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MPPT

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  • 发布时间:2015/8/23 14:43:54
  • 作者:银河电气
定义
MPPT(最大功率点跟踪Maximum Power Point Tracking)系统是一种通过调节电气模块的工作状态,使光伏板能够输出更多电能的电气系统,是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。
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MPPT控制器与传统太阳能充放电控制器的比较

  传统太阳能充放电控制器在充电时直接把太阳能阵列连接到蓄电池。这就要求太阳能阵列在通常低于Vmp电压范围内运行。以12V系统为例,蓄电池电压范围通常是11-15V,但太阳能阵列的Vmp电压通常是大约16-17V。

12V太阳能电池I-V曲线及P-V曲线

  12V太阳能电池I-V曲线及P-V曲线

  太阳能光伏阵列最大功率点电压Vmpp是输出功率最大时的电压,它在太阳能光伏阵列I-V曲线图中的转折处(如图)。而传统太阳能充放电控制器并不总是在太阳能光伏阵列Vmpp时运作,这样能量就被浪费了,这些能量本来是可以用来为蓄电池充电并给系统负荷提供电力的。蓄电池电压和太阳能光伏阵列的Vmpp之间的差异越大,能量被浪费的也就越多。

  而且最大功率点主要受环境温度和太阳光强的影响。在太阳光强不变的情况下,温度越高,光伏电池的开路电压降低,最大输出功率随之降低。当温度不变,太阳光强增加时,光伏电池的开路电压基本不变,但短路电流大幅增加,最大输出功率也大幅增加。

  如此一来,传统太阳能充放电控制器就不能精准的捕捉到最大功率点,而MPPT通过其运算方法自行捕捉并始终在最大功率点运行,与传统太阳能充放电控制器相比减少了能源浪费。

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MPPT控制器的工作原理

  MPPT的控制方法根据选择的算法来实现,MPPT算法主要有三种:扰动观察法、电导增量法和恒定电压法。前两种方法通常被称作"爬山"法,因为它们利用这样一个事实:最大功率点左侧曲线不断上升(dP/dV>0)而最大功率点右侧曲线不断下降(dP/dV<0)。

  扰动观察法(P&O)最为常见。该算法以特定方向对工作电压进行微扰,然后对dP/dV进行采样。如果dP/dV为正,则算法知道其朝MPP方向调节了电压。然后,继续以该方向调节电压,直到dP/dV为负。P&O算法很容易实施,但有时它们会导致稳定状态运行的MPP周围出现振荡。另外,在快速变化的空气条件下,它们的响应时间较长,甚至会在错误的方向追踪。

  电导增量(INC)法使用PV阵列的增量电导dI/dV来计算dP/dV的符号。相比P&O,INC快速追踪变化的光照条件更加准确。然而,INC算法也产生振荡,并会在快速变化的空气条件影响下变得混乱不清。另一个缺点是,其高复杂性增加了计算时间,并降低了采样频率。

  第三种方法是恒定电压法,其利用这样一个事实:一般而言,Vmpp(最大功率点电压)/Voc(开路电压)的比约等于0.76。这种方法所出现的问题在于它要求立刻设置光伏阵列电流为0来测量阵列的开路电压。这样,阵列的工作电压便被设置为这一测量值的76%。但是,在这期间,阵列被断开,浪费掉了有效能源。同时还发现,76%开电路电压是一个非常接近值的同时,它却并非总是与最大功率点一致。

  由于没有一个能够成功地满足所有常用情景要求的MPPT算法,因此许多设计人员都会走一些弯路,它们对系统进行环境条件评估然后选择最佳的算法。实际上,有许多MPPT算法可以用,并且太阳能板厂商提供其自己的算法也很常见。

  对于一些廉价的控制器来说,执行MPPT算法会是一项难以完成的任务。因为,除微控制单元的正常控制功能以外,算法还要求这些控制器拥有高性能的计算能力。先进的32位实时微控制器就适用于众多太阳能应用。

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MPPT控制器的未来趋势

  MPPT控制器可以智能调节太阳能发电板的工作电压,使太阳能板始终工作在I-V特性工作曲线的最大功率点,比较传统太阳能充放电控制器对太阳能电池板发电功率的利用率提高了10-30%,对光伏系统的稳定高效工作起到了至关重要的作用,这也是MPPT取代传统太阳能充放电控制器的必然性,然而MPPT算法的改进,提高系统的效率和可靠性也将是MPPT以后的研究重点。


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