关键字 |
| 光伏模块、电源转换器、vi特点、最大功率点跟踪器。 |
介绍 |
| 电力需求的快速增长和最近的变化在全球变暖等环境条件导致需要一个廉价和可持续的新能源。太阳能的探索提供了有前景的结果找到解决问题的办法。 |
| 翻译一个MPPT(最大功率点跟踪器)是一种电子直流对直流转换器之间的匹配优化太阳能阵列和公用电网或电池银行。这个转换器能将高电压直流输出从太阳能电池板到低电压电池需要充电。最大功率点的主要应用和效益翻译(MPPT)太阳能发电系统来提高太阳能电池的效率和能力,有助于使他们在日益能源市场有竞争力的解决方案。 |
| 面板操作一个太阳能电池板或数组的翻译没有MPPT控制器可以进行最大功率点跟踪与低效率或导致浪费的权力,和最终需要安装更多的一些面板能力要求。用于光伏系统最大功率点控制器力PV模块操作(MPP)在其最大功率点。在这种情况下,光伏模块产生最大功率输出。克服的缺点初始安装成本较高和较低的能量转换效率,MPPT控制器用于光伏系统。充电控制器连接在太阳能电池板的输出和它比较板电池电压输出。然后找出什么是最好的电源面板可以给电池充电。需要这和将其转换为最佳电压最大安培到电池。大多数现代MPPTA¢年代是约93 - 97%的有效转换。获得可以相差很大不同天气、温度、电池电荷状态或负载条件和其他因素。我们通常得到20 - 45%的功率增益在冬季和夏季10 - 15%功率增益。 Grid connected system are more popular as the price of solar drops and electric rate go up. There is no battery only inverter available in grid ties system. The efficiency is around 94 to 97% for the MPPT conversion on those MPPT's operate at very high audio frequencies, usually in the 20-80 kHz range. The advantage of high frequency circuits is that they can be designed with very high efficiency transformers and small components. Noise isolation and suppression becomes very important. |
| MPPT是最有效的在这些条件下:冬天,和/或多云或朦胧的天——当最需要额外的权力。 |
光伏发电系统 |
| 的现象,辐射能量转换成电能,没有机械机制被称为“光伏现象”。这种现象已经建立了基于粒子的辐照能量理论,和任何系统,利用这个系统叫做光伏系统。光伏发电系统主要由三个部分首先是太阳能电池板或模块(太阳辐射能量电能),第二个是电源部分接口部分或愿望,管理和诱发电能来自光伏系统设计需要消费者和第三个比例是电动负载。如果转换器的转换比率是由控制器不断变化调整太阳能电池板的工作电压对其最大功率(Vmp),它被作为最大功率点跟踪器操作翻译(MPPT)。 |
| 由于光伏发电系统的寿命是abuve 20年,其技术可以作为一种重要的和有用的设备在可再生能源的利用,而且可以使用这种能量网格区域的供电。所以使用光伏系统是杰出的经济距离电网[8]。 |
答:光伏电池电路模型 |
| 一个太阳能电池板的细胞主要是半导体pn结。当暴露在光,直流电流产生。这个生成的电流随光辐照度。太阳能电池的等效电路可以被视为一个电流源并联二极管,分流电阻。一个串联电阻连接电路如图2所示[3] |
| 太阳能电池等效电路的电流-电压特性可以由以下方程[3]。二极管的电流是由: |
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| 假设没有串联/并联电阻) |
| :二极管饱和电流(A) |
| 问:电子电荷(1.6×10 - 19 C) |
| 凯西:Boltzman常数(1.38×10-23 J / K) |
| :T细胞在开尔文温度(K) |
| V:太阳能电池输出电压(V) |
| 拉尔夫-舒马赫:太阳能电池串联电阻(Ω) |
| Rsh:太阳能电池并联电阻(Ω) |
b . vi和PV光伏电池的特性 |
| 光伏电池的特性解释两个步骤。第一步是情节„voltageA¢AVs„powerA¢图的细胞。功率的计算方法是用电压乘以细胞通过细胞与相应的电流。从情节,最大功率点位于和相应的电压而著称。第二步是进入细胞的vi特征定位在最大功率点电流的电压。当前被称为当前最大功率点(5、7、8)。 |
| 随着p - v特性不断变化通过改变辐照度和温度,改变时间的MPP必须跟踪面板的输出功率最大化。因此,跟踪速度和精度都要求光伏系统[11]。 |
| 特性曲线密切和定义的两个点。第一个是短路电流Isc,第二个是开路电压Voc。短路电流的电流电压为零。开路电压的电压细胞电流为零。的小鬼和Vmp满足最大功率点。在这一点上,从光伏电池最大功率是可用的。如果„负载线¢穿过这一点恰恰,然后可以转移到最大功率负载。这个耐负荷的值是由: |
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| 太阳系的质量取决于太阳能电池板的填充因子。找到的质量太阳能电池板使用填充因数。一个好的面板填充因数在0.7至0.8的范围。为一个坏板可能会低至0.4。因子(FF)可以计算如下: |
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| 理想情况下,填充因子应该是1或100%。然而,FF的实际值是0.8或80%。 |
c .光伏电池的串联和并联组合 |
| 太阳能电池可能连接串联或并联组合使太阳能电池板提高光伏系统的效率。 |
我。细胞系列 |
| 当两个相同的细胞连接在系列中,系统的短路电流将保持相同但开路电压的两倍。如果细胞是相同的,我们可以编写以下关系 |
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| 当我们串联连接两个不同的细胞,其开路电压加起来不过之间的短路电流将净值Isc1and Isc2。 |
二世。细胞平行 |
| 当我们并行连接两个相同的细胞。系统的开路电压将保持一样的单个细胞的开路电压。但系统的短路电流将单个细胞的两倍。如果细胞是相同的,我们可以编写以下关系: |
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| 是两个不同的细胞并联时,短路电流增加,但开路电压隔Voc1and Voc2,由Voc [5]。 |
最大功率点 |
| 翻译一个最大功率点(MPPT)用于提取的最大功率太阳能电池板和转移最大功率光伏模块的负载。直流对直流转换器负载和模块之间的接口,为转移的目的最大功率光伏模块的负载。通过改变占空比看到的负载阻抗的来源是多样和匹配点的峰值功率与源的最大权力转移。 |
| 如果电池是太阳能板,面板没有运行在最大功率点,电池可能会严重受损。我们真正需要的是一个电路,将权力从变化的来源和渠道,在一个固定电压的电池。电路是一种开关模式电源(smp)。电源可以改变负载匹配最大功率点通过改变占空比的脉冲宽度调制(PWM)。可以将PWM控制的软件翻译,决定MPPT [9]。 |
| 翻译因此MPPT方法需要维护光伏arrayA¢MPPs操作。对于这个操作点,它克服了初始安装成本高的缺点,能量转换效率低。翻译理解MPPT作品,欢喜¢年代首先考虑操作的传统(非翻译(MPPT)充电控制器。当传统的控制器是充电放电的电池,电池直接连接模块。这迫使模块运行在电池电压,通常不理想的工作电压的模块能够产生最大可用功率。光伏模块功率/电压/电流图显示了一个典型的传统的电流/电压曲线75 w模块在标准测试条件25°C细胞温度和1000 w / m2的日晒。这张图(图4)也显示了PV模块交付与模块电压。对于示例所示,传统的控制器简单模块连接到电池,因此部队12 v的模块操作。迫使75 w模块工作在12 v的传统控制器人为限制电力生产»53 w [9]。 |
| MPPT的关键是优化太阳能电池板的使用。便宜的和强大的处理器的出现使比以往更多的太阳能应用[9]。 |
直流-直流转换器 |
| 直流/直流转换器用于应用程序需要平均输出电压,可高于或低于输入电压。的选择合适的直流/直流转换器翻译的实现MPPT系统及其集成设施数组中没有明确的研究,尽管其影响明显的光伏系统的最优操作。这项工作的目的是使光伏系统性能的比较使用三种不同的三种基本拓扑直流-直流转换器翻译(巴克和提高转换器)和MPPT跟踪器,我们需要研究的特点和属性的DC / DC转换器,特别是关于他们当前的输入阻抗在特定的操作条件。所以它可能决定要使用的最佳配置[2]。 |
| 一些比较如电压、电流和功率输出为每个不同组合已被记录。多工作周期的变化、辐照度、温度保持电压和电流为主要参数。 |
| 图7显示了图的太阳能电池板连接到直流/直流转换器,其中电阻在converterA¢s输入由国际扶轮(RL converterA¢年代负载电阻)。与光伏模块,转换器是它的Ri值负载电阻。假设转换器没有损失,输入电阻负载电阻的比例是表1所示,对CCM和DCM。 |
| 时间间隔的比值的开关是(吨)换向周期(TC)工作周期(D)的转换器。如果K值低于或等于另一个叫做Kcrit,转换器将在DCM操作。相反,如果K的值超过Kcrit,转换器将在CCM操作。如表1中观察到,Kcrit的价值是不同的每个类型的转换器。[2]。 |
| 对于一个给定的电流-电压曲线模块连接到一个转换器。让我们采取任何曲线点,例如A .光伏模块将提供操作,输出电压和电流匹配点的电压和电流(VA, IA)。因此,我们将调用商操作点的阻抗假定B是最大功率点,因此,系统将运行在最大功率点(MPP),国际扶轮=概括地说,一个最大功率点跟踪系统试图在光伏模块输出阻抗变化(Ri)为了把它的价值。正如上面提到的,光伏模块的电流-电压曲线根据不同的温度和辐射,将取决于这些变量如何做。 |
答:巴克转换器 |
| 这是一个转换器的输出电压小于输入电压和输出电流大于输入电流。线路图如下图所示。 |
| 转换比例是由以下表达式 |
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| 罗依是转换器的输出电阻或负载电阻。我们知道D变化从0到∞(0到1不是正)。 |
| 因此Rin将从∞Ro D从0到1的相应变化。 |
| 巴克转换器Rin的范围值,下图所示: |
| Rin连续的表达式在D扫描的converterA¢s工作周期D 2 [0, 1], Rin需要值属于区间(RL, 1),被RL负载电阻或罗。如果不属于组值允许Rin身上MPP不可能的捕捉,因此定义„„non-capture区值。Fig.图形化地显示了这个效果。在巴克转换器的输入阻抗总是一个版本缩放因子大于或等于1(见表1)的阻抗连接到其输出反渗透(Ro = Rl)。因此,MPP捕捉只会是可能的值。 |
b .提高转换器 |
| 这是一个转换器的输出电压大于输入电压和输出电流小于输入电流。线路图如下图所示 |
| 转换比例是由以下表达式: |
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| Rin不同Ro 0 D变化相应地从0到1。Rin的范围值提高转换器,下图所示: |
| 最大功率点跟踪系统将修改Rin的价值,试图让Rin = RMPP。然而,这是不可能的如果RMPP不属于允许Rin的一组值,也就是说,系统不会到达MPP如果。的行为显然是相反的,在前一节中提到的,因此有一个反转区对巴克转换器。Fig.显示了这个效果。在提高转换器的输入阻抗是总是在一个因素减少版本低于或等于1(见表1)的阻抗连接到它的输出(在我们的例子中RL)。因此,MPP捕捉只可能Rl≥RMPPvalues。 |
| 有两个主要问题相关的效率高升压电源转换器:大型输入电流和输出电压高[7]。 |
c . Buck-Boost转换器 |
| 顾名思义,这是一个组合巴克转换器和提高转换器。线路图如下图所示: |
| 这里,可以增加或减少输出电压与输入电压的不同责任周期。这是显而易见的转化率由以下表达式: |
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| 这里,Rin随∞0 D从0到1的相应变化。巴克Rin的范围值提高转换器,下图所示: |
| Rin d是一个连续函数,扫描的工作周期,2 d[0, 1],允许所有Rin的值,即Rn,可以采取任何值在0和1之间。强加限制,因此,前两个变换器拓扑不影响buck-boost转换器,因此没有„„非捕获zoneA¢一个¢。Fig.显示了这个效果。 |
| 注意,这个转换器允许MPP跟踪两个方向(5、3、5)。这使得光伏太阳能设施实现MPP不管的价值,从而获得更高的能量点跟踪效率。可以看出当面板直接连接电阻负载,没有插入任何直流/直流转换器,该系统将只运行在最大功率点时和匹配(见图)。如果巴克转换器之间插入面板和负载(图),我们可以观察到,系统只能按照最大功率点不是很高(取决于RL)辐照值,即:当最大功率点阻抗相对较高。在最大太阳能辐照时间,达到最小值,所以MPP系统无法达到。这是更加明显,更高的RL的关系。时提高转换器使用,(图),系统能够达到最大功率点只在最大辐照小时(低),效率显著亏损MPP-tracking最初和最后几个小时的一天。 |
| 这种转换器Rin可以取任何值。这使得太阳能光伏系统达到MPP无论现有的辐射水平,实现MPP-tracking效率更高。注意,MPP可以跟踪任何价值,无论其关系。 |
| 在表2中,比较每个配置提供的MPP-tracking效率有关的研究。观察到,在所有情况下,配置与buck-boost转换器是最高效率[2]。 |
| 最后,当使用buck-boost转换器PMPP (t)和P (t)轨迹图形相等,MPP-tracking效率值为0.999。 |
结论 |
| buck-boost DC / DC变换器拓扑是唯一一个允许后续光伏模块的最大功率点,不管温度、辐照度和连接负载的连接buck-boost直流/直流转换器在光伏设备面板的输出可能是一个良好的实践来提高性能。 |
| 巴克和提高转换器是最有效的拓扑结构对于一个给定的价格,而不同电压的灵活性。buck-boost转换器总是效率,更高的价格。已经有配置巴克——刺激和Cuk变换器的MOSFET和电感非常低的阻力,实现效率至于输入功率高于95%,几乎2或3%低于巴克和提高拓扑。 |
| 我们建议好的做法可以包括一块钱——提高直流-直流转换器在光伏系统设施在光伏阵列的输出连接,转换器后,其余的电池负载或银行。这种做法确保了太阳能电池板最大功率点跟踪任何太阳能照射细胞的温度和负载条件下,反弹设备较高的系统效率。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
表2 |
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数据乍一看 |
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引用 |
- J.M.恩里克,大肠硬脑膜´n a, m . Sidrach-de-Cardona b, 1, J.M. Andu´罐一个“理论评估的最大功率点跟踪光伏facilitieswith效率不同的变换器拓扑”在www.sciencedirect.com网上太阳能81 (2007)31 - 38。
- 答:Pradeep Kumar Yadav1年代。Thirumaliah2 G。Haritha3”翻译的比较MPPT算法基于直流-直流转换器PV系统”国际先进研究期刊》的研究电气、电子、仪表工程1卷,问题1,2012年7月。
- l . Umanand网上“学习material-Non-Conventional能源系统”在www.nptl.com上,印度班加罗尔/ 04/3 4月。
- 年代。Daison Stallon, K。Vinoth Kumar s苏雷什·库马尔“高效模块提高转换器的光伏模块”国际期刊的电气和计算机工程(IJECE)》,第6期,2012年12月,页758 ~ 781 ISSN: 2088 - 8708。
- s . b . Sadati m . Yazdani-Asrami m . Taghipour和h Vahedi”经济评价提供农村和居民区使用光伏系统在i . r .伊朗“电气工程期刊》:理论与应用(卷2 - 2010 / Iss.3) Sadati et al。/经济评价提供农村和居民区…/ 182 - 188页。
- A . Freitas1 f . Antunes1 e . Mineiro2 A . Lima3 Gadelha1和f . Gualter¹“直流-直流高gainconverter应用于可再生能源与新翻译提出MPPT搜索”国际会议在可再生能源和电能质量(ICREPQA¢12)圣地亚哥德孔波斯特拉(西班牙),2012年3月28日到30日。
- r . Arulmurugan *: Suthanthira Vanitha“直流直流提高变换器的优化设计和闭环PID控制机制高压光伏应用”国际电力电子杂志和驱动系统(IJPEDS)》,第四,2012年12月,页434 ~ 444 ISSN: 2088 - 8694。
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