太阳能光伏发电系统的设计.docx

太阳能光伏发电系统之 MPPT 的分析与比较雷 云(中信建筑设计研究总院有限公司,湖北  武汉 430014)摘要:太阳能光伏发电系统是今后绿色能源发展的趋势之一,而提高光伏发电系统输出效率的关键使光伏发电系统运行在最大功率点附近。本文针对太阳能光伏发电系统的常规要求,分析和比较了各种跟踪方法下系统的运行特性。关键词:太阳能光伏发电系统 最大功率跟踪一 引言1 太阳能光伏发电系统概述随着能源危机问题的日益突出,开发和利用可再生能源和绿色能源已成为世界各国共同追求的目标。太阳能无疑是符合可持续发展战略的较理想的绿色能源。太阳能光伏发电目前存在的问题是:太阳能利用率低。这一方面是因为光伏阵列的输出特性为非线性,且其随着太阳辐照度、温度、负载的变化都会发生变化;另一方面是因为光伏阵列将光能转换为电能的效率低。因次,充分利用光伏阵列所产生的能量是太阳能光伏发电系统的基本目的和要求。为了解决这一问题,可在光伏阵列与负载之间加入最大功率点跟踪装置,使光伏阵列始终能够输出最大功率,从而更有效的利用太阳能。二 太阳能光伏发电系统之 MPPT 的比较与分析1 太阳能电池的输出特性光伏电池输出改变时存在两种情况:●假设光照和温度等外界条件不变化时,由于负载阻抗的变化,光伏输出电压Voc 和电流关系 Isc 在同一条特性曲线上变动,此时电压和电流均发生变化;●当外界条件发生变化时,光伏输出电压 Voc 和电流 Isc 关系变到另一条特性曲线上,光伏输出电压(或电流)有可能不变,而只是电流(或电压)发生变化。Isc 的值与太阳辐照度成正比,并且当环境温度升高时 Isc(uA 级)略有上升。Voc 与太阳辐照度的对数成正比,并且当环境温度升高时 Voc 略有下降(mV 级)。所以对应不同的太阳辐照度,太阳能电池有不同的 I-V 特性曲线和 P-V 特性曲线,如图  所示。图   太阳能电池输出特性曲线由图  可知太阳能电池的最大功率点随着太阳能辐照度和温度的变化而变动。因此,为获得太阳能电池最大输出,最大功率点跟踪是必要的。2 最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking)通过改变光伏阵列所带的等效负载,调节光伏阵列的工作点,使光伏阵列工作在输出功率最大点。(1) 最大功率点跟踪控制原理根据上面的分析,当太阳辐照度和环境温度变化时,光伏电池输出电压和电流呈非线性关系变化,其输出功率也随之变化。而且当太阳能电池应用于不同的负载时,由于光伏电池输出阻抗与负载阻抗不匹配,也使得太阳能光伏系统输出功率降低。即太阳能电池阵列的最大功率点随太阳辐照度、太阳能电池方阵表面温度、不同负载而变化,所以为了使其始终输出最大功率,系统需要跟踪太阳能电池方阵的最大功率点,MPPT 控制就起到了这种作用。MPPT 需要做到:●当天气变化很快时,能快速、准确地跟踪最大功率点;●控制算法不需太复杂;●实现起来简单。MPPT 在具体实现时,一般有两个步骤:一是通过搜索算法,找到最大功率点;二是通过控制手段,使太阳能电池阵列工作在最大功率点。在 MPPT 的搜索算法中,使用的最多的是自寻优的方法,即系统不直接检测太阳辐照度和温度,而是根据光伏阵列本身的电压电流值来确定最大功率点:具体则是再与已存储的前一时刻光伏电池功率相比较,舍小存大,再检测、再比较。如此不停地周而