光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-24 23:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 號描述單位數(shù)值I光伏電池輸出電流AV光伏電池輸出電壓VIOS光伏電池暗飽和電流AT光伏電池表面溫度176。KK波爾茲曼常數(shù)J/176。K10175。23Q單位電荷C10175。19K1短路電流的溫度系數(shù)A/176。Kλ日照強(qiáng)調(diào)W/m178。ISC標(biāo)況下光伏電池短路電流AILG光電流AEGO半導(dǎo)體材料的禁帶寬度J理想因子，一般介于1和2之間Tr參考溫度176。KIorTr下的暗飽和電流ARsh光伏電池的并聯(lián)等效電阻ΩRs光伏電池的串聯(lián)等效電阻Ω2．2．2 光伏電池與光伏陣列的組成關(guān)系光伏電池組(Module)是由許多小單位的光伏電池經(jīng)由并聯(lián)或串聯(lián)組合所組成的[10]。；電池并聯(lián)組合可以提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最高輸出直流電流。而電池串聯(lián)組合的特點(diǎn)是可以提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最高輸出直流電壓因此，合理的對電池串、并聯(lián)交替組合可以得到期望的直流電壓或電流。我們可以得到光伏電池模組的輸出特性方程： （25）上式中,np、ns分別代表模組中并聯(lián)、串聯(lián)光伏電池的個數(shù)。同理，光伏陣列是由許多小單位的模組通過并聯(lián)或串聯(lián)組合而成的。表2．2 Siemens SP75在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的參數(shù)電氣特性規(guī)格額定輸出最大功率Pmax75（W）額定電流Im17（A）額定電壓Vm（V)短路電流Isc(A)開路電壓Voc(A)短路電流溫度系數(shù)(mA/176。C）開路電壓溫度系數(shù)（V/176。C)NOCT(NOrmal OPerating Cell TemPerature)45177。2(176。C）本文將以德國Siemens公司生產(chǎn)的SP75型號的光伏電池為例子簡要討論光伏電池的特性。它由36個單結(jié)晶矽光伏電池串聯(lián)而成，根據(jù)公式（25），得到該型號光伏電池模組的輸出特性方程： （26）考慮溫度和太陽輻射影響時： （27）其中： （27） （27） （210）得到上式后用SIMULINK對該光伏電池模組進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行簡要的分析。2．3光伏電池的仿真實(shí)現(xiàn)2．3．1仿真原理與模型在公式（26）中有CC2,下面對這兩個未知量分別進(jìn)行討論[5]，分別建立模型。1，求解未知量C1其中 （211）按公式（27）可以創(chuàng)建C1的子模塊2，求解未知量C2其中 （212）按公式（28）可以創(chuàng)建C2的子模塊得到上式兩個未知量后，根據(jù)公式（26）即可實(shí)現(xiàn)該型號5光伏電池模組的建模。采用V、T、λ作為輸入，I、P(輸出功率P=IV)作為輸出。輸入變量V在0～30V之問，模擬溫度T=25℃、日照強(qiáng)度A在200～1250W／㎡，得到光伏電池模組的，IV；模擬溫度T在20～l00℃、日照強(qiáng)度λ=750W／㎡時，電池模組的IV、。2．3．2 光伏電池的特性分析光伏電池是利用太陽能發(fā)電，因此其必然會受到外界因素的影響。其中最主要的因素是溫度、光強(qiáng)[4]。 從上面的仿真結(jié)果可對光伏電池的特性進(jìn)行簡要的分析。分析結(jié)果如下：，當(dāng)溫度不變，光強(qiáng)變大，光伏電池模組的開路電壓不變，短路電流增大，導(dǎo)致輸出功率變大。而且，從P一V曲線圖可以得出，最大輸出功率點(diǎn)幾乎落在同一根垂直線的兩旁的附近處。結(jié)論是當(dāng)溫度一定時，光伏電池輸出電壓保持恒定且為在某一光強(qiáng)下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)處的電壓，則不管日照量如何變化，光伏電池可大致保持在該溫度下的最大功率輸出。 ，當(dāng)光強(qiáng)一定時，溫度增加，光伏電池開路電壓會下降，短路電流略有上升，輸出功率減小。而且，從PV曲線圖可以看出，對應(yīng)于溫度的變化，最大功率點(diǎn)幾乎成線性變化。溫度的上升，會造成光伏電池輸出功率的減小，因此外界溫度環(huán)境會直接影響到光伏電池的工作效率。(25℃)，不同日照強(qiáng)度下，光伏模組對日照量變化的特性曲線圖：(a)光伏模組的輸出電流與輸出電壓的關(guān)系圖；(b)光伏模組的輸出功率與輸出電壓的關(guān)系圖。（a）（b）(750W／㎡)，不同大氣溫度下，光伏模組對溫度變化的特性曲線圖：(a)光伏模組的輸出電流與輸出電壓的關(guān)系圖；(b)光伏模組的輸出功率與輸出電壓的關(guān)系圖（a）（b）從上面得到的已知的實(shí)驗(yàn)圖形我們可以得出，光伏電池的特性具有明顯的非線性，即：光伏電池的輸出功率取決于電池的端電壓、外界因素（溫度，光照強(qiáng)度）。比較它們的曲線變化我們可以觀察到，隨著太陽照射強(qiáng)度的增大，光伏組件的短路電流增加，同時最大輸出功率也增加。另一方面，同時通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著工作溫度的升高，光伏電池的短路電流增加而最大輸出功率減小。2．4 小結(jié)太陽能由于其獨(dú)特的利用價值。利用光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。而光伏電池的輸出受到電池表面溫度、光強(qiáng)等外界環(huán)境因素的影響，但輸出的非線性使系統(tǒng)必須做出改進(jìn)。為了最大化的利用太陽能，必須保證一定的轉(zhuǎn)換效率，克服外界因素的改變對系統(tǒng)的影響，我們采用最大功率點(diǎn)跟蹤的方法從而減少能源上的浪費(fèi)[8]。當(dāng)前有很多點(diǎn)跟蹤的方法，它們各有優(yōu)缺，如何根據(jù)具體環(huán)境具體選取跟蹤方法，這是本文下一章研究的重點(diǎn)。第三章 最大功率點(diǎn)跟蹤算法的研究由于太陽能發(fā)電具有安全、環(huán)保、可持續(xù)性等優(yōu)越性，越來越來受到人們的重視，毫無疑問，其在未來的電力系統(tǒng)中占有不可比擬的地位。在上一章中提出影響光伏發(fā)電效率的最大因素是外界環(huán)境的變化，溫度和光強(qiáng)的變化都可以導(dǎo)致輸出特性發(fā)生較大的變化。同時，光伏電池具有轉(zhuǎn)換效率較低、成本昂貴，初期投入較大等客觀問題的存在。因此，提高光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率是必然趨勢，解決的途徑之一是在光伏電池與負(fù)載間加最大功率點(diǎn)跟蹤裝置，保證實(shí)時跟蹤最大功率點(diǎn)[3]。下面本文將介紹最大功率點(diǎn)跟蹤的基本原理及兩種常用的跟蹤方法。3．1 光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤由上一章的分析可以得到在一定的溫度和光強(qiáng)條件下的輸出特性，如圖3．1所示，(a)光伏電池的輸出電流與輸出電壓關(guān)系圖；(b)光伏電池的輸出功率與輸出電壓關(guān)系圖。圖 （a） 光伏電池IV關(guān)系圖（b）光伏電池PV關(guān)系圖 從上圖中可以看出：在給點(diǎn)的溫度和光強(qiáng)條件下，光伏系統(tǒng)具有唯一的最大功率點(diǎn)，高效利用太陽能的前提是盡量是系統(tǒng)充分保持在最大功率點(diǎn)下工作，但是在外界環(huán)境因素非常規(guī)變化時，最大功率點(diǎn)也會隨之改變，更加不確定的是在不同地區(qū)環(huán)境各不相同，不解決好這一問題，將極大限制太陽能的廣泛普及。因此，在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)充分考慮最大功率點(diǎn)的跟蹤問題，根據(jù)實(shí)時的外部環(huán)境，都能保持系統(tǒng)的自適應(yīng)性。 另一方面我們可以由圖發(fā)現(xiàn)，負(fù)載對最大功率的影響，這啟發(fā)我們可以通過負(fù)載的改變來適應(yīng)外部環(huán)境因素的變化，找到合適的負(fù)載使系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)處。最大功率點(diǎn)工作的基本思想就是尋找負(fù)載匹配的過程。3．2 常用的最大功率點(diǎn)跟蹤算法目前常用的光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤算法已相當(dāng)繁多，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，必將產(chǎn)生更多更先進(jìn)的方法，由于本人能力及文章篇幅所限，不便贅述，本文只是基于前人的研究成果簡要較少兩種簡單常用的方法，分別為爬山法和導(dǎo)納法[10]。下文將就這兩種最大功率點(diǎn)跟蹤算法分別說明其工作原理，并比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)。3．2．1 爬山法(P＆O）由于爬山法獨(dú)特的特點(diǎn)（結(jié)構(gòu)簡單，需測量的參數(shù)較少）使其成為目前使用頻率較高的跟蹤方法。其基本原理概括的說就是通過改變輸出電壓，給其一個小的電壓分量，通過電壓分量來尋找功率的改變方向，如果功率增大，繼續(xù)增加該電壓分量，如果功率減小，則改變增量方向。通過與未加增量前的
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