关键字 |
| I-V特性，PV发电机，数据采集系统，超级电容器。 |
I.INTRODUCTION |
| 几种自动绘制光伏电池/组件I-V特性的方法已经发表[1-5]。这样的图可以单独分析，以估计感兴趣的基本PV电参数[5]。由于大型光伏阵列的部署目前已经进入城市场景，在线、简单和廉价的I-V曲线示踪器的作用也在学术实验室之外扩展。简单的模拟方法[1]面临几个明显的限制，如(a)绘图时需要外推，导致分流(Rsh)和串联(Rs)电阻估计不准确(b)在较长时间表征的情况下，曲线可能受到热影响。硬件独立的工具包[4]使用Lab-VIEW软件根据先前获取的数据进行前向偏置I-V表征，因此对实时应用无效。由波兰弗罗茨瓦夫理工大学太阳能实验室设计和委托的高端设备使用A级太阳模拟器[5]，符合IEC- 60904-3和60904-9标准的所有要求。但是这样的设置太复杂了，不能满足PV实验室和车间的在线表征的需要。像太阳能顾问模型仿真软件(solar Advisor Model Simulation Software)这样用于商业目的的光伏性能模型过于豪华，无法用于学术实验室和测试级别。S.K. Ghosh et.al[6]最近通过串行总线和PLX-DAQ软件使用Arduino集成开发板(IDE)进行自动和快速绘图。但所得到的特性本质上噪声太大，不能用于参数评价。 Of late, there is an effort by Marwan.M.Mahmoud et al [7] enabling the selection of correct value of a capacitor as the load to a PV cell/module. In view of the above backdrop, the authors, in this proposition, uses a small supercapacitor bank with an Agilent Data Acquisition System (34970A) to control the characterization time and noisy co- ordinates. Next section is devoted to a step by step survey of V-I characterization using various types of load components. This is essential for an appreciation of the present methodology practiced by the authors. |
2v-i表征的相关工作 |
| ii。使用可变电阻: |
| 如图1所示，通过使用可变电阻负载(RL)，可以简单且廉价地跟踪太阳能电池/模块/阵列的V-I特性。这里RL从0到无穷大，分别跟踪从短路点到开路点的曲线。但是，如前所述，该方法的精度较低。为了避免这种方法中需要频繁的人为干预，Marwan m.m hamud提出了一种使用电容[7]的V-I表征的瞬态方法。 |
| 2二、采用电容作为负载: |
| 在这种方法中，可变电阻已被容性负载所取代。电容器电压自动扫从零到开路电压从PV发电机的电流在很短的时间内。在此过程中，各自的电压和电流值由数据记录仪或计算机化数据采集系统(CDAS)记录下来。该方法获得所需的I-V曲线更加准确，并克服了第一种方法的缺点。但是对于大功率光伏发电机组的曲线跟踪，需要高灵敏度的DAS和非常高的扫描速度，这是一个比较昂贵的命题。 |
| 2三、使用超级电容: |
| 在该技术中，首次使用超级电容器完成了光伏电池/组件的I-V曲线跟踪。尽管超级电容器需要适度的扫描速度，与电容器方法相结合的兼容数据采集系统(DAS)相比，设备复杂性降低，合理的低曲线跟踪时间激发了作者用大量和各种PV电池和模块复制他们的主张。从图2和图3可以看出，这种方法优于电阻法。可以看出，电阻法中数据点是不连续的，导致最大功率点的确定不正确。 |
| 通过对电容器充电的瞬态分析，已经建立了光伏电池、组件或阵列的V-I曲线。追踪V-I曲线的超级电容器方法也适用于相同的原理。考虑图4中的电路布置。 |
| 在特定的光强和稳定的环境条件下，光伏电池/组件在固定电压下提供固定电流。随着电压从零增加到开路电压(Voc)，衍生电流几乎是恒定的，最初等于短路电流(Isc)，然后它开始下降，并在V=Voc时降为零。一个放电的超级电容器连接在PV电池上，模块或阵列终端应用零电压，由于其可忽略的等效串联电阻(ESR)，在PV发电机充电开始时产生等于Isc的电流。超级电容器的终端电压随着吸出电流和电荷的积累而增大，随着PV发电机的I-V特性而减小。 |
四、超级电容法曲线跟踪时间分析 |
| 之前Marwan M.Mahmoud给出了一个简单的曲线跟踪时间表达式，只涉及Isc和Voc项[7]。虽然短路点和开路点之间的曲线性质会有不同的变化，曲线跟踪时间也会有不同的变化，但作者用分段线性方法对V-I曲线进行了近似，以得到更合适的曲线绘制时间的表达式。 |
| 上图5代表了太阳能电池/组件的基本V-I特性。其中A(0,Isc)为短路点，B(Vm,Im)为最大功率点，C(Voc,0)为开路点。 |
| 短路点A(0, Isc)到峰值功率点Vm, Im用直线-表示 |
 (1） |
| 峰值功率点B(Vm, Im)到开路点C(Voc,0)近似为直线 |
 （2） |
| 对于超级电容器， |
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| 因此, |
 (3)[利用式一、式二] |
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| 这个方程表示超级电容器的电压不能达到准确的Voc点。从图6和图7可以直观地验证由太阳能电池或模块直接馈电的超级电容器的充电特性。在这里我们可以看到，电压变化和电流随时间的变化最终都在减缓，因此需要无限长的时间才能达到它们的最佳状态。 |
| 但在实际应用中，它可以达到99%以上的开路电压，足以实现精确的曲线跟踪。假设超级电容电压达到开路电压的K%。因此，改变方程3中的极限，我们得到- |
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五、实验设置 |
| 实验装置由光伏电池或模块、超级电容器组、DAS、计算机、可变强度光源、电流传感电阻(Rcs)和两个开关(图2)组成。连接到计算机的DAS由图形用户界面(GUI)配置和控制。DAS收集电流信息，根据跨Rcs的缩放电压开关S1打开，S2关闭，然后开始实验放电超级电容器组。然后在实验开始时打开S2，关闭s1。DAS记录电压和电流值，并将其发送到计算机，存储在Excel文件中。一个简单的MATLAB程序从Excel文件中访问这些数据，绘制所需的V-I曲线。 |
| 用上述实验装置记录了单个太阳能组件在不同光强、不同超级电容值下的V-I曲线，并与电阻法进行了比较。 |
| 超级电容法与可变电阻法在500W/m2日照下的V-I图如图9所示。 |
| 在700w /m2的更高强度下，还使用了一组相同的超级电容器来验证两种表征方法的相似性。 |
| 这些图表明，与可变电阻相比，使用超级电容可以更顺利、准确地跟踪V-I曲线。 |
| 下表1为500w /m2日照下的基本模块参数，并根据公式5估算曲线跟踪时间。 |
| 类似地，表二是在700瓦/平方米的日晒下使用一组相同的超级电容器绘制的 |
| 这里取K=99，使曲线追踪时间达到Voc的99%。我们可以看到曲线跟踪时间的计算值与实验值非常吻合。 |
7结论 |
| 通过对PV特性曲线分段线性逼近得到的方程，可以通过选择合适的超级电容器来预测和控制曲线跟踪时间。超级电容器和DAS的组合可能比电容器和DAS的组合更好地用于大功率光伏发电机的表征，前者DAS在中等扫描速度和灵敏度方面比后者更具成本效益和复杂性。这种在线方法对用户非常友好，可以被现有的光伏制造行业和测试实验室采用，用于对光伏电池和组件进行准确的在线测试。 |
表格一览 |
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| 表1 |
表2 |
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数字一览 |
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参考文献 |
- P. Hernday，“I-V曲线示踪器的现场应用”，SolarPro[在线]，第77-106页，2011年8月/ 9月。可用:http://resources.solmetric.com/get/SolarPro-FieldApplicationsOf-I-V-Curve-Tracers-Hernday.pdf
- D. Mukherjee和S. Chakrabarti可再生能源系统基础”印度新德里:新时代国际(P)有限公司，2004年6月。
- G. Bhattacharya和H. Saha，“太阳能电池和阵列的简单自动电流/电压特性绘图仪，”ieee程序G，电子电路与系统，第133卷，no。6页。1986年12月289-294号。
- 美国国家仪器公司“第二部分-光伏电池I-V表征理论和LabVIEW分析代码”，德克萨斯州。美国。(在线)。2012年5月。可用:http://www.ni.com/white-paper/7230/en
- F. Granck和T. Zdanwich，“太阳能电池特性和校准的先进系统”，光电审查，第12卷，no。1, pp. 57-67, 2004。
- S.k.Ghosh K.Ghosh D。Ghosh T.Sarkar D。Mukherjee，“一种简单而低成本的自动I-V绘图器”，国际太阳能会议论文集，伦敦，2012。
- M. M. Mahmoud，“光伏发电机充电电容测量I-V特性的瞬态分析”，可再生能源， vol. 31, pp. 2198 - 2206,2006
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