本發(fā)明涉及一種光伏電池
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是一種光伏太陽能電池的優(yōu)化分析方法。
背景技術(shù)：
：光伏發(fā)電在日常生產(chǎn)生活應(yīng)用得越來越廣泛。太陽能電池是光伏發(fā)電的基本組件。太陽能電池的可發(fā)電量受太陽光輻照度和溫度的影響，輻照度越強(qiáng)，可發(fā)電量越大，溫度越低可發(fā)電量也越大。在輻照度和溫度一定時(shí)，太陽能電池實(shí)際輸出電量，與其輸出的電壓或電流密切相關(guān)。因此，在太陽能電池工作時(shí)，需要讓工作于特定的電壓或電流的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)點(diǎn)成為太陽能電池的最大功率點(diǎn)(MPP)。實(shí)際工作中，太陽能電池所處的光輻照度和溫度一直在動態(tài)變化，因此其最大功率點(diǎn)也一直變化。為了讓太陽能電池的實(shí)際輸出電量接近于可發(fā)電量，需要一直追蹤最大功率點(diǎn)，此算法成為最大功率點(diǎn)追蹤算法(MPPT)。最簡單的方法太陽能電池通過二極管和儲能單元(如電池或超級電容)相連。通過這種方式，太陽能電池的工作狀態(tài)由儲能單元的電壓決定，有時(shí)離其最大功率點(diǎn)差異很大，這種方式所獲取能量甚至可以比MPP低35％。開路電壓比例法是眾多MPPT算法最簡單的經(jīng)典算法，該算法認(rèn)為太陽能電池最大功率點(diǎn)時(shí)電壓與其開路電壓(即無電流輸出)成固定的比例關(guān)系，VMPP≈KFOC*Voc，KFOC取值0.71-0.78。這是一種開環(huán)控制算法。該算法需要預(yù)先設(shè)置太陽能電池的電壓參數(shù)，缺點(diǎn)是無法在輻照度和溫度所有變化范圍內(nèi)都獲得同樣高的最大功率點(diǎn)跟蹤效率。一些研究者根據(jù)太陽能電池的輸出電壓電流特性，測量最大功率點(diǎn)附近的幾個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的電壓電流，利用最大功率點(diǎn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式求出最大功率點(diǎn)，可以在不影響太陽能電池正常工作的前提下實(shí)時(shí)快速的完成MPPT。此方法計(jì)算量較大，要求配置運(yùn)算能力強(qiáng)的DSP或微處理器。還有一些方法研究了太陽能電池在不同光照和溫度條件下最大功率點(diǎn)的相互關(guān)系，并用直線來擬合表達(dá)。對特定的太陽能電池，依據(jù)其在某一種條件下的最大功率點(diǎn)特性，可以推算出其他條件下的最大功率點(diǎn)的電壓電流關(guān)系。此方法計(jì)算量較小，可用簡單的MCU來實(shí)現(xiàn)，也可用純模擬電路實(shí)現(xiàn)。該方法在已知溫度下采用一條直線擬合不同光照下的最大功率點(diǎn)電壓電流關(guān)系，其他溫度下的擬合直線則由這條直線推算得到，然而在低輻照度下實(shí)際特性并非直線，因此誤差較大。相關(guān)參考文獻(xiàn)如下所示：[1]趙爭鳴,劉建政,孫曉瑛.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.[2]王宏華.光伏發(fā)電原理及發(fā)展現(xiàn)狀[J].機(jī)械制造與自動化,2010,4:186-189.[3]艾欣,韓曉男,孫英云.光伏發(fā)電并網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)代電力,2013,1:1-7.[4]陳自祥,吳家濤.光伏發(fā)電在中國的發(fā)展現(xiàn)狀和前景淺析[J].科技視界,2012,35:196.[5]侯巖.全球光伏電池的生產(chǎn)趨勢及市場分析[J].電源技術(shù),2011,35(3):338-341.[6]蔡宣三.太陽能光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].電力電子,2007,2:3-6.[7]野村弘,藤原憲一郎,吉田正伸.使用PSIM學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2009.[8]T.Esram,P.L.Chapman.Comparisonofphotovoltaicarraymaximumpowerpointtrackingtechniques[J].IEEETransactionsonEnergyConversion,2007,22:439-449.[9]D.Dondi,D.BrunelliandL.Benini.Photovoltaiccellmodelingforsolarenergypoweredsensornetworks[C].TheSecondIEEEInternationalWorkshoponAdvancesinSensorsandInterfaces,2007,105-110.[10]A.Pandey,N.DasguptaandA.K.Mukerjee.Asimplesingle-sensorMPPTsolution[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2007,22(2):698-700.[11]W.Li,Y.ZhengandW.Li.AsmartandsimplePVchargerforportableapplications[C].2010Twenty-fifthAnnualIEEEAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition.2010:2080-2084.[12]G.J.Yu,Y.S.JungandI.Choi.Anoveltwo-modeMPPTcontrolalgorithmbasedoncomparativestudyofexistingalgorithms[C].ConferenceRecordoftheTwenty-NinthIEEEofPhotovoltaicSpecialistsConference,2002:1531-1534.[13]R.Faranda,S.LevaandV.Maugeri.EnergycomparisonofMPPTtechniquesforPVsystems[J].WSEASTransactionsonPowerSystems,2008,3(6):9:1-6.[14]F.J.Toledo,J.M.Blanes,A.Garrigos.Analyticalresolutionoftheelectricalfour-parametersmodelofaphotovoltaicmoduleusingsmallperturbationaroundtheoperatingpoint[J].RenewEnergy,2012,43:83-89.[15]J.E.M.Blanes,F.J.ToledoandS.Montero.In-sitereal-timephotovoltaicI-Vcurvesandmaximumpowerpointestimator[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2013,28(3):1234-1240.[16]V.V.R.Scarpa,S.BusoandG.Spiazzi.Low-complexityMPPTtechniqueexploitingthePVmoduleMPPlocuscharacterization[J].IEEETransactionsonInductrialElectronics,2009,56(5):1531-1538.[17]M.Park,I.K.Yu.AstudyontheoptimalvoltageforMPPTobtainedbysurfacetemperatureofsolarcell[C].30thAnnualConferenceofIEEEIndustrialElectronicsSociety,2004,3:2040-2045.技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種折線擬合求太陽能電池最大功率點(diǎn)方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。一種折線擬合求太陽能電池最大功率點(diǎn)方法，首先建立數(shù)學(xué)分析模型：然后依據(jù)上述公式擬合計(jì)算得到不同溫度下的多條最大功率點(diǎn)參考線系數(shù)，最后在不同溫度下分別測量目標(biāo)太陽能電池輸出的電流IOUT、電壓VOUT,代入公式(1)進(jìn)行計(jì)算并上下調(diào)整直至得到不同溫度條件下目標(biāo)太陽能電池的最大功率點(diǎn)追蹤。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，該方法包含以下步驟：A、分析模型的建立：太陽能電池在不同溫度下的最大功率點(diǎn)參考線并非直線，分割點(diǎn)PT兩側(cè)的最大功率點(diǎn)參考線分別用LH和LL表示，分別用一條直線來擬合表示LH和LL，建立如下數(shù)學(xué)表達(dá)式模型：其中，V、I分別為太陽能電池的輸出電壓和電流，Vmpp為最大功率點(diǎn)電壓，a、b、c、d為直線擬合系數(shù)，at、ct、b0、d0、VPT為特定溫度下的常數(shù)，T為溫度；B、數(shù)學(xué)擬合方法進(jìn)行系數(shù)求解：B-1、將太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的開路電壓、短路電流、溫度系數(shù)輸入到太陽能電池模擬軟件中，建立一塊模擬的太陽能電池；B-2、計(jì)算太陽能電池在不同輻照度和溫度下的輸出特性；B-3、利用太陽能電池模擬軟件計(jì)算得到不同溫度和不同輻照度條件下太陽能電池輸出特性及其太陽能電池的最大功率點(diǎn)；B-4、將最大功率點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制到一張?zhí)柲茈姵氐腎-V特性圖中，擬合得到不同溫度下的最大功率點(diǎn)參考線圖譜；B-5、針對每條最大功率點(diǎn)參考線的數(shù)據(jù)，使用太陽能電池模擬軟件擬合得到式(1)的待求解系數(shù)，得到不同溫度下的多條最大功率點(diǎn)參考線系數(shù)；C、最大功率點(diǎn)追蹤算法：C-1、測量目標(biāo)太陽能電池所處環(huán)境的溫度數(shù)值，從對應(yīng)的最大功率點(diǎn)參考線曲線中得到相應(yīng)的系數(shù)；C-2、測量目標(biāo)太陽能電池輸出的電流IOUT、電壓VOUT,將IOUT代入到公式(1)得到理論的Vcal；C-3、計(jì)算VOUT與Vcal的差值ev，依據(jù)ev的正負(fù)特性，調(diào)節(jié)IOUT的大??；C-4、調(diào)整至ev為0時(shí)，太陽能電池達(dá)到最大功率點(diǎn)，完成該溫度條件下的最大功率點(diǎn)追蹤；C-5、重復(fù)上述過程，完成不同溫度條件下目標(biāo)太陽能電池的最大功率點(diǎn)追蹤。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟B-1中，所述標(biāo)準(zhǔn)溫度采用25℃。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟B-1中，所述開路電壓、短路電流、溫度系數(shù)采用電池生產(chǎn)廠商提供的參數(shù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟B-1中，所述太陽能電池模擬軟件采用PSIM9.3軟件。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟B-2中，采用如下公式計(jì)算太陽能電池在不同輻照度和溫度下的輸出特性：式中，n為理想因子，k為波爾茲曼常數(shù)1.38×10-23J/K，q為電子電荷量1.6×10-19C，T為絕對溫度值，Rs為等效串聯(lián)電阻seriesresistance，RSH為等效并聯(lián)電阻，IL為光生電流，Is為反向飽和電流，Vpv和Ipv分別是太陽能電池輸出電壓和電流。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟C-4中，采用PID調(diào)節(jié)方法使ev趨近于0，完成該溫度條件下的最大功率點(diǎn)追蹤。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明使用折線擬合來擬合表達(dá)太陽能電池在一定溫度下不同光輻照度條件下諸多最大功率點(diǎn)的連線MPPRL，同時(shí)使用數(shù)學(xué)擬合方法求得每條MPPRL的系數(shù)。本發(fā)明提出了使用兩條直線擬合已知溫度時(shí)不同光照下的諸多最大功率點(diǎn)之間的關(guān)系曲線，以提高在低輻照度條件下的擬合精度，可用來實(shí)現(xiàn)高效率的開環(huán)控制MPPT，MPPT控制精度高，計(jì)算量小，可用純電路或嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，使用過程中無需測量太陽輻照度，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉。附圖說明圖1顯示太陽能電池的I-V特性及不同溫度的MPPRL及其折線擬合。圖中可見，在溫度固定的情況下，不同光輻照度下太陽能電池最大功率點(diǎn)的連線在光輻照度高于一定強(qiáng)度后呈近似直線，而光輻照度較弱時(shí)，線性度則較差；太陽能電池最大功率點(diǎn)的連線為最大功率點(diǎn)參考線(MaximPowerPointReferenceLine，MPPRL)，圖中各條虛線即是不同溫度下的MPPRL。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。本發(fā)明所使用的各種原料及各項(xiàng)設(shè)備均為常規(guī)市售產(chǎn)品，均能夠通過市場購買直接獲得。實(shí)施例1一種折線擬合求太陽能電池最大功率點(diǎn)方法，包含以下步驟：A、分析模型的建立：太陽能電池在不同溫度下的最大功率點(diǎn)參考線并非直線，分割點(diǎn)PT兩側(cè)的最大功率點(diǎn)參考線分別用LH和LL表示，分別用一條直線來擬合表示LH和LL，建立如下數(shù)學(xué)表達(dá)式模型：其中，V、I分別為太陽能電池的輸出電壓和電流，Vmpp為最大功率點(diǎn)電壓，a、b、c、d為直線擬合系數(shù)，at、ct、b0、d0、VPT為特定溫度下的常數(shù)，T為溫度；B、數(shù)學(xué)擬合方法進(jìn)行系數(shù)求解：B-1、將太陽能電池在25℃標(biāo)準(zhǔn)溫度下的開路電壓、短路電流、溫度系數(shù)(可由電池生產(chǎn)廠商提供)輸入到太陽能電池模擬軟件PSIM9.3中，建立一塊模擬的太陽能電池；B-2、采用如下公式計(jì)算太陽能電池在不同輻照度和溫度下的輸出特性：式中，n為理想因子，k為波爾茲曼常數(shù)1.38×10-23J/K，q為電子電荷量1.6×10-19C，T為絕對溫度值，Rs為等效串聯(lián)電阻seriesresistance，RSH為等效并聯(lián)電阻，IL為光生電流，Is為反向飽和電流，Vpv和Ipv分別是太陽能電池輸出電壓和電流；為了方便，實(shí)際應(yīng)用中可將此公式集成設(shè)置到太陽能電池模擬軟件中；計(jì)算太陽能電池在不同輻照度和溫度下的輸出特性；B-3、利用太陽能電池模擬軟件計(jì)算得到不同溫度和不同輻照度條件下太陽能電池輸出特性及其太陽能電池的最大功率點(diǎn)；B-4、將最大功率點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制到一張?zhí)柲茈姵氐腎-V特性圖中，擬合得到不同溫度下的最大功率點(diǎn)參考線圖譜；B-5、針對每條最大功率點(diǎn)參考線的數(shù)據(jù)，使用太陽能電池模擬軟件擬合得到式(1)的待求解系數(shù)，得到不同溫度下的多條最大功率點(diǎn)參考線系數(shù)；C、最大功率點(diǎn)追蹤算法：C-1、測量目標(biāo)太陽能電池所處環(huán)境的溫度數(shù)值，從對應(yīng)的最大功率點(diǎn)參考線曲線中得到相應(yīng)的系數(shù)；C-2、測量目標(biāo)太陽能電池輸出的電流IOUT、電壓VOUT,將IOUT代入到公式(1)得到理論的Vcal；C-3、計(jì)算VOUT與Vcal的差值ev，依據(jù)ev的正負(fù)特性，調(diào)節(jié)IOUT的大??；C-4、調(diào)整至ev為0時(shí)，太陽能電池達(dá)到最大功率點(diǎn)，完成該溫度條件下的最大功率點(diǎn)追蹤；實(shí)際應(yīng)用中，可采用PID調(diào)節(jié)方法使ev趨近于0，完成該溫度條件下的最大功率點(diǎn)追蹤；C-5、重復(fù)上述過程，完成不同溫度條件下目標(biāo)太陽能電池的最大功率點(diǎn)追蹤。上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對其技術(shù)方案本身的單一限制條件。當(dāng)前第1頁1 2 3