محققان دانشگاه علم و صنعت ايران موفق به طراحی و پياد‌ه‌سازی يک مبدل قدرت با مديريت انرژی برای سيستم‌های پيل سوختي شدند.

به گزارش پایگاه فراخوانهای علمی پژوهشی کشور (callforpapers.ir) از جمله روش‌های توليد پاك انرژی الکتريکی، ژنراتورهای پيل سوختی است که ولتاژ الکتريکی توليدی در پايانه‌های خروجی آن از نوع جريان مستقيم، تثبيت نشده و با پاسخ پويايی کُند است. به همين دليل، همواره توان الکتريکی توليد شده در پيل سوختی توسط مبدل‌های الکترونيک قدرت به همراه باتری يا ابرخازن به مصرف‌کننده تحويل داده می‌شود، تا علی‌رغم رفتار الکتريکی نه چندان مناسب پيل سوختی، نيازهای مصرف‌کننده به خوبی تأمين شود.

براساس اين پژوهش كه توسط دکتر سيداديب ابريشمی‌فر، دانشجوي دكتري دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت انجام شده، يک نيروگاه خانگی، با توان نامی kW 5 و ولتاژ خروجی VAC 220، بر پايه پيل سوختی طراحی و يک نمونه آزمايشگاهی پياده‌سازی شده است. از آنجاکه ولتاژ خروجی اين پيل در بار نامی برابر 32 ولت است، طراحی مبدل‌ قدرت با بهره بزرگ و سازگار با پيل بسيار مشکل خواهد بود.

محققان در اين پژوهش يک ساختار جديد برای مبدل الکترونيک قدرت پيل‌های سوختی معرفی كرده‌اند. اين مبدل مناسب با کاربردهای پرتوانی است که ولتاژ توليدی پيل آن بسيار کوچک‌تر از ولتاژ مورد نياز مصرف‌‌کننده است. اين ساختار شامل دو مبدل افزاينده DC و يک اينورتر با اتصال سری است که در ورودی آن، پيل سوختی و در خروجی آن، مصرف‌کننده قرار می‌گيرد. باتری نيز در ميان دو مبدل افزاينده DC جايابی می‌شود. توان کليدهای نيمه‌هادی اين ساختار جديد، 45 درصد کوچک‌تر از ساختارهای مرسوم است.

طبق اين مطالعه، در طبقه ورودی برای سازگاری با پيل سوختی، يک مبدل افزاينده DC از نوع 4 سطری پياده‌سازی شده، که با استفاده از کنترل‌کننده PI ضد انباشتگی، نرخ دريافت جريان از پيل سوختی به ميزان A/Sec 150 محدود شده است. با بررسی فيدبک‌های داخلی و خارجی در مبدل DC طبقه دوم و به خدمت گرفتن يک جبران‌ساز غير‌خطی در آن، ميزان نشت ضربان‌های جريان ورودی اينورتر تک‌فاز، به ورودی اين مبدل که باتری به آن متصل است، به کمتر از 1.8 درصد کاهش يافته است. همچنين برای پياده‌سازی اينورتر تک‌فاز اين نيروگاه خانگی، يک الگوريتم برای انتخاب بهينه فيلتر خروجی ارائه شده است. کنترل‌کننده اين اينورتر از نوع لغزشی است که با استفاده از يک مدولاتور پالس، فرکانس کليدزنی آن تثبيت شده است. اين اينورتر با بازده %95.5 تمامی نيازمندی‌های کلاس يک از استاندارد IEC62040-3 را تامين می‌کند. کنترل‌کننده هر يک از مبدل‌ها در اين مجموعه، غيرمتمرکز و محلی است و در صورت نياز فيدبک‌های لازم را از ديگر مبدل‌ها نيز دريافت می‌کند.