太阳能光伏发电系统的设计.doc

太阳能光伏发电系统之MPPT分析与比较雷云（中信建筑设计研究总院有限企业，湖北武汉430014）摘要：太阳能光伏发电系统是此后绿色能源发展趋势之一，而提高光伏发电系统输出效率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常规规定，分析和比较了多种跟踪措施下系统运行特性。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伴随能源危机问题日益突出，开发和运用可再生能源和绿色能源已成为世界各国共同追求目。太阳能无疑是符合可持续发展战略较理想绿色能源。太阳能光伏发电目前存在问题是：太阳能运用率低。这首先是由于光伏阵列输出特性为非线性，且其伴随太阳辐照度、温度、负载变化都会发生变化；另首先是由于光伏阵列将光能转换为电能效率低。因次，充足运用光伏阵列所产生能量是太阳能光伏发电系统基本目和规定。为了处理这一问题，可在光伏阵列与负载之间加入最大功率点跟踪装置，使光伏阵列一直可以输出最大功率，从而更有效运用太阳能。二太阳能光伏发电系统之MPPT比较与分析1太阳能电池输出特性光伏电池输出变化时存在两种状况：●假设光照和温度等外界条件不变化时，由于负载阻抗变化，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）有也许不变，而只是电流（或电压）发生变化。Isc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与太阳辐照度对数成正比，并且当环境温度升高时Voc略有下降（mV级）。因此对应不一样太阳辐照度，太阳能电池有不一样I－V特性曲线和P－V特性曲线，如图2.1所示。图2.1太阳能电池输出特性曲线由图2.1可知太阳能电池最大功率点伴随太阳能辐照度和温度变化而变动。因此，为获得太阳能电池最大输出，最大功率点跟踪是必要。2最大功率跟踪（MaximumPowerPointTracking）通过变化光伏阵列所带等效负载，调整光伏阵列工作点，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。并且当太阳能电池应用于不一样负载时，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减少。即太阳能电池阵列最大功率点随太阳辐照度、太阳能电池方阵表面温度、不一样负载而变化，所认为了使其一直输出最大功率，系统需要跟踪太阳能电池方阵最大功率点，MPPT控制就起到了这种作用。MPPT需要做到：●当日气变化很快时，能迅速、精确地跟踪最大功率点；●控制算法不需太复杂；●实现起来简朴。MPPT在详细实现时，一般有两个环节：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搜索算法中，使用最多是自寻优措施，即系统不直接检测太阳辐照度和温度，而是根据光伏阵列自身电压电流值来确定最大功率点：详细则是再与已存储前一时刻光伏电池功率相比较,舍小存大,再检测、再比较。如此不停地周而复始,便可使光伏电池动态工作在最大功率点上。图2.2MPPT搜索算法图常用MPPT措施有：恒定电压法、开路电压法、短路电流法、扰动观测法、电导增量法（导纳微分法）等。MPPT控制技术：图2.3MPPT控制图当负载特性与太阳电池阵列特性交点在阵列最大功率点对应电压Um之左时，MPPT作用是使交点处电压升高；而当交点在阵列最大功率点对应电压Um之右时，MPPT作用是使交点处电压下降。图2.3阐明了这个动态过程。控制技术采用：数字双环控制、模糊控制、神经控制等。（2）恒定电压法(ConstantVoltageTracking，即CVT)在不一样光照强度下，太阳能电池阵列具有图2.4所示伏安特性曲线，它表明太阳电池既非恒压源，也非恒流源，而是一种非线性直流电源，太阳能电池阵列伏安特性曲线与负载特性曲线L交点A、B、C、D、E即为光伏系统工作点，假如能使工作点移至光伏阵列伏安曲线最大功率点A’、B’、C’、D’、E’上，就可以最大程度地提高光伏阵列能量运用率。人们发现，当温度保持某一定值时，最大功率点基本在一根垂线两侧，这样就可以把最大功率点轨迹近似当作输出电压恒定一根垂线，这就是恒定电压法理论根据。初期光伏系统采用恒定电压法，这种措施长处是简朴易行，并且基本可以跟踪最大功率点。但伴随电力电子及控制技术发展,这种措施简朴性与其导致能量损失相比已显得很不经济。由于这种跟踪方式忽视了环境温度和太阳辐照度对阵列开路电压影响,这个不容忽视影响是采用恒定电压跟踪是无法克服。图2.4恒定电压法（3）扰动观测法（登山法）（Perturbationandobservation