بهبود عملکرد و صرفه‌جویی انرژی با بهینه‌سازی از طریق الگوریتم رقابت استعماری در سیستم ردیاب خورشیدی دو محوره جدید

نویسندگان

دانشگاه ولیعصر

چکیده

اساس کار سیستم‌های فتوولتائیک، تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است؛ ازاین‌رو، حداکثر کارایی سیستم‌های فتوولتائیک با قرار گرفتن سیستم با زاویۀ عمود نسبت به خورشید حاصل می‌شود و برای رسیدن به حداکثر توان و کارایی سلول فتوولتائیک، ردیابی موقعیت خورشید با دقت بسیار، اهمیت ویژه‌ای دارد. در این مقاله، ردیاب دومحورۀ چرخان- خطی جدیدی طراحی و ساخته شده ‌است که در مقابل اثرات محیطی مقاوم بوده و انرژی مصرفی موتورها را به حداقل می‌رساند. در ضمن به‌منظور ردیابی سریع‌تر و صرفه‌جویی بیشتر انرژی مصرفی، پارامترهای کنترل‌کننده با الگوریتم رقابت استعماری بهینه شده است. بهینه‌سازی پارامترهای کنترل سیستم برای هر دو حالت یک‌محوره و دومحوره موجب بهره‌وری بیشتر آن شده، به‌طوری که علاوه بر کاهش فراجهش و زمان نشست، انرژی مصرفی موتورها نیز کاهش یافته است. همچنین به‌منظور نشان دادن کارایی و بهبود عملکرد سیستم، مقایسه‌ای بین سرعت ردیابی و انرژی مصرفی موتورها با الگوریتم‌های ژنتیک، زنبور عسل، الگوریتم بهینه‌سازی انبوه ذرات آشوبی و الگوریتم رقابت استعماری صورت گرفته است. نتایج حاکی از آن است که الگوریتم رقابت استعماری عملکرد بهتری نسبت به سایر الگوریتم‌ها و روش‌ها داشته است.

کلیدواژه‌ها


[1] Ozlu, S., Dincer, I., "Analysis and Evaluation of a New Solar Energy‐based Multi Generation System", International Journal of Energy Research, Vol.40, pp. 1339-1354, 2016. [2] Seme, S., Stumberger, G., Vorsic, J., "Maximum Efficiency Trajectories of a Two-axis Sun Tracking System Determined Considering Tracking System Consumption", IEEE Transactions on Power Electronics,Vol.26, pp. 1280–1290, 2011. [3] Filomeno, M., Vieira, P., Moura, S., Anibal, T., "Energy Storage System for Self-consumption of Photovoltaic Energy in Residential Zero Energy Buildings", Renewable Energy, Vol.103, pp. 308-320, 2017. [4] Zegaoui, A., M., Aillerie, P., Petit, J., P., Sawicki, J., P., Charles, A., Belarbi, W., "Dynamic Behavior of PV Generator Trackers under Irradiation and Temperature Changes", Solar Energy, Vol.85, pp. 2953-2964, 2011. [5] Serrano-Lujan, L., Espinosa, N., Abad, J., Urbina, A., "The Greenest Decision on Photovoltaic System Allocation", Renewable Energy, pp. 1348-1356, 2017. [6] Carvalho, R., Lacerda Filho, A., Resende Possi, P., Kruckeberg, J., "An Economical, Two Axes Solar Tracking System for Implementation in Brazil", Applied Engineering in Agriculture, Vol. 29, No. 2, pp. 123–128, 2013. [7] Yao, Y., Hu, Y., GAO, S., Yang, G., Du, J., "A Multipurpose Dual-axis Solar Tracker with Two Tracking Strategies", Renewable Energy, Vol.72, pp. 88, No. 98, 2014. ]8[ خراسانی، حسین، مسچی، سید مرتضی، «ﺗﻌﯿﯿﻦ زاویﮥ ﺷﯿﺐ ﺑﻬﯿﻨﮥ ﻣﺎﻫﯿﺎﻧﻪ، ﻓﺼﻠﯽ، ﺷﺶ‌ﻣﺎﻫﻪ و ﺳﺎلاﻧﻪ ﮐﻠﮑﺘﻮرﻫﺎی ﺧﻮرﺷﯿﺪی ﺗﺨﺖ در ﮐﺎﺷﺎن»، نشریه علمی‌ﭘﮋوﻫﺸﯽ ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ و ﻣﺪیﺮیﺖ اﻧﺮژی، سال سوم، شمارۀ چهارم، صفحۀ 38ـ49، ۱۳۹۲. [9] Lazaroiu, C., Longo, M., Roscia, M., Pagano, M., "Comparative Analysis of Fixed and Sun Tracking Low Power PV Systems Considering Energy Consumption", Energy Conversion and Management, Vol.92, pp. 143–148, 2015. [10] AliMohamad, A., "Efficiency Improvements of Photovoltaic Panels Using a Sun-tracking System", Applied Energy, Vol. 79, pp. 345-354. 2004. [11] Roth, P., Georgiev, A., Boudinov, H., "Cheap Two Axis Sun Following Device", Energy Conversion and Management, Vol. 46, pp. 1179-1192, 2005. [12] Mousazadeh, H., Keyhani, A., Javadi, A., Mobli, H., Abrinia, A., Sharifi. K., "A Review of Principle and Sun-tracking Methods for Maximizing Solar Systems Output", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 13, pp. 11800–1818, 2009. [13] Fathabadi, H., "Comparative Study between Two Novel Sensorless and Sensor Based Dual-axis Solar Trackers", Solar Energy, Vol. 138, PP. 67-76, 2016. [14] Away, Y., Ikhsan, M., "Dual-axis Sun Tracker Sensor Based on Tetrahedron Geometry", Automation in Construction, Vol. 73, pp. 175-183, 2017. [15] Abdollahpour, M., Golzarian, M.R., Rohani H., Zarchi, A. "Development of a Machine Vision Dual-axis Solar Tracking System", Solar Energy, Vol. 196, pp. 136-143, 2018. [16] Hoffmann, F.M., Molz, R.F., Kothe, J.V., Nara, E.O.B., Tedesco, L.P.C., "Monthly Profile Analysis Based on a Two-axis Solar Tracker Proposal for Photovoltaic Panels", Renewable Energy, Vol. 115, pp. 750-759, 2017. [17] Chen, J.H., Yau, H.T., Hung, T.H. "Design and implementation of FPGA-based Taguchi-chaos-PSO sun tracking systems", Mechatronics, Vol. 25, pp. 55-64, 2015. [18] Solihin, M.I., Tack L.F., Keen, M.L., "Tuning of PID Controller Using Particle Swarm Optimization (PSO)", Int Conf Adv Sci, Vol. 1, pp.458–61, 2011. [19] Sabir, M.M., Tariq, A., "Optimal PID Controller Design Through Swarm Intelligence Algorithms for Sun Tracking System", Applied Mathematics and Computation, Vol. 274, pp. 690–699, 2016. [20] Wari, S., "PSO-PID Maximum Power Point Tracking Controller Using Modified Superlift Luo Converter", Energy procedia, Vol. 117, pp. 87-94, 2017. [21] Liang, D., Xiyuan, L., Bo, D., Yuanchun, L., "Experimental Investigation on Fuzzy PID Control of Dual Axis Turntable Servo System", Procedia Computer, Vol.131, pp. 531-540, 2018. [22] Fathy, A., Rezk, H., "Parameter Estimation of Photovoltaic System Using Imperialist Competitive Algorithm", Renewable Energy, Vol.111, pp. 307-320, 2017. [23] Sawle, Y., Gupta, S.C., Bohre A., "Optimal Sizing of Standalone PV/Wind/Biomass Hybrid Energy System Using GA and PSO Optimization", Energy Procedia, Vol.117, pp. 690-698, 2017. [24] Maroufmashat, A., Sayedin, F., Sattari, S., "An Imperialist Competitive Algorithm Approach for Multi-Objective Optimization of Direct Coupling Photovoltaic-Electrolyzer Systems", International journal of hydrogen energy, Vol.39, pp. 18743-18757, 2014. [25] Bayareh, M., Mohammadi, M., "Multi-objective optimization of a triple shaft gas compressor station using Imperialist Competitive Algorithm", Applied Thermal Engineering, Vol. 109, pp. 384–400, 2016. ]26[ کاظمی‌نژاد، میلاد، جلیلی، صادق، آقابابایی، مجید، «استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی اجتماع ذرات اصلاح‌شده برای تنظیم پارامترهای کنترلر PID»، همایش ملی مهندسی برق و توسعۀ پایدار با محوریت دستاوردهای نوین در مهندسی برق، مؤسسۀ آموزش عالی خاوران مشهد، 1392. [27] Taher, S.A., Hajiakbari Fini, M., Falahati Aliabad, S., "Fractional Order PID Controller Design for LFC in Electric Power Systems Using Imperialist Competitive Algorithm", Ain Shams Engineering Journal, Vol. 5, pp.121–135, 2014. [28] Rezaee Jordehi, A., "Enhanced Leader Particle Swarm Optimization (ELPSO): An Efficient Algorithm for Parameter Estimation of Photovoltaic (PV) Cells and Modules", Solar Energy, Vol. 159, pp.78–87, 2018.