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        太陽能最大功率跟蹤研究綜述

        2017-01-12 13:22:27張廣慧尹常永
        山東工業(yè)技術 2016年24期
        關鍵詞:太陽能效率

        張廣慧+尹常永

        摘 要:太陽能具有無污染、無噪音、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點,為光伏并網(wǎng)和完善電網(wǎng)提供了前提,高性能的太陽能發(fā)電不但能減少污染,還可以解決能源危機的問題。太陽能發(fā)電存在的主要問題是太陽能電池的輸出特性受外界環(huán)境和轉換效率的問題,溫度和光照許多因素都會影響輸出功率,而且初期成本比較高。因此需要提高太陽能電池的利用率。

        關鍵詞:太陽能;最大功率跟蹤;效率

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.076

        1 太陽能光伏發(fā)電的意義

        能源問題越來越為人們所關注,作為一種具有綠色、安全、清潔等優(yōu)點的太陽能被認為是最具發(fā)展?jié)撃艿男驴萍寄茉粗?,其可再生性,清潔型及取之不盡,用之不竭等特點,目前其在太空研究領域得到廣泛應用,同時也成為宇宙飛船、太空站等太空設備的后續(xù)能量來源。

        太陽能的利用在國內(nèi)來說,其應用領域正在不斷向大眾化邁進。如現(xiàn)在城市一些路燈都實現(xiàn)了太陽能跟風能結合供電,大城市綠化帶、風景區(qū)等亦是如此?,F(xiàn)在的農(nóng)業(yè)也在朝自動化、無公害等方向發(fā)展,太陽能這一新興能源在農(nóng)業(yè)方面也得到了應用。為太陽光照充足的偏遠地區(qū)提過電能,可以避免水、火電網(wǎng)進行電能輸送的高成本,而且偏遠地區(qū)的住房分散,加大了輸電的難度。利用太陽能來供電,可以節(jié)約用電成本,方便供電。

        2 太陽能光伏發(fā)電的原理以及主要形式

        太陽能光伏發(fā)電的原理就是光生伏特效應,太陽的光能直接轉化為可用的電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展到現(xiàn)在,主要有四種類型的應用:家庭使用的網(wǎng)絡系統(tǒng),非家庭使用的離網(wǎng)系統(tǒng),分布式和網(wǎng)格連接系統(tǒng)。

        3 太陽能電池特性

        光伏電池會因光照強度、溫度、濕度等多種因素影響輸出發(fā)生變化。而且不同條件下的輸出功率點也不同。而且在常溫下,同一光照強度時太陽能電池板的輸出總存在一個最大功率點,便是該溫度光照強度下最大功率點。

        4 最大功率點以及跟蹤的意義

        太陽能電池板的P-V曲線是非線性的,因此在某一電壓值時候,存在一點功率最大,當電壓達到一定值時,功率可達到最。此時功率因為電壓的影響而變化。太陽能電池輸出功率達到最大的點即為太陽能電池的最大功率點。

        為了更好地利用太陽能,我們可以根據(jù)太陽能電池板的特性,提高電池板的轉換輸出效率。太陽能電池板的轉換特性:在相同光照的條件下,其輸出電壓與電流呈現(xiàn)一種非線性的關系,在一段電壓范圍內(nèi)電流的變化很緩慢,在一個電壓點電流急劇下降,因此就會存在一個最大的功率點。找到這個最大功率點,讓太陽能電池板一直以其最大功率輸出,從而達到提升太陽能的轉換輸出效率,效率是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵指標之一,常用光伏電池的光伏轉換效率較低(8%-16%),因此對光伏變換的效率要求很高。光伏運行的效率包括最大功率點跟蹤(MPPT)效率(太陽能到電能的轉換)和電能變換效率(電能到電能的轉換)兩個方面。通常,逆變片所給出的MPPT效率是指MPPT的穩(wěn)態(tài)性能,及穩(wěn)態(tài)是光伏電池的輸出效率與當前環(huán)境下光伏電池最大輸出的效率值比。

        5 最大功率點跟蹤方法

        方法一:恒電壓控制法。在相同溫度時,各種光照下的最大功率點在一條直線上。這就說明最大功率點應該是固定的電壓值。這種方法的優(yōu)點是,可以避免因為光伏電池老化而失去準確度,也可以準確的把握外界條件的變化得到的最大功率點的參數(shù)。缺點是會帶來額外的成本消費在溫度或光照強度變化劇烈時,不能及時準確的測量最大功率點。同時,對于由多種性能指標光伏電池組成的大型光伏發(fā)電系統(tǒng),獲取的數(shù)據(jù)參數(shù)價值有限。

        方法二:擾動觀察法。先測太陽能電池第i時刻的電壓Vi和電流Ii,計算出功率Pi,然后與第i-1時刻的功率進行比較。根據(jù)比較的結果調(diào)節(jié)太陽能電池的工作點,這里引入一個參考電壓VREF,當進行比較后,調(diào)節(jié)參考電壓使之逐漸接近最大功率點的電壓。在調(diào)節(jié)太陽能電池工作點時,依據(jù)這個參考電壓進行調(diào)節(jié)。該方法的的特點硬件成本低,算法實現(xiàn)容易,不能判定何時達到最大功率點,因此會存在震蕩。

        方法三:電導增量法是通過比較光伏電池的電導來改變控制信號。該方法具有誤報率低、跟蹤精度高、誤報率低和跟蹤精度高的特點,但操作復雜,成本。

        6 選取系統(tǒng)

        通過對了解與分析,選取擾動觀察法進行大功率跟蹤研。根據(jù)方案的原理,此系統(tǒng)既需要硬件電路對太陽能電池板的信號進行處理,也需要軟件程序來進行擾動控制,實現(xiàn)算法。通過監(jiān)測電壓與電流太,得到電池板的實時輸出功率,。所以硬件的設計包括控制核心、DC/DC、AD轉換等幾個大的模塊。通過初始系統(tǒng)設計到A/D轉換到MPPT到LED顯示,用擾動觀察法進行計算。

        7 結語

        太陽能作為一種儲量大、無污染的新型的可再生能源,已經(jīng)成為人們普遍研究的對象。在太陽能光伏發(fā)電技術的基礎上,對MPPT太陽能控制器的系統(tǒng)結構、工作機理和MPPT控制策略和MPPT技術進行了簡單的介紹,提出了一種適合于實際應用的MPPT控制算法,提高了太陽能電池的利用率。

        參考文獻:

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        [9]NXP(恩智浦).MPT612[Datasheet],2013:5-8.

        作者簡介:張廣慧(1991-),男,碩士研究生,研究領域:電氣工程領域。

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