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摘要

   

跟踪和快速控制光伏电池的最大功率点,准确地提高光伏电池的输出功率是十分必要的。在本文中,对几种现有的最大功率点跟踪方法进行了介绍和分析,并对其优劣进行了比较,指出了选择方法要考虑的因素和最大功率点跟踪的发展前景。

红娇凤凰螺关键词

:最大功率点跟踪;光伏发电;太阳能

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1 光伏发电及最大功率点跟踪背景

 

随着社会经济的高速发展,能源和资源的需求越来越大,人们的目光正转向可再生能源的开发和利用。光伏发电是一种公认的技术含量高、有发展前途的新能源技术。太阳能取之不尽、用之不竭,不产生任何废弃物,没有噪音等污染,对环境无不良影响,是理想的清洁能源。但是光伏电池输出特性具有明显的非线性。这种非线性受到外部环境(日照强度、温度、负载)及本身技术指标(输出阻抗)等因素的影响,只有在某一电压下才能输出最大功率,这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点,称之为最大功率点。目前光伏电池的光电转换率较低,为有效利用光伏电池,对光伏发电进行最大功率跟踪(

Maximum

Power Point Tracking

软毡MPPT

)显得非常重要。

2 光伏发电最大功率点跟踪的概念

简言之,光伏电池的电压电流曲线,呈严重的非线性。功率为两者乘积,功率

--

电压或功率

--

电流曲线不是单调曲线,而是在某个电压或某个电流时,存在最大功率值,因此我们

希望电池始终工作在此最大功率点或其附近。这样就能输出更多的能量,带来更高的系统效率。最大功率点不是固定不变的,随着辐射强度和环境温度的变化,它会移动。但是电池并不能自动跟踪最大功率点,因此需要采用一定的控制电路来人为地加以跟踪。这就是最大功率点跟踪的原因和意思。

为使负载获得最大功率,根据电路原理,通常要进行恰当的负载匹配,使负载电阻等于供电系统的内阻,此时负载上就可以获得最大功率。这种获得最大功率的原理对一些内阻不变的供电系统是可行的。但在光伏供电系统中,光伏电池的内阻不仅受光照强度的影响,而且还受环境温度及负载的影响,是处在不断变化之中。在光伏发电系统中,要提高系统的整体效率,一个重要的途径就是实时调整光伏阵列的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,这一过程就称之为最大功率点跟踪。

光伏电路原理图如图

1

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1

plc一体机3 光伏最大功率点跟踪的方法及各自优缺点

3.1 电压回授法

 

电压回授法,又称恒电压法。

当温度保持某一固定值时,在不同的日照强度下与伏安特性曲线的交点

a

b

c

d

e

对应于不同的工作点。人们发现阵列可能提供最大功率的那些点,如

a

b

c

三维模型制作

d

e

点连起来几乎落在同一根垂直线的邻近两侧,这就有可能把最大功率点的轨迹线近似地看成电压

的一根垂直线,亦即只要保持阵列的输出端电压

U

为常数,就可以大致保证阵列输出在该温度下的最大功率,于是最大功率点跟踪器可简化为一个稳压器。这种方法实际上是一种近似最大功率法。

CVT

控制方式具有控制简单、可靠性高、稳定性好、易于实现等优点,比一般光伏系统可望多获得

20%

的电能。但该跟踪方式忽略了温度对太阳电池开路电压的影响。以单晶硅电池为例,当环境温度每升高

10

摄氏度时,其开路电压的下降率为

0.35%

0.45%

。这表明光伏电池最大功率点对应的电压

也随环境温度的变化而变化。对于四季温差或日温差较大地区,

CVT

控制方式并不能在所有的温度环境下完全地跟踪最大功率。

3.2 开路电压法

开路电压法类似于定电压跟踪

CVT

法,但

CVT

法是跟踪恒定的电压,而开路电压法跟踪变化的电压

相对于电池板温度变化引起的光伏阵列输出功率的变化而言,辐照度的变化对光伏阵列输出功率的影响更大,而不同辐照度下最大功率点对应的输出电压

变化不大

同时,由实验验证可知,同一辐照度下的

与开路电压

的比值只与光伏组件的参数有关,而对环境温度的变化不敏感,可近似认为是常数

0.76

(误差

2%

0CV

算法依据测量得到的开路电压,令该电压的

76%

作为最大功率点对应的参考电压,并在一定时间内保持不变

采用开路电压比例系数法不会在最大功率点附近产生振荡,且结构简单,可用廉价的模拟电路实现

但实施该算法需要不停地开断开关元件以测量光伏阵列的开路电压,导致光伏阵列无法持续供电

同时,光伏阵列的

/

并不总等于同一常数

因此,该算法追踪的稳态误差较大,能量转换效率低

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