متتبع نقطة الاستطاعة العظمى

​

^مقدمة:

يمكن تحقيق الربح الفعال في الأنظمة الكهروشمسية  إذا كانت نقطة العمل للنظام قريبة من نقطة العمل العظمة للألواح الشمسية وذلك خلال تغير شروط العمل خلال اليوم، وتسمى الأجهزة التي تقوم بهذه الوظيفة بأجهزة متابعة نقطة الاستطاعة العظمى

(MPPT: Maximum Power Point Tracker) وتعتبر هذه الأجهزة جزء هام يرفع من كفاءة الأنظمة الكهروشمسية.^

**مبدأ عمل أجهزة تتبع نقطة الاستطاعة العظمى:**

& هناك بعض الدارات البسيطة والذكية التي تعمل على تحويل الجهد المستمر DC من مستوى إلى آخر بالاعتماد على مفتاح إلكتروني يستخدم كقاطع on-off حيث إما يسمح للتيار أو لا يسمح له بالمرور.

المبدل الرافع boost converter يستخدم كرافع لجهد المنبع المستمر بينما المبدل الخافض buck converter يستخدم عادة كخافض للجهد، ويبين الشكل التالي دارة تدمج بين هاتين الحالتين وهي دارة المبدل الرافع الخافض buck-boost converter:

الشكل 1: دارة المبدل الرافع-الخافض 

مبدل الرافع-خافض قادر على رفع أو خفض جهد المنبع للجهد المناسب للحمل والمنبع في هذه الحالة هو الألواح الكهروشمسية، يغير المفتاح الترانزستوري حالته من on إلى off بمعدل سريع (حوالي 200KHz) عن طريق دارة تحكم وتحسس ليست موضحة في الشكل.

يجب العودة إلى المفاهيم الأولية لتحليل مبدل الرافع-خافض حيث يعتمد التحليل على توازن الطاقة للحقل المغناطيسي للملف، وبشكل أساسي هناك وضعين يجب أن أخذهما بعين الاعتبار الأول عندما يكون المفتاح مغلق والثاني عندما يكون المفتاح مفتوح.

عندما يغلق المفتاح، يتم تطبيق جهد على الملف وبالتالي يمر ضمن الملف تيار ويمر كل التيار خلال الملف لأن الديود يمنع مرور التيار لبقية أجزاء الدارة وبالتالي فإنه في هذا الجزء من دورة التشغيل تضاف الطاقة إلى الحقل المغناطيسي للملف عند مرور التيار فيه، ولكن إذا بقي المفتاح مغلقاً لفترة أطول فإن الملف عندها سيعمل كدارة مقصورة أي سيمر تيار قصر في اللوح.

عندما يفتح المفتاح، يستمر التيار في المرور بالملف وبنفس الوقت يبدأ الحقل المغناطيسي بالانهيار (لكن هذا الانهيار ليس لحظياً)، وتيار الملف يمر عبر المكثف والحمل والديود، ويقوم بشحن المكثف بقطبية معاكسة للحمل وهذا الجهد يؤمن استمرار عمل الحمل في دورة الإغلاق التالية.

إذا كانت سرعة التقطيع كافية فإن تيار الملف لن يملك الوقت الكافي للانخفاض كثيراً قبل أن يوصل التيار ثانيةً، وبتصميم جيد للدارة (سرعة تقطيع كافية وحجم كبير كفاية للملف) يمكن الحصول على تيار ملف ثابت، وكذلك الأمر بالنسبة لجهد المكثف حيث لن يجد الوقت الكافي كي يتناقص وبالتالي يمكن تصميم الدارة بشكل جيد (سرعة تقطيع كافية وسعة مكثف كبيرة كفاية) للحصول على جهد ثابت للمكثف، ويكون جهد الخرج  (جهد المكثف) ثابت تقريباً ومعاكس بالإشارة للجهد ، وأخيراً بقي أن نشرح دورة العمل D للمقطع والتي تحدد العلاقة بين جهد الدخل وجهد الخرج ، وهي الوقت الذي يكون فيه القاطع مغلق وعندها (0 < D < 1).

سوف نعتبر جميع المكونات في المبدل مثالية وبالتالي فإن المكثف والملف والديود لا يستهلكون أي طاقة خلال دورة العمل وبالتالي فإن متوسط الطاقة المقدمة للمبدل تساوي متوسط الطاقة المسحوبة منه، أي أن فعالية المبدل 100% وفعالية أنظمة MPPTs الحقيقية تساوي 90% وبالتالي تصبح الفرضية السابقة مقبولة.

بالنسبة للملف وعندما يكون المفتاح مغلق فإنه من أجل الزمن يكون الجهد عبر الملف ثابت والطاقة المتوسطة التي تخزن في الحقل المغناطيسي خلال دورة العمل الكاملة تعطى بالعلاقة التالية :

وباعتبار أن تيار الملف ثابت فإن متوسط الطاقة ضمن الملف هو :

عند فتح القاطع فإن الحقل المغناطيسي للملف يبدأ بالانهيار مرجعاً الطاقة التي كسبها للتو ويوصل الديود وهذا يعني أن الجهد على الملف

​