مدل‌سازی و تحلیل حالت گذرای ناشی از برخورد مستقیم و غیرمستقیم صاعقه در سیستم‌های فتوولتائیک

نویسندگان

دانشگاه بیرجند - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

چکیده

با توجه به اینکه سیستم‌های فتوولتائیک در محیط باز یا پشت‌بام‌ها نصب می‌شوند، یکی از عوامل مهم که می‌تواند منجر به اخلال در عملکرد یا تخریب سیستم‌های فتوولتائیک و تجهیزات آن شود، اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از صاعقه است. لذا مدل‌سازی و مطالعه دقیق این تنش‌ها جهت حفاظت مؤثر از سیستم‌های فتوولتائیک ضروری به نظر می‌رسد. مدار معادلی که تاکنون برای مدل‌سازی پنل‌های خورشیدی در حالت‌های گذرا مرسوم می‌باشد، یک مدار صرفاً مقاومتی است که در آن اثر خازن‌های پراکندگی موجود در پنل دیده نشده است؛ درحالی‌که به‌دلیل ماهیت فرکانس بالای تنش‌های ولتاژی صاعقه، تأثیر خازن‌های پراکندگی بر توزیع میدان و ولتاژ مهم می‌باشد. لذا در این مقاله یک مدل بهبودیافته برای مدل‌سازی پنل‌های خورشیدی در حالت‌های گذرای ناشی از صاعقه معرفی‌شده که در آن علاوه‌بر ساختار مقاومتی مورد استفاده در مدل‌های مرسوم، تأثیر خازن‌های پراکندگی نیز در نظر گرفته شده است. نتایج به‌دست‌آمده از تست واقعی پنل، دقت مدل پیشنهادی در مقایسه با مدل‌های مقاومتی مرسوم را نشان می‌دهد. در ادامه با شبیه‌سازی مدل وابسته به فرکانس ارائه‌شده برای ساختار کلی یک سیستم فتوولتائیک، اضافه ولتاژهای ناشی از برخورد مستقیم و غیرمستقیم صاعقه به آن در محیط EMTP-RV شبیه‌سازی شده و نتایج مورد تحلیل قرارگرفته است. همچنین روشی برای تعیین حداقل فاصله مناسب بین میله صاعقه‌گیر و پنل خورشیدی به‌منظور جلوگیری از آسیب‌دیدگی پنل در صورت اصابت صاعقه به میله نیز ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • R. Shariatinasab
  • B. Kermani
  • H. R. Najafi
Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photovoltaic systems
  • distributed model
  • lightning overvoltages
  • EMTP-RV