168体育光伏工程的好处前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇光伏工程的好处范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
在社会经济快速发展的同时,人们对资源的消耗量也逐年递增,资源短缺问题越来越凸显,资源及能源短缺现象已经逐渐的向全球化方向发展,人们也开始越来越关注能源节约、新能源以及可再生资源的利用。这就要求对资源利用过程中,应尽可能少的使用不可再生资源,而加大对可再生资源的使用量。光能是自然界中最为重要的可再生资源,人们可以通过对光能的开发,而为生产和生活提供所需的能源。但是,怎样更加高效地开发光能,是现阶段光能利用的研究热点。电子信息技术是将计算机作为整个系统的核心而建立的集信息数据的收集、分析、应用以及管理为一体的技术。要是可以将电子信息技术更好地应用于光伏电场中,必会推动光伏电力产业进一步朝着智能化的方向发展,极大地提高光伏电力的生产效率,为光能的高效利用提供可靠的技术保证。
在光伏电场中应用电子信息技术,是依靠电子信息技术的信息数据收集与分析等功能,而完成相应的信息测试与数据处理的工作。在进行信息数据的测量时,其是经由相应的传感装置而实现的。采用的传感装置是否具有优异的性能,将会对光伏电场运行的精确控制产生直接的影响。而对信息数据的收集工作则是经由PCI信息数据收集卡片实现的,该卡片会对传感装置所传输的所有信息数据加以收集,并对信息数据中所具有的误差进行分析与处理,为后续的数据信息处理工作奠定良好的基础。在光伏电场的运行过程中,若想掌握作业完成的效率,那应当对所收集的数据加以分析与处理。现阶段,对数据信息进行分析的方法有多种,不同的数据分析方法在进行数据测试时会有所侧重。而对于所收集数据信息的分析,能够依照不同的结果,而给予人们更加智能的决策。在光伏电场的运行过程中,人们需及时地掌握其具体的运行状况,了解光伏电场运行时所存在的问题,并针对不同的问题,而提出改进措施。现阶段,电子信息技术能够为人们提供信息的统计,同时这也正是人们实时监控光伏电场运行的需求。
第一,在光伏电场数据测量过程中的应用。光伏电场中测量用的传感装置,在进行数据测试时会有一定的误差存在。而通过电子信息工程技术的应用,能够使数据测量的周期缩短,而提高信息数据测量的精准性。另外,在进行信息数据测量时,会受到各种环境因素的作用,而导致偶然性的误差出现。而通过应用电子信息工程技术,能够通过多周期测试的手段,对偶然性误差加以校正。光伏电场中传感装置有时会由于自身性能的因素,而导致一些量化误差的产生。而通过电子信息技术的应用,同样可以对量化误差加以校正,以使测量数据更加的精准168体育官网。第二,在光伏电场数据收集过程中的应用。当传感装置对所需的数据信息测量完成之后,要把所测量得到的相关信息数据传输至数据收集卡片之中。同时,在数据信息收集卡片上做好数据的转换工作,以使所收集的信息数据可以转换为计算机可以分析与处理的信息数据。以往,多采用模拟的方法进行信息数据的传输,其把传感装置所传输到卡片中的信息数据转变为模拟信号,再将模拟信号转变为数字信息。而对电子信息工程技术的应用,则可以直接的将信息数据以数字信息的方式进行传输,保证了信息数据的收集、传输过程中的高保线]第三,在光伏电场数据分析过程中的应用。在电子信息工程技术不断革新与发展的过程中,人们可以通过一定的电子信息技术来完成对信息数据的分析,同时为人们提供更加正确的决策。而在光伏电场的实际运行过程中,多种电子信息数据处理技术已被应用。现阶段,人们通过电子信息工程技术,对光伏电场运行时的数据进行分析处理,可以得到在电场中有没有孤岛现象存在。当有孤岛现象存在时,会使其中某一输出电压表现为零值,而实时电压波形会发生一定的偏移,光伏并网的决策系统就将收到变形之后的波形图,并对所收到的信息加以分析,最后给予人们适宜的决策。通过对智能决策体系的使用,对于光伏电场的高效、安全运行有着极为重要的意义,同时也为光伏电场运行中自动化发展提供了极大的可能。第四,在光伏电场数据统计过程中的应用。要使光伏电场可以更加高效地运行,就应当不断地完善决策系统。而人们对决策系统进一步优化的基础,是很长一段时间内对光伏电场数据的测试、收集以及分析等工作,并依据电子信息工程技术的数据统计功能,而给予人们更好的优化方案。[2]
光伏电场在实际的运行过程中,对于电子信息工程技术的应用非常广泛,其在各个方面均有应用,同时也是光伏电场运行中不可或缺的关键性技术。而在光伏电场技术不断发展,以及人们对光能利用率要求逐渐提升的同时,也要求电子信息工程技术进一步的革新与发展,以更好地应用于光伏电场之中。
程中,仍然有很多发电企业采取了传统方法,这不但大幅度降低了光伏发电工程技术管理工作的质量,而且也无法充分满足光伏发电工程的建设需求。基于此,文章围绕光伏发电工程的技术进行了分析,并对项目管理工作进行了相应的研究。
在科技新时代的背景下,随着光伏发电产业的不断发展,对项目的全过程,管理人员必须加大管理力度,对管理目标也要进行明确并落实,同时对项目活动,管理人员也需要结合项目的特点,从而对其进行合理掌控。在开展光伏发电工程项目管理工作的过程中,必须对
工程项目管理人员进行全面的分析,从而对其经济性、可行性等进行确定。对工程的设计工作,管理人员也要严格对其进行管理,同时还要合理开展工程策划工作,对工程的整个工作环节,不论是设计阶段,还是运行阶段,管理人员都要将管理工作做好,同时对该工作
,管理人员也需要不断进行完善。对光伏发电工程而言,开展项目管理工作,其不但可以提高信息的流通率,同时在很大程度上也可以避免相应的问题出现。除此之外,要想将管理责任进行落实和明确、要想将管理工作的质量和效率进行提高,管理部门就必须以身作则
,在开展工作的过程中,对项目的质量要进行相应的保证,通过采用合理对策从而提高项目的收益,也要最大限度地满足客户的需求,只有这样,我国光伏发电工程才能取得更好的发展[1]。
对传统的光伏发电工程项目的管理工作而言,其主要以监督工作以及咨询工作为主,同时为了满足业主的使用需求,光伏发电工程从设计工作开始,一直到竣工之后,施工的进度以及资金都由施工单位以及业主掌控。而与传统的光伏发电工程项目管理工作不同,项目管
理其是以监督管理工作为主,在项目管理的过程中,如果管理方式出现不统一的情况,那么监督管理权限便会被限制,这也会使得监督管理工作变得被动。然而在工程建设期间,通过进行项目全过程的管理,项目工程师便可以根据项目的相关情况,从而对整个光伏发电
工程施工进行全面掌控,这样不但可以将被动的管理模式进行转变,同时还可提高管理的质量和效率,也可以充分满足工程的生产需求。除此之外,与工程的咨询模式相同,其都是通过承包方式经营的,在此期间,两种方式都需要根据积累的管理经验,从而将服务的质
量进行最大限度的提高。光伏发电工程在开展项目管理工作的过程中,必须以管理服务理念为主,在实践的过程中也要将其进行大力推广。此外,通过光伏发电工程的建设现状可以发现项目管理工作具有很多特点,其中就包括整体的集成化以及管理的集成化等。以整体
集成化特点为例,其实际上便是通过优化管理方案,完善细节管理,从而避免外界因素对工作产生相应的影响,提高管理工作的有效性,再结合管理人员所积累的管理经验,提升管理工作水平。
光伏发电实际上是遵循光伏效应原理进行工作的。光伏效应指的是半导体在光照的作用下,从而产生相应的电动势能。对硅体而言,其电子的个数与空穴的个数是一致的,且在正常状况下,P区与N区的电能是呈现中性的,但是如果硅板受到光照的作用,硅体便会受到温
度的影响,从而导致硅体中的电子和空穴出现两极化,这样硅板的两端便会出现一定的电势差,而当其处于通路状态下,电子出现定向移动,其也会有电压和电流产生。
光伏发电是通过光伏效应作用于太阳能组件,从而使其产生相应的直流电,而在其经过时可以得到相应的处理,再经过逆变器,其便可以以交流电的形式为人们提供电能,供人们使用。在此期间,以及逆变器都起着十分重要的作用。对而言,其可以
实现过载保护、过充等作用,且对太阳能部件其也不会产生任何影响。对逆变器而言,其主要作用便是实现交流电与直流电之间的转换。此外,光伏发电其又有并网发电以及离网发电之分,对离网发电而言,其目的是将剩余的电量储存到蓄电池中,而并网发电,其是为
光伏并网是通过使直流电经过逆变器处理,从而转换成与电网的幅值以及电压频率等一致的交流电,再将其传入到电网中进行能量输送。光伏并网具有很大的优势,由于光伏矩阵会受到阴雨天气的影响从而不会产生相应的电能,而在阴雨天气环境下,光伏并网可以将电
网内的电能输送给负载,这样便不会影响负载的正常使用。当其处于光照的环境下,其又可将剩余的电量全都传入到电网之中,进行电量的储存。对光伏发电并网系统而言,其可分为可调度式光伏并网发电系统以及不可调度式光伏并网发电系统,二者所具备的功能也各
不相同。对可调度式光伏并网发电系统而言,其不但可以使经过逆变器处理所转换出来的交流电流输入电网,还可以作为蓄电池保证光伏发电并网系统不会断电,能一直正常地进行工作。而对不可调度式光伏并网发电系统而言,在经过逆变器处理,其可以转换与电网频
率、相位相同的交流电,在光照的强烈作用下,太阳能电池板会产生大量电能,当产生的电能要比负载使用的电能多时,剩余的电能便会直接传入公共电网,这样在阴雨天气或者没有阳光的环境下,电网也可向负载进行电能的输送,以保证负载正常工作。
在工程策划工作的过程中,工作人员必须对项目投资进行全面的分析,对其可行性及可靠性也要进行重点考虑。其次,对投资原因及影响因素也要进行了解,对管理工作的各个环节也要进行确定,同时还要将管理工作的策划方案进行制定和优化。除此之外,对光伏发电
的地理位置,工作人员也要做好相应的申请工作,从而将位置进行确定。再者,光伏发电工程其还存在一个问题,那就是咨询费用一般都极高,对这个问题工作人员可以明确咨询公司,以便可以对工程项目进行更好的管理。
在开展管理工作的过程中,工作人员必须制定相应的管理报告,保证报告的可行性。与此同时,要保证光伏发电工程项目的管理工作可以高质量、高效率地开展,在对工程进行设计期间,设计人员必须结合发电站的实际情况,从而大力开展招标工作,以此对项目管理质
量进行保证。此外,在进行工程项目的设计阶段,管理人员必须对其进行严格管理,尤其是在安全方面,管理人员必须将消防安全的管理工作做好,只有这样才能避免安全问题出现,而光伏发电工程也可更顺利的进行建设。
在开展光伏发电工程建设的过程中,要想保证工程项目可以创造出更多的经济效益,那么管理人员必须根据工程项目的实际情况,从而对工程资金进行严格管理,对工程的建设进度也要合理掌控,只有将管理工作在光伏发电工程项目建设的全过程进行落实,才能避免相
应问题的出现,而工程项目也可以高质量、高效率的进行实施。在此期间,管理人员需要对项目设计范围以及招标范围进行明确,只有这样,管理工作的质量和效率才会得到有效的提升。与此同时,管理人员也要根据项目工程合同,从而对施工范围进行合理划分,只有
【摘要】介绍了光伏电池模型的工程数学模型,并在MATLAB/ SIMULINK 环境下建立了光伏电池的工程仿真模型。为了能够实现光伏电池的最大功率输出,本文介绍了最大功率跟踪的原理和方法。使用增量电导法实现最大功率点跟踪。并在MATLAB/SIMULINK 环境下搭建光伏发电系统的仿真模型进行了仿真。仿真结果表明,搭建的光伏电池波形以及最大功率跟踪控制的仿真结果证明了可行性,可以用于光伏发电系统的仿真研究。
太阳能直接辐射到地球的能量丰富,分布广泛,可以再生,对环境无污染,而且利于方便,是国际社会公认的理想新能源。因此,最近几年太阳能光伏发电获得广泛的应用。然而,光伏电池受环境的影响比较大,比如光照强度温度等等,直接并网容易对电网造成不良影响[1]。另外,光伏电池目前所普遍采用的是晶硅材料,而晶硅材料的成本较高而且转换效率也比较低。为了减少能量功率损失,提高光照的利用效率,通常采用最大功率跟踪控制使光伏输出尽可能的达到最大功率。本文仿真所采用的是工程上所用的简化数学模型。
光伏电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的,它的输出电流及电压受温度、光照强度的影响,其中外界温度变化主要影响光伏电池的输出电压,而光伏电池的输出电流主要是由光照强度影响[2]。
式中,e为自然底数;b=0.5为常数;c=0.0028℃-1为标准条件下的电压稳定系数;a=0.0025℃-1为标准条件下电流温度系数;Isc、Uoc、Im、Um分别为光伏电池板短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压。本文所搭建光伏电池板simulink模型就是基于上述工程数学模型。
本文最大功率跟踪采用的是基于Boost电路的电导增量法,电导增量法是通过改变Boost升压电路的占空比来调整光伏电池输出的电压,使之逐渐接近最大功率点的电压来实现最大功率点的跟踪。由光伏电池的功率-电压特性曲线可以知在最大功率点出有dP/dV=0的关系,此时光伏电池的工作点位于此刻最大功率点处,需要保持参考电压大小不变,使光伏电池始终工作在最大功率点处。
本文所采用的光伏电池板为1000W,每块电池板的参数为:短路电流Isc=12.92A,开路电压Uoc=107.5V,最大功率点电流Im=11.42A,最大功率点电压Um=87.5V。
由光伏电池的工程简化模型可知,在光照与温度一定时,其输出电流为输出电压的函数。取标准光照强度S=1000W/m2,Tref=25℃,光伏组件的电压-电流、电压-功率输出特性如图1和图2所示:
由图1和图2可知,在标准状况下(光照为1000W/m2,T=25℃),光伏组件仿线A,最大功率点电流Im=11.42A,最大功率点电压Um=87.5V,最大功率为1000W考虑到光伏组件实物的转化效率,其误差属于可接受范(下转第144页)(上接第117页)围,表明仿真曲线得出的数值与厂家给定的几个参数值基本相等,所以,所搭建的仿真模块能较好地模拟光伏电池板输出特性。
在0.5s之前,光照强度设置为600W/m2,0.5s时光照强度突然增大到1000W/m2,由仿线可以看出功率能够迅速的跟随光照强度的增加迅速达到最大功率。
本文以光伏电池工程数学模型为基础,通过建立simulink仿真模型,将其仿真实验结果与实际情况相比较,验证了此仿真模型的正确性。最后建立基于升压电路的最大功率跟踪仿真模型,最大功率跟踪采用增量电导法,最后的仿真结果表明所搭建的模型能较好地完成对最大功率点跟踪的工作,为深入研究其特性及应用打下了良好的基础。
[1]何道清,何涛,丁宏林.太阳能光伏发电系统原理与应用技术[M].化学工业出版社,2012.
既有建筑光伏发电系统是将既有建筑与光伏系统进行综合设计与利用。由于我国既有建筑面积容量大、屋面空间利用效率低、单位面积能耗巨大,对既有建筑平屋面进行光伏设计具有光伏发电系统靠近用户,光伏装机容量较小,满足于用户需求并支持现有电网运行;用户自行控制;减少输配线损失;起到调峰降压等作用。随着技术的进步和市场的扩展我国相继颁布了《关于组织申报金太阳和光电建筑应用示范项目的通知》、《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见(暂行)》等法规条例为国内私人业主及企事业单位安装光伏上网提供了相应的经济鼓励机制与法律法规;同时由于国外市场的萎缩大量企业开始注重国内市场的开阔与发展,使大量新技术新设备得以应用;因此当前我国发展光伏与既有建筑结合恰临前所未有的机遇。但是对于大量现存的既有建筑而言,太阳能光伏设备的安装较为不易,如适当的预埋件尚未装置,改造时给太阳能装置的安装造成了一定的障碍;增加建筑负荷可能损害建筑结构;破坏既有建筑保温构造等因此寻找一种适合我国既有建筑实际状况,又能具有较高经济性的系统安装方式显得较为迫切。
建筑物屋顶作为吸收太阳光部件有其特有的优势,如:日照条件好,不易受遮挡,可以充分接受太阳辐射,系统可以紧贴屋顶结构安装,减小风力的不利影响,并且太阳能光伏板可以替代保温隔热层遮挡屋面,有效的利用了屋顶空间。
阵列设计需要保证在冬至日当天光照辐射强度最好的时间段中(AM9:00—PM3:00)前排光伏组件的阴影不应影响后排光伏组件正常工作。如果太阳电池不能被日光直接照到时,那么只有散射光用来发电,此时的发电量比直射光照的要减少约10%-20%。因此在选择敷设方阵时应尽量留出空间,使发电效率达到最高。另外,当纬度较高时,方阵之间的距离加大,相应地设置屋面的面积也会增加,需在设置方阵阵列时,分别选取每一个方阵的构造尺寸,将其高度调整到合适值,从而利用其高度差使方阵之间的距离调整到最小,使屋面的场地得到充分的应用,节约空间资源。
阴影分为随机阴影和系统阴影。随机阴影产生的原因、时间和部位都不能确定。如果阴影持续的时间很短,虽然不会对电池板的输出功率产生明显的影响,但在蓄电池浮充工作状态下,控制系统有可能因为功率的突变而产生误动作,造成系统的不可靠。系统阴影是周围比较固定的建筑、树木以及建筑本身的女儿墙、冷却塔、楼梯间、水箱等遮挡而成,由于持续时间长会对官府系统输出功率产生明显影响的水平。因此系统需要具有相应的容错能力,不会因瞬间的阴影产生误动作(如启动保护电路);对于系统阴影要认真勘察现场,进行回避,进行合理设计。
为了获得较多太阳光,屋面坡度宜采用光伏组件全年获得电能最多的倾角。一般情况下可根据当地维度+或—10°来确定屋面坡度,低纬度地区还要特别注意保证屋面的排水功能。
(1)安装在坡屋面的光伏组件宜根据建筑设计要求,选择顺坡镶嵌设置或顺坡架空设置方式。顺坡架空在坡屋面上的光伏组件与屋面间宜留出有大于100mm的通风间隙。控制通风间隙的目的有两个:一是通过加强屋面通风降低光伏组件背面升温;二是保证组件的安装维护空间。设计良好的冷却通风系统,这是因为光伏组件的发电效率随着表面工作温度的上升而下降。理论和实验证明,在光伏组件屋面设计空气通风通道,可使组件的电力输出提高8.3%,组件的表面温度降低15℃左右。因此光伏系统的设计安装特别重要。
(2)对于原有防水侧已经破坏的屋面,支座基座部位应做附加防水层。光伏组件支座与结构层相连时,附加防水层应包到支座和金属埋件的上部,形成较高的泛水,地脚螺栓周围缝隙容易渗水,应作密封处理。附加层宜空铺,空铺宽度不应小于200mm。为了防止卷材防水层收头翘边,避免雨水从开口处渗入防水层下部,应按设计要求做好收头处理。卷材防水层应用压条钉压固定,或用密封材料封严。
(3)需要经常维修的光伏组件周围屋面、检修通道、屋面出人口以及人行通道上面应设置刚性保护层保护防水层,一般可铺设水泥砖。
独立基础式安装系统适合于屋面荷载小和风荷载小的地区,一般适用于中低层建筑。光伏安装系统基础采用混凝土浇注预制,尺寸长、宽、高可自定,在混凝土块顶面预埋地脚螺栓平放在水泥屋顶上。它具有不破坏原有屋面防水层、保温层,点式基座利于屋面排水等特点;同时预制的混凝土块方便屋顶吊装,减少人工、降低成本,适用于工程造价低,施工速度快的工程项目。
条形基础式安装系统适合荷载量较大的平面屋顶,底部框架使用优质铝导轨,预埋螺栓固定,支撑件材料为不锈钢,牢固美观,铝合金导轨与单元连接设计,无需现场二次加工。适用于任意规格晶硅组件及部分薄膜组件;在水泥基础面上安装预埋地脚螺栓,根据实际需要设计调节安装角度具有较高的适应性;基座布置方面与屋面排水方向不垂直,利于屋面排水;所需人工量较少适用于工程造价不高的项目。
负重式安装系统,无需破坏原有防水层,适用于平面屋顶荷载量较大的情况。底部框架使用优质铝导轨,固定采用水泥块或石块等重物,支撑件材料为不锈钢,牢固美观,独创的铝合金导轨与单元连接设计,无需现场二次加工。不破坏原有防水层,无需防水处理;适用于任意规格晶硅组件及部分薄膜组件;底框上安装可调负重框,上面放置水泥块、石块等;根据实际需要设计安装角度。但基座布置方向与屋面排水方向垂直,不利于屋面排水增加了屋面荷载,不适合于降雨量达又不能很好解决排水问题的屋面工程项目。
全钢可调式系统安装支架后立柱可以自由做长度调整,立柱上的安装固定座可以多角度旋转,在施工现场可以非常方便的实现光伏组件在高度和角度上的调整。支架结构件全部采用镀锌型钢,强度好,成本低;安装角度在一定范围内可自由调整,以适应不同安装场地;采用通用组件固定方式,方便可靠;利于屋面排水,工程适用范围较广。
工程塑料固定式中的承重部件采用工程塑料制造。工程塑料由聚酰胺制作,该塑料不但要求能在高温下保持极低的蠕变性,在低温下也表现出了优异的韧性和刚性;高比例玻璃纤维增强的聚酰胺还具有优异紫外耐受性和耐候性,在户外条件下寿命长达20年,能满足如雪载、风压等的承重要求;系统制造工艺中,使用扣接、骨架和挡板未排水和布线,使得部件非常轻巧和易于安装,太阳能板在平顶上的安装变得更加简单快捷,且具有良好的太阳能装置成本效益,适用于户外工程项目施工。
山东建筑大学位于济南市东部地区,地处北纬36°40′,东经117°0′。济南属于暖温带半湿润性季风气候。济南市全年辐射总量为5251.8MJ/m2,年平均日照时数2582.3小时,年日照百分率58.3%。校园楼房等建筑物多为平顶屋面,建筑物的屋面承载力较强,比较适合建设屋顶太阳能光伏电站。山东建筑大学在学生公寓梅园1#、2#、3#楼顶平面;松园1#、2#、3#楼顶平面;竹园1#、2#楼顶平面校图书馆与信息楼楼顶平面;校办公楼楼顶平面;大学生活动中心楼顶平面进行太阳能光伏系统的排布。
本项目本着投资小,安全可靠性高,施工安装方便,节省工期的特点,选用了独立基础式安装系统。支架檩条采用角钢50×5,立柱采用槽钢,材料为Q235A,并进行热镀锌处理。组件采用高强度铝合金压块固定。基础采用C30混凝土浇注预制,平放在水泥屋顶上,基础尺寸长约700mm,宽约300mm,厚度方向,因存在流水坡度,最薄处约300mm,上平面在同一水平面内,每个基础重量约为151.2kg。方便屋顶吊装(最高屋顶约30m)。
太阳能光伏产业是目前世界发展速度最快的行业之一。为实现能源和环境的可持续发展,众多国家将太阳能光伏发电作为新能源与可再生能源发展的重点,光伏电能将会是未来主导的绿色能源之一。光伏阵列的输出功率与日照强度、电池结温以及负载的变化密切相关并且呈现出强非线性特性,在特定的工作环境下存在唯一的最大功率输出点(MPP),但实际应用中太阳电池输出功率达不到理想的功率值,导致了一部分功率损耗,为了获得最大的光伏利用率,大多采用最大功率点输出跟踪(MPPT)控制的方法。
图 1、2 所示的 I-U 和 P-U 特性可看出在不同的日照和温度下,光伏阵列的电压、电流和功率输出是有很大变化的。日照越强,光伏阵列的输出电流越大;太阳电池板的温度越高,光伏阵列的输出电压越小。但在一定的光照和温度下光伏阵列的输出都会有一个最大功率点(MPP)。光伏阵列的输出功率与它所受的日照强度、环境温度以及负载密切相关。在不同外部环境情况下,其输出功率会有较大的变化,因此光伏发电系统常采用外加电路和控制策略对输出功率加以控制使其输出最大功率。
理论上如果将光伏阵列与负载完全匹配,光伏阵列就能实现最大功率点跟踪。但实际中如果不加 MPPT 控制很难达到最佳匹配,图 3 为使用 BUCK 变换器的 MPPT 光伏简图。设 BUCK 变换器工作在电感电流连续状态,D 为功率开关管的占空比。对于理想的 BUCK 变换器有:,,则其等效输入阻抗为:
当 BUCK 变换器实际负载的阻抗一定时,改变开关占空比,就可以改变功率变换器的等效输入阻抗,即可改变光伏电池的等效负载,进而改变改变光伏阵列的工作点和输出功率。
按一定的控制规律控制功率变换器占空比的变化过程,就可以使光伏电池工作于某一特定条件下的最大功率点处或其附近很小的变化范围之内,从而实现光伏系统的最大功率点跟踪。
恒电压跟踪法(CVT)依靠光伏阵列在不同的日照强度和相同的温度下最大功率点电压基本不变的原理,控制光伏阵列的输出电压 Uv恒定工作在电压 Vm来完成对最大功率的追踪。开路电压法是其最大功率点工作电压V1与开路电压V2的比值约为 0.76,将其工作电压设定为 0.76 倍的开路电压,此时光伏阵列即近似工作在最大功率点。短路电流法是其最大功率点输出电流 Im与短路电流 Is的比值近似等于 0.91 而设计的算法。
这些方法较实用,但它们只是近似的 MPPT 方法,在环境条件快速变化的时候,会带来较大的能量损失。扰动观察法是初设一个光伏阵列工作电压,通过调节功率管的占空比给光伏阵列输出电压周期性扰动,比较扰动前后的输出功率,如果增加,则光伏电池工作于 MPP 左侧,保持当前的扰动方向,增大光伏阵列输出端电压;反之亦然。该方法简单,但会导致输出在 MPP 附近振荡,造成一定的功率损失,并且当环境变化剧烈时有可能导致跟踪失败。增量电导法是依据光伏阵列在最大功率点处 dP/dU=0,所以有:dP/dU=I +U×dI /dU=0,即dI/dU=-I/U,则当系统输出电导的变化量等于输出电导变化量的负值时,光伏电池工作在 MPP 附近。增量电导法控制相对精确、跟踪速度较快,基本可以消除在 MPP 振荡现象,与扰动法相比,他们都存在跟踪速度与跟踪精度矛盾的问题,该方法对硬件的要求特别是传感器要求较高,成本也相对较高。此外还有神经网络法、模糊控制法等,这些方法在一定程度上能够较好地缓解跟踪速度与跟踪精度的矛盾,但在实际的工程应用中运用较少,也很难实现。
扰动观察法可通过减小占空比变化量 DD 改善光伏器件在 MPP 附近的功率振荡现象,但 DD 较小会降低系统对日照变化的响应速度,当外界环境变化较大的时候,跟踪速度会比较慢,但较大的 DD 又会使其跟踪的精度降低,可考虑根据光伏器件工作点调整 MPPT 控制中的 DD 从而兼顾 MPPT 的快速性和精度。模糊控制也是普遍使用的变步长 MPP 控制方法,它虽具有较佳的快速性和稳定性,但该方法实现复杂,工程应用较为困难。此双变步长 MPPT 控制方法是在控制过程中 Dd 共有两个等级,较大者用于日照突变时 MPPT 控制;较小者用于光伏器件工作在 MPP 附近,以降低功率振荡。由图 1、2 可知 DP/DU 在 MPPT 两侧的符号是不同的,但可以判断:
上式表明 J 为正时,光伏器件未到达 MPP;J 由正变负时,工作点从 MPP 一侧转移到另一侧,光伏器件工作在 MPP附近。
此时 J 赋值为零,同时 DD 变为正常,以使系统快速跟踪外部环境变化。该控制方法能较好地解决跟踪速度与跟踪精度之间的矛盾,同时在实际的工程项目中容易实现。
在实际的跟踪最大功率的过程中,P 随占空比 D 的变化曲线是单峰值曲线,设[Da,Db]为迭代区间,对应于占空比 D,其最大区间为[0,1],e 为误差值,Dx,Dy为迭代变量,设有 Dx,Dy的值即 Dx= Da+0.382(Db-Da),Dy= Da+0.618(Db-Da)作为脉宽调制信号,驱动开关管,通过电压电流传感器检测到功率 Px、Py,并根据 Px、Py的值作如下判断:若 Px>
Py,则说明最大功率点对应的占空比在区间[Da,Db]内,则令 [Da=Da,Db=Dy,D=Dx];若 Px
该控制方法的原理是:当系统实现短路电流法的控制目标后即知道光伏阵列的短路电流就能使光伏阵列的输出功率重新接近 MPP,再通过小步长扰动观察法使光伏器件的工作点继续向 MPP 移动,最后稳定在那里。其具体的过程是对光伏阵列输出电压 V、输出电流 I 进行采样,并计算出 DPK/DVK,根据 DPK/DVK的符号判断光伏阵列工作在最大功率点左侧还是右侧,然后根据其工作状态采取不同的控制方法即当 DPK/DVK0 表明系统工作在最大功率点左侧且靠近最大功率点处,此时采用小步长扰动观察法进行控制。
该方法由于使用短路电流法与扰动观测法的结合,在外界环境变化较小时在最大功率点附近扰动步长较小,因此功率振荡现象基本消除,在外界环境变化较快时又能根据短路电流法使其工作点快速到达最大功率点附近,但该方法实现起来有一定难度。
由图 1、2 知在最大功率点处有唯一的最大功率点,则有dp/du=0,而在最大功率点两端均不为 0,可以令 step=N ×|dp/du|作为算法中每步步长数据,通过设置合适的 N,提高系统的控制精度,其中的 dp/du 为一个自调整因子,当工作点偏离最大功率点稍远时,dp/du 随之增大,以较大步长调整工作点电压,当工作点与最大功率点接近时,其随之减小,以较小的步长调整工作点电压,从而提高了最大功率点的跟踪精度。如果光照强度变化比较快,相对而言光伏电池表面温度的变化是缓慢的,假设光伏电池表面的温度在短时间内保持不变,而在工作点电压不变的情况下,光伏阵列的输出电流与光照强度近似为线性关系,在系统设计中,另外增加一个电流检测回路,当电流增量到达一定值即 Di>
e 时 (e 为一给定值,非负值)说明光照强度发生了较大变化,此时马上调整控制策略,由文中提到的开路电压法知道,光伏阵列最大功率点电压约为开路电压的 76%,则可以调整的策略是检测开路电压 U1,使输出电压 U=76%U1,从而使工作点快速转到 MPP附近,实现功率点的快速跟踪,当光照稳定,电流变化较小的时候,则进入之前说的变步长电导增量法模式,精确的跟踪最大功率点,该算法能够很好的解决最大功率点中跟踪精度与跟踪速度之间的矛盾,但是该算法在实现的过程中对硬件的要求特别是传感器的要求较高,并且在实现过程中难度较大。
文中对光伏阵列的输出特性以及最大功率点原理进行了比较详细的阐述,并在此基础上对一些常用的最大功率点跟踪算法进行了描述,指出其运用中的优缺点。但在实际的工程项目寻找最大功率点的过程中,往往通过改变 DC-DC 电路率开关管的占空比来达到光伏阵列与负载的最佳匹配,从而达到最大功率点跟踪的目的,所以电压电流增量最终都需要转化成占空比的变化量,会增加一定的难度。同样光伏阵列的 P-D 曲线也具有唯一的峰值,可以通过控制功率开关管的占空比而达到最大功率点跟踪的目的,会使实现变得相对简单。文中提到的双步长扰动观察法与迭代比较法在一定的程度上减弱了在最大功率点跟踪过程中跟踪速度与跟踪精度间的矛盾,并易于实现。最后根据各算法各自的优缺点以及为了更好更快地跟踪外部环境不平稳变化下的最大功率点,对一些算法进行了有机的结合。如何将各种最大功率点跟踪控制方法进行有机结合、取长补短,使其更好满足现场实际需求,是今后光伏阵列最大功率点跟踪控制的研究方向。随着太阳能等可再生能源利用的蓬勃发展,光伏阵列最大功率点跟踪技术的实现方法及简化以及跟踪速度和跟踪精度的提高是将来必然的发展趋势。
[1] 王夏楠. 独立光伏发电系统及其 MPPT 的研究[D]. 南京:南京航空航天大学, 2008.