文摘

摘要提出了一种新的最大功率点跟踪翻译(MPPT)方法基于测量温度和短路电流,在一个简单而有效的方法。这些测量,精确定义最大功率点(MPP),没有在其他现有技术一起使用。用低成本传感器测量温度和太阳辐照度估计通过测量短路电流的关系和参考。跟踪速度快和稳定的稳态操作这种技术的优点,提出了更高的性能相比其他知名的技术。

1。介绍

可再生能源的使用是一种趋势。可再生能源的主要来源是风能和太阳能资源。第一取决于风力涡轮机的运动,这限制了其应用到特定的地理区域,风是常数(1]。太阳能能源主要依赖于阳光,这是地球上丰富并提供约63太瓦的电力,每日(2]。

光伏系统是一个有趣的替代能源。然而,阻碍其推广的成本安装(3]和光电转换效率较低,平均约13%至18% (3,4]。由于其低性能,有必要提取所有可用的光伏模块的能量。

鉴于光伏模块的建模包括电流与电压曲线的分析。这个特性是非线性的,最大功率点(MPP)与太阳辐照度和温度变化。

在这种情况下,找到一个合适的MPP通常是一个艰巨的任务,可以进行最大功率点跟踪翻译(MPPT)系统。

MPPT系统修改光伏模块的电流和电压,使其在MPP操作。在这一点上,光伏模块的电流和电压的乘积最大,如图1。

任何不同的点在这些曲线会导致模块操作低于其最大力量。确保MPP维持在任何温度和辐照度条件下,MPPT技术用于定义的操作点光伏模块。

2。MPPT方法

有几种技术实现MPP,这在某些方面不同,如在线或离线方法,搜索技术、基于人工智能的方法,和基于模型或模范自由方法(5- - - - - -11]。

在线方法需要连续采样的系统变量,来更新光伏模块的测量,因此,边际产量。离线技术简单,操作点是预定义的具体情况,没有系统数据更新(8]。

搜索技术使用系统干扰找到最大功率点。从干扰结果,输出功率是参数定义MPP [12]。

基于人工智能的方法使用复杂的数学模型和系统要求高计算的努力,获得一个准确和可靠的模型曲线。系统建模允许MPP高精度水平的测定(7]。

基于模型的方法需要系统参数,如内部电阻和电流和电压的最大值在标准测试条件(STC),追踪MPP。另一方面,模范自由系统建立MPP光伏模块输出的测量(11]。

图2展示了六个翻译不同的MPPT方法的框图表示。翻译前五MPPT方法在文献[12- - - - - -20.最后一个是该方法。在恒定电压法6,15),建立了电压在MPP STC) ()和光伏模块的电压()这个值相比,通过

责任周期输出()电压误差的结果()和参考信号(锯齿波)的比较。

温度梯度技术(16,17)使用PV模块温度()修改根据电压/温度系数(),见(2)。的系数根据不同模块的类型及其制造过程(12]:

另一个普遍的方法是开路电压(14,18]。该方法使用开路电压()来估计MPP的常数(在0.7和0.8之间),这是相关的。这可以观察到

一个相似的技巧是短路电流(19,20.)这样的参数()是相对于输出电流(通过一个常数(0.7 - 0.95),导致MPP收敛。这种关系提出了

扰乱和观察(P&O)是另一种方法被广泛使用在商业系统12,13]。它是通过周期性地改变工作周期()的直流-直流转换器,比较前()和()输出功率,指示是否应增加或减少达到MPP,据吗

如果某种扰动导致输出功率的增加(或减少),下面的扰动方向相同(或相反)。在这种方式中,P&O不断寻求MPP [12]。

本文提出了集成与测试方法,一个新的翻译技术MPPT。它使用两个变量,短路电流和温度,没有在其他现有技术同时使用。这些变量的影响直接关系到光伏模块上的辐照度和温度特性。辐照度的测量是一个重要的任务,这是一个日射强度计传感器来完成(21]。然而,它的成本几乎是一百倍电压/电流传感器。为了克服这个缺点,在辐照度是评价集成与测试方法,通过测量短路电流的关系及其引用在标准电话。这种方法使用低成本的传感器来测量温度和电流,边际产量的准确定义。

3所示。光伏模块

硅光伏电池的工作原理是来自太阳的能量转换,特定波长的(从300纳米到1100纳米),到当前的(22]。光伏模块是由半导体的光敏感,产生从太阳辐射能量4]。

光伏模块的电路模型如图3。还有其他模型的文献;然而,本文中使用的一个简单的和具有满意的性能11]。

的发病率的细胞产生的电荷载体产生photogenerated电流。PN结的反向饱和电流。系列()和分流器()抗性代表的总和几个结构抗性和PN结上的漏电流的影响,取决于光伏电池的制造方法(23]。

输出电流的建模在图的电路3结果 在哪里是光伏模块电压,是测量温度,是电子电荷(1,6×10⁻¹⁹C),PN结理想因素,玻耳兹曼常量(1,38×10⁻²³J / K)。

为了分析光伏模块的行为,(6)在MATLAB / Simulink仿真建模及其参数调整的京瓷KS-10模块,提出了表1。

电流与电压曲线,比较数据表点和模拟数据,数据所示4和5。从这些数字中可以观察仿真结果非常类似的光伏模块数据表(24]。这些曲线接近数据表点,尤其是当没有温度变化。

自从photogenerated电流温度和辐照度的函数,(6)可以写成 在哪里短路电流的参考,电流对温度的敏感性,温度在STC (25°C),是测量辐照度,是发光的引用(1000 W / m²)。

方程(7)模型的行为PV模块,它直接受辐照度和温度的影响。一般来说,随着辐照度增加光伏功率的增加,同时增加温度导致光伏功率降低(11),我们可以看到数据6和7。

根据观察到的特征方程,上述变量的依赖在MPP可以评估。该方法由Moradi et al。11)可以提取更高的权力如果相比其他方法。它使用估计MPP的辐照度传感器,具有高成本(21),与电流传感器的成本相比,并防止其使用与大量的模块系统。考虑这样的限制,一个全新的、简单的方法来定义MPP提出。

4所示。提出了集成与测试方法

这种方法是基于测量温度和辐照度估计通过测量短路电流之间的关系短路电流与参考。短路电流成正比的辐照度(19]。

此外,温度测量有助于提高数学模型的准确性。基于的分析(7)和上述参数,我们可以得出以下几点:

有必要定义输出电压为了使用(8)作为控制系统变量。几种方法来建立这个电压,直接影响MPP,进行评估(5,7,11,23]。中定义的开路电压(5)是这个电压水平估计的最佳方式。因此,(9)可以替代(8),负责评估MPP的方法:

该方法的控制变量是最大功率点电流用(9)。输出电流连续测量,其值相比。

5。结果

集成与测试方法非常简单的流程图,图中可以看到8。两个引用变量必须定义:温度变化(和光伏输出电流变化)。建立了1°C,考虑到细微变化不会大幅修改操作点。同样发生在设定在马6,导致模块断开负载来衡量只有当操作条件有一个相当大的变化。

流程图,系统初始化后,参数是定义使用(9)和光伏模块电流是测量。验证如果这些电流超过参考变化之间的区别。肯定的情况下,这意味着一个重大变化的操作条件,短路电流和温度和一个新值,测量吗建立了。否则,一个新的温度测量值。新之间的区别和以前的温度的值进行比较。如果大于的区别,一个新的计算。另一方面,前一个值是维护。

目前光伏模块定期取样1 kHz频率(5,9,11,25),来验证任何改变操作条件和确定应该是测量。它有效地发生如果操作条件变化明显。监控是必要的,以避免不必要的损失(6]。

光伏系统由单个KS-10模块与巴克直流-直流转换器在MATLAB / Simulink仿真模拟。图中给出的系统及其参数9。

两组的测试进行了核实翻译六MPPT方法的性能,有关辐照度和温度变化。在第一个测试中,温度保持不变在45°C和辐照度变化从100 W / 1000 m²W / m²,为了评估系统的稳态行为(5]。结果如图所示10。

从图10可以看出,最高效率的方法是集成与测试,P&O,分别和温度梯度。效率值表明一个好的近似MPP的稳定状态。

仔细看看图的仿真结果10,从翻译六MPPT方法,获得关于光伏输出功率对时间,1000 W / m²的情况和45°C,如图11。

在1000 W / m²的条件和45°C可以观察到在MPP系统与较小的振荡,在这个秩序,I&T,短路电流和开路电压。尽管在MPP低振荡,如图11,短路电流和开路电压方法的平均效率低于其他方法,如图10。这主要是因为需要周期性的采样和断开电路的参数测量。

其他四个情况也被评估:标准测试条件(1000 W / m², 25°C);一步改变辐照度(500 W / 1000 W / m²m²);温度的阶跃变化(从65°C到25°C);最后,两步辐照度和温度的变化。结果呈现在图12。

该方法集成与测试图的效率12是最高,与其他方法相比,在所有的情况。它表明这个方法是合适的情况下大修改的辐照度和温度。

图的跟踪效率进行了分析13的情况下两步辐照度和温度发生变化(500 W / 1000 W / m²m², 65°C到25°C)。每个方法的输出功率是图形与最大功率(虚线)。

从结果,提出了在数字10来13,可以注意到,减少数量的传感器的使用方法,如恒压和温度梯度,有翻译,直接影响MPPT效率,尤其是在低照度水平。开路电压和短路电流方法进行定期抽样光伏模块的参数。这些方法存在相当大的权力损失断开电路测量的需要,以及操作在较低功率点之间的样品(6,14]。P&O方法效率高。然而,输出功率振荡在MPP稳态条件和技术是不足够的太阳能辐照度的突然变化时(6,12]。此外,它需要更大的计算工作,因为提取功率应该是连续计算。

提出的集成与测试方法有最高的效率在所有评估方法,见图10来13,不需要很高的计算工作或使用昂贵和复杂的传感器。此外,它提供了低纹波在稳态条件和跟踪速度快,可以观察到在图13。

此外,通过比较结果在图的集成与测试方法10高效TSSE方法被克里斯蒂马诺拉杰和埃比尼泽Jeyakumar [5),前者提供了改进的性能在60%的情况下,特别是在高辐照度水平,我们可以看到在桌子上2。

6。结论

翻译这项工作提出了一个新的MPPT方法相比,其性能优于其他方法。该方法措施PV估计温度和辐照度通过测量短路电流的关系和引用在标准电话,辐照度成正比变化,精确地定义了边际产量。

稳定的稳态操作和减少计算工作是这种方法的附加功能,它允许硬件成本较低。集成与测试方法,根据仿真结果,可以提取99.85%以上的可用功率。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

作者要感谢斗篷(的协调提高高等教育水平)对金融支持这项工作。