מודלים מתמטיים המסייעים ליצור פנלים סולריים באופן האופטימלי ביותר

במסגרת מחקר של ד"ר לינייקין שמעון מהמח' להנדסת מכונות ומכטרוניקה באוני' אריאל פותחו: מודלים מתמטיים המסייעים ליצור פנלים סולריים באופן האופטימלי ביותר.

לפנלים סולריים יתרונות רבים אך הם תלויים בשמש, בעננות, בטמפרטורה ובעוד גורמים משתנים. המהנדס נדרש לשקלל את כל אלה בהתאם למקום הגיאוגרפי, לבחור את הטכנולוגיה הכדאית ביותר ליצור. המודלים שפותחו יאפשרו לו לייעל את המערכת כך שתהיה האפקטיבית ביותר לפי כל הקריטריונים המשתנים.

פנלים סולאריים מאוד שימושיים היום לייצור חשמל "ירוק" ע"י המרת אנרגיה ישירה מאנרגיית קרינה של שמש לחשמל. לשיטה זו יתרונות רבים, כגון ידידותיות לסביבה, מחסור בחלקים נעים, חוסר גזים ונוזלים מסוכנים, דורש טיפול מינימאלי, אין רעשים, ועוד.

עם זאת, יש גם חסרונות, כגון: תהליך הייצור של פאנלים סולאריים די יקר.פנלים סולאריים צריכים שטחים גדולים ופועלים רק חלק מהזמן (רק בשעות היום כשישאורשמש). הספק חשמלי, הנוצר על ידי פאנלים סולאריים תלוי בגורמים רבים כמו ערך קרינת שמש, עננות, טמפרטורת אוויר, לחות באוויר, צפיפות אבק וחול באווירה, צל חלקי,אזימוט וזווית גובה שמש, וכו'.

השפעה של הפרמטרים האלה משתנה לפי מיקום גיאוגרפי שונה(לפי קו רוחב). וכן משתנה לפי תהליך ייצור ישנם פנלים אפקטיביים יותר אבל יקרים יותר, לעומתם יש זולים יותר אך פחות יעילים. לכל טכנולוגית יש יכולת שונה באופן משמעותי לייצר חשמל.

כל הגורמים שהוזכרו משנים את הערכים שלהם בצורה רציפה ובלתי תלויה אחד בשני. כך, בכל רגע מסוים, הצרכן צריך לבחור את היחס המסוים של מתח וזרם שנוצר כדי להשיג הספק חשמלי מרבי בעומס. זאת הסיבה שצריך מכשיר למעקב נקודת כוח מרבי (MPPT) נוסף. ובנוסף צריך להפוך את מתחיDC  של פנלים שונים, למתחי AC, לתזמן עם רשת ולהזין לרשת.

מכלול הפעילויות האלה דורשות מהמהנדס את היכולת לתכנן את המערכת תפורה למקום ולתנאים סביבתיים ספציפיים. לקחת בחשבון את כל הפרמטרים ולשמור את הפשרה בין גורם אקונומי לבין תפוקת הספק של המערכת. מטרת המחקר היא לספק את המודלים המתמטיים לפאנלים סולאריים מסוגים שונים למהנדס. שימוש במודלים האלה מגביר את היכולות שלו לייעל את המערכת על ידי אופטימיזציה לפי קריטריונים שונים.

את המודלים שפתחנו ניתן לבצע כביטויים מתמטיים וגם כן על ידי מעגל חשמלי שקול. פרמטרים של המודל ניתן לחלץ ישירות מהנתונים של היצרן בלי מדידות מעבדה נוספות. מודלים זאת מועילים לניבוי הכוח שנוצר במקום ספציפי, בתנאים סביבתיים מסוימים, לבחור את אלגוריתם MPPT, כדי לבדוק את הבטיחות של המערכת עם ממיר DC / AC נתון.