محققان دانشگاه علم و صنعت ایران موفق به طراحی و پیاد‌ه‌سازی یک مبدل قدرت با مدیریت انرژی برای سیستم‌های پیل سوختی شدند. از جمله روش‌های تولید پاک انرژی الکتریکی، ژنراتورهای پیل سوختی است که ولتاژ الکتریکی تولیدی در پایانه‌های خروجی آن از نوع جریان مستقیم، تثبیت نشده و با پاسخ پویایی کُند است. به همین دلیل، همواره توان الکتریکی تولید شده در پیل سوختی توسط مبدل‌های الکترونیک قدرت به همراه باتری یا ابرخازن به مصرف‌کننده تحویل داده می‌شود، تا علی‌رغم رفتار الکتریکی نه چندان مناسب پیل سوختی، نیازهای مصرف‌کننده به خوبی تأمین شود.

براساس این پژوهش که توسط دکتر سیدادیب ابریشمی‌فر، دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت انجام شده، یک نیروگاه خانگی، با توان نامی kW 5 و ولتاژ خروجی VAC 220، بر پایه پیل سوختی طراحی و یک نمونه آزمایشگاهی پیاده‌سازی شده است. از آنجاکه ولتاژ خروجی این پیل در بار نامی برابر 32 ولت است، طراحی مبدل‌ قدرت با بهره بزرگ و سازگار با پیل بسیار مشکل خواهد بود. محققان در این پژوهش یک ساختار جدید برای مبدل الکترونیک قدرت پیل‌های سوختی معرفی کرده‌اند. این مبدل مناسب با کاربردهای پرتوانی است که ولتاژ تولیدی پیل آن بسیار کوچک‌تر از ولتاژ مورد نیاز مصرف‌‌کننده است. این ساختار شامل دو مبدل افزاینده DC و یک اینورتر با اتصال سری است که در ورودی آن، پیل سوختی و در خروجی آن، مصرف‌کننده قرار می‌گیرد. باتری نیز در میان دو مبدل افزاینده DC جایابی می‌شود. توان کلیدهای نیمه‌هادی این ساختار جدید، 45 درصد کوچک‌تر از ساختارهای مرسوم است.

طبق این مطالعه، در طبقه ورودی برای سازگاری با پیل سوختی، یک مبدل افزاینده DC از نوع 4 سطری پیاده‌سازی شده، که با استفاده از کنترل‌کننده PI ضد انباشتگی، نرخ دریافت جریان از پیل سوختی به میزان A/Sec 150 محدود شده است. با بررسی فیدبک‌های داخلی و خارجی در مبدل DC طبقه دوم و به خدمت گرفتن یک جبران‌ساز غیر‌خطی در آن، میزان نشت ضربان‌های جریان ورودی اینورتر تک‌فاز، به ورودی این مبدل که باتری به آن متصل است، به کمتر از 1.8 درصد کاهش یافته است. همچنین برای پیاده‌سازی اینورتر تک‌فاز این نیروگاه خانگی، یک الگوریتم برای انتخاب بهینه فیلتر خروجی ارائه شده است. کنترل‌کننده این اینورتر از نوع لغزشی است که با استفاده از یک مدولاتور پالس، فرکانس کلیدزنی آن تثبیت شده است. این اینورتر با بازده %95.5 تمامی نیازمندی‌های کلاس یک از استاندارد IEC62040-3 را تامین می‌کند. کنترل‌کننده هر یک از مبدل‌ها در این مجموعه، غیرمتمرکز و محلی است و در صورت نیاز فیدبک‌های لازم را از دیگر مبدل‌ها نیز دریافت می‌کند.

ماهنامه پنجره ایرانیان – شماره61-