arلغة
الصفحة الرئيسية / المعرفه / المحتوى

المعرفه

كيف تعمل تقنية MPPT في ظل ظروف إضاءة مختلفة في أنظمة الإضاءة الشمسية؟

Aug 07, 2025

فيإضاءة شارع الطاقة الشمسيةتشحن الأنظمة والألواح الكهروضوئية بطاريات من خلال وحدة تحكم شمسية ، ثم تعمل البطاريات على تشغيل مصابيح LED. تراقب وحدة تحكم MPPT بشكل مستمر الجهد والتيار من ألواح PV ويستخدم الخوارزميات -كما هو الحال مع مراقبة أو توصيل تدريجي -لضبط نقطة التشغيل بشكل ديناميكي لتحقيق أقصى قدر من إخراج الطاقة. تركز هذه المقالة على كيفية عمل تقنية MPPT في ظل ظروف أشعة الشمس المختلفة.

 

1. ما هي تقنية MPPT؟

تعد أقصى تتبع نقاط الطاقة (MPPT) تقنية رئيسية في الأنظمة الكهروضوئية. لم يتم إصلاح ناتج الطاقة للخلية الشمسية ؛ يتقلب اعتمادًا على عوامل مثل الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة المحيطة.

 

نظرًا لأن خصائص التيار الجهد (VI) لوحدة PV غير خطي ، فهناك نقطة محددة تسمى نقطة الطاقة القصوى (MPP)-والتي يحقق النظام أعلى إخراج الطاقة. الهدف الأساسي من MPPT هو اكتشاف خصائص تشغيل وحدة PV بشكل مستمر ، ومن خلال خوارزميات التحكم الذكية ، التأكد من أنها تعمل أقرب ما يمكن من هذه النقطة. هذا يزيد من كفاءة تحويل الطاقة الشمسية ويعزز توليد الطاقة الكلي.

 

Fig.1 Perturb-and-Observe-PO-algorithm-for-MPPT-Curve-of-Power-Voltage-Current-in-MPPT
FIG.1 PERTURP-and-OBSERVE-PO-ALGORITHM-For-MPPT-Curve-Of-Power-Voltage-Current-Current-MPPT

 

2. لماذا تقنية MPPT مهمة؟

في أي نظام PV ، تتغير ظروف ضوء الشمس باستمرار بسبب عوامل مثل اختلافات الطقس والتحولات الموسمية. بدون MPPT ، لا يمكن استخدام ناتج الطاقة من الألواح الشمسية بالكامل. على سبيل المثال ، في الأيام الغائمة أو عندما يكون جزء من اللوحة مظللة ، ينخفض الإخراج بشكل كبير. تعوض MPPT هذه التغييرات عن طريق التكيف ديناميكيًا مع الظروف الحالية ، مما يسمح لألواح PV بحصاد أكبر قدر ممكن من الطاقة. يلعب هذا دورًا مهمًا في تعزيز القيمة الاقتصادية والأداء العملي للأنظمة الشمسية.

 

Fig.2 function-of-MPPT
FIG.2 وظيفة MPPT

 

3. عملية التكنولوجيا MPPT في ظل ظروف الإضاءة المختلفة

3.1 أشعة الشمس القوية في الأيام الصافية

① خصائص إخراج الوحدة الكهروضوئية

تحت ضوء الشمس القوي في الأيام الصافية ، تكون طاقة الإخراج لوحدة الكهروضوئية (PV) عالية نسبيًا. في هذه الحالة ، يعرض منحنى التيار الجهد (VI) لوحدة PV بوضوح نقطة طاقة أقصى مميزة. كل من جهد الدائرة المفتوحة (الجهد عند عدم توصيل أي حمل) وتيار الدائرة القصيرة (التيار عندما تكون المقاومة صفر) مرتفع نسبيًا.

 

② كيف يعمل MPPT في هذه الحالة

تراقب وحدة تحكم MPPT باستمرار الجهد والتيار من وحدة PV. عادةً ما يتم استخدام الخوارزميات الشائعة مثل Perturb و Obcterve (P&O). يقدم وحدة التحكم اضطرابات صغيرة في زيادة الجهد الناتج أو يزداد بشكل ضئيل أو تقليلها لتحديد التأثير على طاقة الإخراج.

 

③ طريقة الاضطراب والمراقبة (P&O)

بعد كل تعديل الجهد ، يلاحظ وحدة التحكم التغيرات في طاقة الإخراج.

إذا كانت زيادة الجهد تؤدي إلى طاقة أعلى ، فإن الحد الأقصى لنقطة الطاقة تكمن في اتجاه زيادة الجهد ، وبالتالي تستمر وحدة التحكم في زيادة ذلك.

 

إذا انخفضت الطاقة ، فهذا يعني أن النظام قد ابتعد عن MPP ، ثم يتم تقليل الجهد.

من خلال هذه العملية التكرارية للاضطراب والمراقبة ، تقوم وحدة تحكم MPPT بسرعة ودقة بإغلاق نقطة الطاقة القصوى ، مع الحفاظ على تشغيل نظام PV بكفاءة مثالية.

 

④ مثال على ذلك

  • في البداية ، تعمل وحدة PV في 17V و 3A ، مما ينتج 51W من الطاقة.
  • تزيد وحدة التحكم في MPPT الجهد إلى 18V ، وينخفض التيار إلى 2.8A ، وينخفض إخراج الطاقة إلى 50.4W.
  • اكتشاف انخفاض في الطاقة ، ثم يقلل وحدة التحكم الجهد إلى 16 فولت. يرتفع التيار إلى 3.2A ، وزيادة الطاقة إلى 51.2W.

 

بعد العديد من هذه التعديلات ، تستقر وحدة التحكم في نقطة التشغيل بالقرب من نقطة الطاقة القصوى الحقيقية ، مما يتيح حصاد الطاقة الفعال حتى تحت أشعة الشمس القوية.

 

Fig.3 Block-Diagram-of-MPPT-Solar-Charge-Controller
FIG.3 Block-Diagram-of-MPPT-Solar-Cargle-Controller

 

3.2 عملية تقنية MPPT في ظل الأيام الغائمة وظروف الإضاءة المنخفضة

① خصائص إخراج الوحدة الكهروضوئية

في الأيام الغائمة ، ينخفض الإشعاع الشمسي بشكل كبير. نتيجة لذلك ، ينخفض كل من جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة لوحدة PV ، مما يؤدي إلى انخفاض الحد الأقصى للطاقة (MPP). علاوة على ذلك ، نظرًا للإضاءة غير المتكافئة والظروف المختلفة ، يمكن أن يتحول موقع MPP إلى حد كبير ، ويصبح منحنى خاصية المخرجات أكثر تعقيدًا وأقل قابلية للتنبؤ.

 

② كيف يعمل MPPT في هذه الحالة

في ظل هذه الظروف ، لا تزال وحدة تحكم MPPT تستخدم خوارزميات التتبع لتحديد نقطة التشغيل المثلى. ومع ذلك ، نظرًا للنطاق الأوسع من التباين في MPP ، يجب على وحدة التحكم إجراء تعديلات أكثر حساسية وتكيفية. في هذه الحالات ، غالبًا ما يتم استخدام خوارزمية التوصيل الإضافي (inccond).

 

③ طريقة التوصيل الإضافي

تحدد خوارزمية التوصيل التزايدي MPP من خلال مقارنة التوصيل الفوري (I/V) لوحدة PV بتوصيله التدريجي (ΔI/ΔV).

 

عندما تعمل الوحدة النمطية بالضبط في MPP ، تكون قيمتي التوصيل متساوية.

 

إذا اختلفت ، تقوم وحدة التحكم بضبط جهد الخرج بناءً على أحجامها النسبية لتوجيه الوحدة النمطية أقرب إلى MPP.

تتيح هذه الطريقة تتبع أسرع وأكثر دقة في البيئات مع تغييرات متكررة أو سريعة في ضوء الشمس.

 

④ مثال على ذلك

  • تخيل يومًا غائمًا حيث تعمل وحدة PV في البداية في 10V و 1A ، مما يوفر 10 واط من الطاقة.
  • يحسب وحدة تحكم MPPT قيم التوصيل الفوري والمتزايد وتجد أنها ليست متساوية.
  • يقوم بضبط الجهد إلى 9 فولت ، مما يؤدي إلى تيار 1.2A وإخراج الطاقة 10.8W.

 

بعد العديد من التعديلات التي تم ضبطها ، تجلب وحدة التحكم وحدة PV بالقرب من نقطة الطاقة القصوى ، مما يضمن إخراج الطاقة الفعال حتى في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة.

 

3.3 عملية تقنية MPPT في ظل ظروف التظليل الجزئية

① خصائص إخراج الوحدة الكهروضوئية

عندما تكون وحدة PV مظللة جزئيًا ، يصبح أدائها أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ. تتفاعل الأقسام المظللة وغير المظللة من الوحدة ، مما تسبب في منحنى خاصية المخرجات لإظهار عدة نقاط طاقة محلية متعددة (MPPs المحلية). عادةً ما تكون نقطة الطاقة القصوى الإجمالية في ظل ظروف التظليل أقل بكثير من تحت أشعة الشمس الكاملة ، ويصعب تحديد موقعه الدقيق.

 

② كيف يعمل MPPT في هذه الحالة

في ظل التظليل الجزئي ، قد تفشل خوارزميات MPPT التقليدية لأنها تميل إلى القفل على الحد الأقصى المحلي بدلاً من العالم العالمي. في مثل هذه الحالات ، هناك حاجة إلى تقنيات التحسين الأكثر تقدماً-مثل تحسين سرب الجسيمات (PSO).

 

③ خوارزمية تحسين سرب الجسيمات

تحاكي خوارزمية PSO السلوك الاجتماعي لقرار الطيور التي تتغذى على الطعام لتحديد موقع أقصى قدر من القوة العالمية. في هذا السياق ، يتم التعامل مع جهد الخرج وتيار وحدة PV كموضع وسرعة الجسيم. من خلال الاستفادة من الذكاء الجماعي والتجربة الفردية ، تقوم الخوارزمية باستمرار بضبط موضع كل جسيم ، ونقطة التشغيل الكهروضوئية.

 

بدلاً من التركيز على نقطة واحدة ، يقوم PSO بتقييم متعددة MPPs ممكن في وقت واحد. من خلال التكرارات المتكررة ومشاركة المعلومات بين الجسيمات ، يتقارب النظام نحو الحد الأقصى العالمي ، مما يضمن أن الوحدة تعمل بالقرب من إخراج الطاقة الأمثل حتى في سيناريوهات التظليل المعقدة.

 

④ مثال على ذلك

  • تخيل مجموعة شمسية مظللة جزئيًا بأوراق الأشجار. تستخدم وحدة تحكم MPPT خوارزمية PSO ، وتوزيع العديد من الجزيئات عبر منحنى إخراج PV لتمثيل نقاط التشغيل المختلفة الممكنة.
  • من خلال التواصل المستمر والصقل التكيفي ، تتقارب الجسيمات تدريجياً بالقرب من نقطة الطاقة القصوى العالمية. نتيجة لذلك ، حتى في ظل التظليل الجزئي ، لا يزال بإمكان وحدة PV تقديم مستوى عالٍ نسبيًا من إنتاج الطاقة.

 

خاتمة

تقنية MPPT هي تقنية أساسية لزيادة إخراج الطاقة فيإضاءة شارع الطاقة الشمسيةالأنظمة. من خلال تحليل سلوك النظام في ظل ثلاثة ظروف إضاءة ، يوضح ضوء الشمس المليء ، والسماء الغائمة ، والمقال الجزئي-هذا المقال كيف تستخدم وحدات تحكم MPPT خوارزميات مختلفة (مثل الاضطراب والمراقبة ، والتوصيل التدريجي ، وتحسين سرب الجسيمات) لضبط نقطة التشغيل ديناميكيًا. تضمن هذه الأساليب التكيفية أن الوحدات النمطية الكهروضوئية تعمل باستمرار بالقرب من أقصى قدر من كفاءتها ، مما يوفر أداءً موثوقاً به عبر مجموعة واسعة من البيئات في العالم الحقيقي.

قد يعجبك ايضا