光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率研究分析

1、個(gè)人收集整理-僅供參考光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率研究摘要:采用單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(mppt),著重對(duì)最大功率跟蹤控制中dc2dc變換器地原理和控制方法進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn),采用了升降壓式(buck2boost)dc2dc轉(zhuǎn)換電路3來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤.,該方法電路簡單、軟硬件結(jié)合、控制方法靈活明顯提高了太陽電池充電系統(tǒng)地整機(jī)效率.引言光伏發(fā)電具有資源豐富、無污染、無噪音、維護(hù)簡單地特點(diǎn),應(yīng)用范圍十分廣泛,但是太陽電池地造價(jià)偏高,轉(zhuǎn)換效率還比較低,利用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)提高對(duì)太陽能地利用率,進(jìn)一步降低光伏系統(tǒng)發(fā)電成本是推動(dòng)光伏應(yīng)用地有效途徑之一.b5e2r。1.太陽電池輸出特性及跟蹤原理光伏

2、發(fā)電系統(tǒng)中太陽電池直接將太陽能轉(zhuǎn)變成電能,太陽電池地輸出由多種因素決定,如日照情況、溫度等,在不同地環(huán)境中,太陽電池地輸出曲線是不同地,相應(yīng)地最大功率點(diǎn)也不同.日照越強(qiáng),太陽電池能夠輸出地功率也就越大,而溫度剛好相反,太陽電池本身溫度越高,太陽電池能夠輸出地功率越小.其特性曲線見下圖:p1ean。從圖中可以看出,太陽電池是一種非線性直流電源,最大功率點(diǎn)隨著日照情況和溫度地變化而變化.每條曲線都存在一個(gè)最大功率點(diǎn),這個(gè)功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)唯一地電池輸出電壓.因此,若想盡可能多地利用太陽能,通過調(diào)節(jié)太陽電池地輸出電壓使其趨近最大功率點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)地跟蹤.dxdit。2.最大功率點(diǎn)地跟蹤控制方法用dc

3、2dc變換器可以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)地跟蹤.dc2dc轉(zhuǎn)換電路(也稱為斬波電路或斬波器)是接在直流電源和負(fù)載之間,通過控制電壓將不控地直流輸入變?yōu)榭煽氐刂绷鬏敵龅匾环N變換電路.它被廣泛應(yīng)用于直流開關(guān)電源、逆變系統(tǒng)、通信領(lǐng)域、地鐵、無軌電車等直流電動(dòng)機(jī)地驅(qū)動(dòng)設(shè)備中.rtcrp。圖2升降壓dc-dc轉(zhuǎn)換器原理圖1/7個(gè)人收集整理-僅供參考從工作方式地角,度,dc2dc轉(zhuǎn)換電路可分為升壓、降壓、升降壓和丘克四種其中升壓式和降壓式電路是基本地類型,后面二者可以從前面二者派生出來,而降壓、升壓和升降壓式dc2dc轉(zhuǎn)換電路是比較常用地類型.在實(shí)際使用中用dc2dc變換器實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤有不同地方法,如控制諧振頻

4、率地諧振法、控制dc2dc變換器中開關(guān)管輸入脈沖地占空比等方法.諧振法是利用開關(guān)型電壓逆變器地輸出電壓,通過電感l(wèi)、電容c產(chǎn)生諧振,l上地電壓再通過變壓器和橋式整流向蓄電池充電.該方法可以通過改變工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓和電流,實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤,但線路較復(fù)雜,需用中間變壓器.而我們設(shè)計(jì)將dc2dc變換器接入太陽電池地輸入回路,并對(duì)dc2dc變換器地輸入、輸出電壓和電流測量結(jié)果通過單片機(jī)地分析運(yùn)算,由單片機(jī)輸出pwm脈沖調(diào)節(jié)dc2dc轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開關(guān)管地占空比來控制太陽電池地輸出電流,從而使蓄電池電壓保持恒定.同時(shí)通過控制開關(guān)管地占空比也可調(diào)節(jié)太陽電池輸出.由于采用了升降壓式(buck2boost

5、)dc2dc轉(zhuǎn)換電路3來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤,所以該方法電路簡單、軟硬件結(jié)合、控制方法靈活.5pczv。3.升降壓式(buck-boost)dc-dc變換電路升降壓式dc2dc轉(zhuǎn)換電路原理如圖2下圖為q1處于導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)地等效原理圖.圖3(a)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)地等效原理圖;(b)開關(guān)截止時(shí)地等效原理圖在開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),電源給電感充電,l上地電流逐漸增大;在開關(guān)截止時(shí),電感放電,l上地電流逐漸減少.jlbhr。4.dc-dc轉(zhuǎn)換電路地系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)2/7個(gè)人收集整理-僅供參考圖4實(shí)際dc-dc轉(zhuǎn)換電路等效圖根據(jù)上面地介紹,可以看出:限制蓄電池充電電壓范圍非常方便,只要根據(jù)輸入電壓,通過調(diào)節(jié)開關(guān)地占

6、空比就可以完成.對(duì)于固定地外界條件,太陽電池地輸出i2v曲線是固定地.相對(duì)于不同地工作點(diǎn),太陽電池有不同地輸出.換句話說,只要能夠調(diào)節(jié)外電路地等效電阻,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽電池輸出地調(diào)節(jié).將實(shí)際地dc2dc轉(zhuǎn)換電路等效為串聯(lián)著一個(gè)等效電阻地理想dc2dc轉(zhuǎn)換電路,并將后接電路地電阻等效為ro,如下圖.假設(shè)轉(zhuǎn)換電路地效率為g,理想dc2dc轉(zhuǎn)換電路地輸出電壓比輸入電壓為k.xhaqx。由于電容不影響直流工作情況,因此轉(zhuǎn)換電路地等效電阻req認(rèn)為是電路中電感、開關(guān)和二極管地等效電阻rleq、rseq、rdeq之和.其中,is為場效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)通過場效應(yīng)管地電流,ks為一個(gè)比例因數(shù),voff為場效應(yīng)管截止

7、時(shí)源漏兩端地電壓,t為場效應(yīng)管開啟時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間之和,ts為場效應(yīng)管地工作周期,rd為二極管地等效正向電阻,id為二極管導(dǎo)通時(shí)地正向電流.ldayt。從上中可以看出,電路中電感、開關(guān)和二極管地等效電阻rleq、rseq、rdeq與具體轉(zhuǎn)換電路有關(guān).可以認(rèn)為,對(duì)于參數(shù)固定地電路,等效電阻req只與占空比d有關(guān).也就是說,完全可以通過調(diào)整場效應(yīng)管地占空比來調(diào)節(jié)降壓式轉(zhuǎn)換電路地等效電阻.實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽電池輸出電壓地調(diào)節(jié)也是通過調(diào)整開關(guān)地占空比.這樣,只要調(diào)整開關(guān)地占空比,就可以實(shí)現(xiàn)dc2dc轉(zhuǎn)換電路地兩個(gè)功能.zzz6z。5.dc2dc轉(zhuǎn)換電路地硬件實(shí)現(xiàn)在實(shí)際系統(tǒng)中,由于太陽電池地輸出電壓變化范圍較大,

8、而且考慮到所用元件地?cái)?shù)目,采用地升降壓式(buck2boost)dc2dc轉(zhuǎn)換電路如下所示:dvzfv。圖5實(shí)際dc-dc轉(zhuǎn)換電路原理圖圖6主程序流程圖3/7個(gè)人收集整理-僅供參考電路中,除了組成主電路地場效應(yīng)管、電感、電容和二極管之外,還在場效應(yīng)管地源漏兩端跨接了兩個(gè)電容,它們主要起到為輸入端濾波地作用.由于升降壓式dc2dc轉(zhuǎn)換電路地輸出電壓與輸入電壓極性相反,因此電路中將輸入電壓地極性顛倒了.rqyn1。6.單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制,需要測量太陽電池和dc2dc轉(zhuǎn)換電路輸出地電壓和電流,再通過a/d轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)經(jīng)分析運(yùn)算后輸出pwm脈沖控制dc2dc轉(zhuǎn)換電路中地開關(guān)

9、管.本文設(shè)計(jì)地系統(tǒng)中,對(duì)太陽電池輸出電壓和dc2dc轉(zhuǎn)換電路輸出電壓地測量,都選用了高性能差動(dòng)放大器.在對(duì)dc2dc轉(zhuǎn)換電路輸出電流進(jìn)行測量時(shí),采用測量取樣電阻兩端電壓地方法,運(yùn)放則選用高電壓可編程增益差動(dòng)放大器.該集成放大器地差動(dòng)增益由外部電路設(shè)置.單片機(jī)選用avr系統(tǒng)單片機(jī)attiny15l4.該單片機(jī)具有4通道10位a/d轉(zhuǎn)換、頻率150khz、8位高速pwm輸出口.emxvx。程序部分attiny15l在對(duì)測量出來地電壓和電流進(jìn)行計(jì)算時(shí),需要自行編制乘法、除法子程序.由于dc2dc轉(zhuǎn)換是通過單片機(jī)輸出地pwm控制開關(guān)器管實(shí)現(xiàn)地,因此在程序中最終是對(duì)pwm輸出地占空比進(jìn)行調(diào)節(jié).主程序地流

10、程:sixe2。實(shí)際上,pwm輸出不能無休止地調(diào)節(jié),因太陽電池地輸出有時(shí)很小,甚至沒有輸出,但系統(tǒng)卻一直耗用蓄電池地能量.所以當(dāng)太陽電池地輸出小到一定程度,系統(tǒng)應(yīng)停止工作,直到太陽電池地輸出恢復(fù)到一定值,再繼續(xù)工作.6ewmy。7.實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證效果,采用與直接充電法實(shí)驗(yàn)對(duì)比地方案,在太陽電池組件數(shù)量、日照等環(huán)境條件都相同地.情況下進(jìn)行充電比較.如圖:4/7個(gè)人收集整理-僅供參考圖7實(shí)驗(yàn)對(duì)比方案結(jié)構(gòu)圖兩個(gè)太陽電池組各用四塊64w、工作電壓16.5v地柔性襯底非晶電池兩串兩并,開路電壓42.9v.一路經(jīng)帶有本文設(shè)計(jì)地mppt充電器接蓄電池組,另一路經(jīng)沒有mppt地充電控制器連接蓄電池組,各串一電流

11、表,蓄電池組為兩個(gè)12v、54ah串聯(lián),當(dāng)日晴天多云,照度表測得光照度范圍613.4萬lux.kavu4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用mppt(升降壓式dc2dc轉(zhuǎn)換電路)后,太陽電池輸出功率地利用率得到明顯提高.y6v3a。6結(jié)論在不同地最大功率點(diǎn)跟蹤地方法中,筆者認(rèn)為dc2dc轉(zhuǎn)換電路方法簡單,實(shí)用性強(qiáng),效果明顯.由于采用單片機(jī)控制,能較準(zhǔn)確跟蹤太陽電池地最大功率點(diǎn),目前最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)一般用在較大地光伏系統(tǒng)或電站.隨著科技地進(jìn)步和光伏市場地發(fā)展,為了有效地利用太陽能,最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)必將在光伏系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用,將會(huì)取得較大地經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益.m2ub6。版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)

12、計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理.版權(quán)為個(gè)人所有thisarticleincludessomeparts,includingtext,pictures,anddesign.copyrightispersonalownership.0yujc。用戶可將本文地內(nèi)容或服務(wù)用于個(gè)人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時(shí)應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律地規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人地合法權(quán)利.除此以外，將本5/7個(gè)人收集整理-僅供參考文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時(shí)，須征得本人及相關(guān)權(quán)利人地書面許可，并支付報(bào)酬.euts8。usersmayusethecontentsorservicesofthisa

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