طراحي و بهينه‌سازي يك سيستم تركيبي فتوولتاييك‌ـ‌باتري‌ـ‌ديزل ژنراتور به‌منظور تغذيه يك شبكه دورافتاده جزيره‌اي

Design and Optimization of a Hybrid Photovoltaic-Battery-Diesel Genrator system for a Remote Islanded Electrical Network

در اين مقاله، يك سيستم توليد توان تركيبي فتوولتاييك-باتري-ديزل ژنراتور براي تغذيه يك شبكه جزيره‌اي دورافتاده در شمال‌غرب كشور، طراحي و بهينه‌سازي مي‌شود. با توجه به عدم دسترسي آسان به شبكه مذكور، تهيه سوخت براي ژنراتور نصب‌شده در محل مشكل است؛ ازاين‌رو در اينجا هدف از طراحي سيستم، استفاده حداقلي از ژنراتور و كاهش مصرف سوخت آن است. به اين منظور در ابتدا ظرفيت باتري و سيستم فتوولتاييك به‌منظور تامين انرژي با كمترين هزينه توليد توسط نرم‌افزار HOMER بهينه‌سازي مي‌شود. پس از طراحي ظرفيت مناسب براي منابع، يك سيستم مديريت توان بهينه به‌منظور استفاده حداقلي از ژنراتور براي منابع موجود با استفاده از نرم‌افزار MATLAB طراحي مي‌شود. در اين روش، از نمايه بار و پيش‌بيني شدت تابش خورشيد در روز پيش رو استفاده شده است. همان‌طور كه نشان داده مي‌شود، با استفاده از روش معرفي‌شده، ساعات كاري ژنراتور و درنتيجه، مصرف سوخت آن كاهش مي‌يابد. همچنين نشان داده مي‌شود كه در روش معرفي‌شده، امكان استفاده از باتري با ظرفيت‌هاي پايين‌تر از مقادير محاسبه‌شده در نرم‌افزار HOMER ميسر است كه مي‌تواند باعث كاهش هزينه نصب سيستم و درنهايت، كاهش هزينه توليد انرژي شود. همچنين نشان داده مي‌شود كه با استفاده از روش معرفي‌شده، در اواسط روز كه توليد توان در سيستم فتوولتاييك حداكثر بوده و مصرف بار حداقل است، نيازي به استفاده از بارهاي تلفاتي براي ايجاد تعادل توان وجود نخواهد داشت. به‌دليل عدم نياز به بارهاي زايد در روش معرفي‌شده، ساعت كار سيستم به اندازه 26% در مقايسه با روش معمول كه در نرم افزار HOMER استفاده مي‌شود كاهش مي‌يابد.

In this paper, a hybrid photovoltaic-battery-diesel generator system is designed and optimized for a remote islanded electric network in the northwest regions of the country. Considering the hardship of transferring fuel to the region where the system is installed, this study aims to minimize the generator fuel consumption. To evaluate the effectiveness of the proposed system economically, the HOMER software is used to find appropriate sizes for the photovoltaic and battery systems in order to minimize the fuel cost of generator. After finding the power sources’ optimized sizes, a power management system for reducing the generator work hours during a day is introduced using MATLAB software. In the proposed management method, the predicted photovoltaic power production and anticipated load demand profiles are used. As it is concluded in this paper, taking advantage of the proposed method, the generator work hours and consequently the generator fuel consumption are decreased to its minimum value. Moreover, in the proposed method, the required battery capacity is much lower than one presented by the HOMER, in turn, resulting a lower system installation and fuel costs. Furthermore, it is confirmed that, in the middle of the day, when the photovoltaic power generation and load consumption are at their maximum and minimum values respectively, there is no need to waste the surplus of photovoltaic power in dump loads. As in the proposed method no dumping loads are needed, the generator average working time per day is decreased by 26% compared to the method used in HOMER software.