεκτρικού οχήματος πόλης που εξετάζεται, εφαρμόζοντας τον βέλτιστο αλγόριθμο και χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα ηλιοφάνειας μαζί με ρεαλιστικά σενάρια οδήγησης.