带蓄电池的光伏系统中MPPT充电效果理论分析(20180814100242)

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net文章编号 : 025420096( 2006) 1221196206带蓄电池的光伏系统中 MPPT 充电效果理论分析收稿日期 : 2005208213基金项目 : 2004年国家十五攻关项目 (2004BA411A09;2004BA411A19)陈 维 1 ,2 ,3 , 沈 辉 3(11 中国科学院广州能源研究所 , 广州 510070; 21中国科技大学 , 合肥 230026;31 中山大学太阳能系统研究所 , 广州 510275)摘 要 : 通过对太阳电池组件平面辐照 、 太阳电池组件特性以及蓄电池负载数学模型计算 ,分别对北京和广州地区两种典型气候条件下应用 MPPT 与直接耦合方式的输出情况进行比较和研究 ,发现在广州地区 MPPT 的应用意义不大 ,而在北京地区冬季则能够明显增加太阳电池组件的输出 。 在带蓄电池的光伏系统中影响 MPPT 控制器发挥效能的因素被分析和研究 ,要综合当地全年气温变化 、 负载状况 、 经济性以及可靠性等多方面考虑 MPPT 的应用 。关键词 : 光伏系统 ;蓄电池 ;最大功率跟踪 ;匹配性能中图分类号 : TK512 文献标识码 : A0 前 言在光伏系统中都希望太阳电池在同样的日照、温度条件下输出尽可能多的电能 ,这也就是理论和实践上提出太阳电池最大功率跟踪的必要性 。目前MPPT技术一般用在大型光伏电站 ,尤其适用并网发电系统 。 由于 MPPT控制器的采用可以降低光伏系统的太阳电池组件配置功率 ,从而降低系统成本 ,使其性能价格比得到有效提高 ,因此 MPPT 技术必将在光伏系统中得到广泛应用 。如图 1 所示 ,常用光伏系统设计中 ,蓄电池充电曲线在光伏电池性能曲线最大功率点附近 , 因此一图 1 蓄电池充电时 I2V 曲线Fig11 Charging characteristic of storage battery般都没有设置 MPPT 电路 ,而由太阳电池直接给蓄电池充电 。 由图 2 所示 ,太阳电池的工作电压随着温度升高而下降 ,而蓄电池的充放电电压随充电电流升高而增加 , 在太阳电池组件中为了保证夏天高温天气能对蓄电池正常充电 ,组件的标准峰值工作电压一般比较大 ,从而使太阳电池通常有较大一段图 2 太阳电池组件在不同温度下的 I2V 曲线Fig12 I2V curve of solar module with different temperature第 27 卷 第 12 期2006 年 12 月太 阳 能 学 报ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAVol127 , No112Dec. ,2006? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net区间没有真正工作在最大功率点 ,造成太阳电池以及蓄电池配置容量增加 ,增大了光伏系统的成本 。采用 MPPT控制技术在温差变化较大的场合 ,特别是对于冬 、 夏以及全日温差较大的地区有明显的技术意义 。 MPPT跟踪可以挽回由于温度变化而导致的系统失配损失 ,能有效提高太阳电池的输出 。然而 ,MPPT电路也要消耗一部分电能 ,存在转换效率的问题 ,在使用 MPPT增大对蓄电池充电时 ,必须使增加的能量大于 MPPT自身损耗的能量 ,否则采用MPPT就失去意义。 本文通过数学模型模拟计算的方法 ,对在北京和广州地区两种典型气候条件下采用MPPT的效果进行了理论分析。1 计算模型111 倾斜面辐照模型太阳电池组件每小时的发电量由组件平面上每小时接受到的平均光强、 环境温度和组件特性以及负载特性决定 。 由于太阳电池方阵通常与地面成一定倾角安装 ,在计算太阳电池组件每小时的输出时 ,需要将水平面上实测的辐射强度数据折算到组件平面上的相应值 。 Hay[1 ] 的天空散射各向异性模型常用于此目的 ,其表达式为 :HT = HB RB + HD [ RB HBΠ H0 + 015 (1 - HBΠ H0)(1 + cosβ ) ] + 015ρ H (1 - cosβ ) (1)RB = cosθ iΠ cosθ z入射角 :θ i = cos- 1 [cosθ z cosβ + sinθ z sinβ cos(γ s - γ ) [2 ]天顶角 :θ z = cos- 1 [ sinδ sin< + cosδ cos