مدل سازي و تحليل حالت گذراي ناشي از برخورد مستقيم و غيرمستقيم صاعقه در سيستم هاي فتوولتائيك

Modelling and Transient Analysis of the Photovoltaic Systems Under Direct and Indirect Lightning Strokes

با توجه به اينكه سيستم‌هاي فتوولتائيك در محيط باز يا پشت‌بام‌ها نصب مي‌شوند، يكي از عوامل مهم كه مي‌تواند منجر به اخلال در عملكرد يا تخريب سيستم‌هاي فتوولتائيك و تجهيزات آن شود، اضافه ولتاژهاي گذراي ناشي از صاعقه است. لذا مدل‌سازي و مطالعه دقيق اين تنش‌ها جهت حفاظت مؤثر از سيستم‌هاي فتوولتائيك ضروري به نظر مي‌رسد. مدار معادلي كه تاكنون براي مدل‌سازي پنل‌هاي خورشيدي در حالت‌هاي گذرا مرسوم مي‌باشد، يك مدار صرفاً مقاومتي است كه در آن اثر خازن‌هاي پراكندگي موجود در پنل ديده نشده است؛ درحالي‌كه به‌دليل ماهيت فركانس بالاي تنش‌هاي ولتاژي صاعقه، تأثير خازن‌هاي پراكندگي بر توزيع ميدان و ولتاژ مهم مي‌باشد. لذا در اين مقاله يك مدل بهبوديافته براي مدل‌سازي پنل‌هاي خورشيدي در حالت‌هاي گذراي ناشي از صاعقه معرفي‌شده كه در آن علاوه‌بر ساختار مقاومتي مورد استفاده در مدل‌هاي مرسوم، تأثير خازن‌هاي پراكندگي نيز در نظر گرفته شده است. نتايج به‌دست‌آمده از تست واقعي پنل، دقت مدل پيشنهادي در مقايسه با مدل‌هاي مقاومتي مرسوم را نشان مي‌دهد. در ادامه با شبيه‌سازي مدل وابسته به فركانس ارائه‌شده براي ساختار كلي يك سيستم فتوولتائيك، اضافه ولتاژهاي ناشي از برخورد مستقيم و غيرمستقيم صاعقه به آن در محيط EMTP-RV شبيه‌سازي شده و نتايج مورد تحليل قرارگرفته است. همچنين روشي براي تعيين حداقل فاصله مناسب بين ميله صاعقه‌گير و پنل خورشيدي به‌منظور جلوگيري از آسيب‌ديدگي پنل در صورت اصابت صاعقه به ميله نيز ارائه شده است.

Since the photovoltaic systems are installed in outdoor or rooftops, transient overvoltages caused by lightning surges is one of the important factors that could lead to disruption in performance or failure of photovoltaic systems and equipment. Therefore, accurately modeling and study of these transients is necessary in order to effectively protect the photovoltaic systems. So far, the conventional model of solar panels that is used for lightning studies is purely resistive in which the stray capacitors are not considered; however, owing to the nature of high frequency being of lightning stresses, the effect of stray capacitances in voltage and electric field distribution is important. In this paper, an improved model to simulate the solar panels under transient conditions caused by lightning surges has been introduced so that in addition to the resistive structure used in conventional models, the effect of stray capacitances is also considered. Actual test results confirm the accuracy of the proposed model compared with conventional models. In the following, by simulating the frequency-dependent model for the overall structure of a photovoltaic system in EMTP-RV environment, the overvoltages caused by direct and indirect lightning strokes to photovoltaic panels have been analyzed. A method for determining the appropriate minimum distance between the lightning rod and solar panels to avoid damage to panels, if the lightning rod is struck by the lightning surges, is also provided