ITRM20100663A1 - TRACKING SYSTEM OF THE MAXIMUM POWER POINT OF A PHOTOVOLTAIC SOURCE. - Google Patents
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Description
SISTEMA DI INSEGUIMENTO DEL PUNTO DI MASSIMA POTENZA DI MAXIMUM POWER POINT TRACKING SYSTEM OF
UNA SORGENTE FOTOVOLTAICA A PHOTOVOLTAIC SOURCE
La presente invenzione riguarda il settore delle tecniche elettroniche per il monitoraggio delle prestazioni e della massimizzazione della produzione di energia elettrica di una sorgente fotovoltaica, comprendente uno o più pannelli fotovoltaici, ed in particolare fa riferimento ad un sistema di inseguimento del punto di massima potenza di detta sorgente fotovoltaica. The present invention relates to the sector of electronic techniques for monitoring the performance and maximizing the production of electrical energy of a photovoltaic source, comprising one or more photovoltaic panels, and in particular it refers to a tracking system of the maximum power point of called photovoltaic source.
Detto sistema di inseguimento può essere utilizzato sia su impianti fotovoltaici connessi alla rete pubblica di distribuzione della corrente elettrica in corrente alternata (cosiddetti sistemi grid connected) che in quelli non connessi alla rete pubblica di distribuzione della corrente elettrica (cosiddetti sistemi stand-alone) o impianti di produzione elettrica in corrente continua. Said tracking system can be used both on photovoltaic systems connected to the public electricity distribution network in alternating current (so-called grid connected systems) and in those not connected to the public electricity distribution network (so-called stand-alone systems) or direct current electrical production plants.
Come è noto, da una sorgente fotovoltaica è importante ricavare la massima quantità di energia elettrica possibile. As is known, it is important to obtain the maximum amount of electricity possible from a photovoltaic source.
La maggiore produzione di energia elettrica è ottenuta se il punto di lavoro della sorgente fotovoltaica è il punto di massima potenza o MPP (Maximum Power Point). The greatest production of electrical energy is obtained if the operating point of the photovoltaic source is the point of maximum power or MPP (Maximum Power Point).
Il punto di massima potenza, al variare delle condizioni ambientali, in particolare delle condizioni di irraggiamento e/o di temperatura, assume valori diversi. The point of maximum power assumes different values as the environmental conditions vary, in particular the irradiation and / or temperature conditions.
Si pensi alla curva caratteristica correntetensione o curva I-V di un pannello fotovoltaico ottenuta per un determinato valore di irraggiamento e di temperatura. Su detta curva I-V, è possibile individuare il punto di massima potenza tramite le coordinate I, V. Think of the current-voltage characteristic curve or I-V curve of a photovoltaic panel obtained for a given irradiation and temperature value. On said I-V curve, it is possible to identify the point of maximum power through the I, V coordinates.
Fissati un ulteriore valore di irraggiamento e di temperatura, diversi dai precedenti valori, si ottiene una seconda curva I-V, diversa dalla precedente, e pertanto un punto di massima potenza diverso da quello identificato sulla precedente curva I-V. Once a further irradiation and temperature value has been set, different from the previous values, a second I-V curve is obtained, different from the previous one, and therefore a point of maximum power different from that identified on the previous I-V curve.
Ad esempio, se una seconda curva I-V è tracciata per un valore di potenza inferiore a quello della potenza in funzione della quale è stata tracciata una prima curva I-V, il punto di massima potenza individuato su detta seconda curva I-V ha i valori di tensione massima e di corrente massima inferiori a quelli del punto di massima potenza sulla prima curva I-V. For example, if a second I-V curve is plotted for a power value lower than that of the power on the basis of which a first I-V curve has been plotted, the maximum power point identified on said second I-V curve has the maximum voltage values and of maximum current lower than those of the maximum power point on the first I-V curve.
Nei sistemi fotovoltaici connessi alla rete pubblica, la sorgente fotovoltaica è costituita da una o più pannelli fotovoltaici che sono connessi in serie tra loro. In photovoltaic systems connected to the public grid, the photovoltaic source consists of one or more photovoltaic panels which are connected in series with each other.
I pannelli fotovoltaici della sorgente fotovoltaica possono trovarsi in condizione di illuminazione differenti tra loro e, pertanto, a seconda delle condizioni di illuminazione di detti pannelli fotovoltaici, detta sorgente fotovoltaica può essere parzialmente o totalmente ombreggiata. The photovoltaic panels of the photovoltaic source can be in different lighting conditions and, therefore, according to the lighting conditions of said photovoltaic panels, said photovoltaic source can be partially or totally shaded.
Nel caso di ombreggiamento parziale di uno o più pannelli fotovoltaici, la produzione di energia elettrica da parte di detti pannelli è ridotta, mentre nel caso di ombreggiamento totale di uno più pannelli, detti pannelli smettono di generare corrente. In the case of partial shading of one or more photovoltaic panels, the production of electricity by said panels is reduced, while in the case of total shading of one or more panels, said panels stop generating current.
In caso di ombreggiamento parziale della sorgente fotovoltaica, la curva potenza-tensione o curva P-V presenta diversi punti di massima potenza. In case of partial shading of the photovoltaic source, the power-voltage curve or P-V curve has different points of maximum power.
Per produrre la massima quantità di energia elettrica è necessario che il punto di lavoro della sorgente fotovoltaica sia sempre il punto di massima potenza, cioè il punto individuato dalle coordinate V, P sulla curva P-V con il valore di potenza più alto rispetto ai valori di potenza degli altri punti sulla stessa curva P-V. To produce the maximum amount of electrical energy, the operating point of the photovoltaic source must always be the point of maximum power, i.e. the point identified by the coordinates V, P on the P-V curve with the highest power value compared to the power values of the other points on the same P-V curve.
Attualmente, i tradizionali metodi per effettuare l'inseguimento del punto di massima potenza sono basati sostanzialmente su due tipi di algoritmi: Currently, the traditional methods for carrying out the maximum power point tracking are essentially based on two types of algorithms:
- algoritmi a conduttanza incrementale, - incremental conductance algorithms,
- algoritmi basati sulla strategia Perturba e Osserva (cosiddetti algoritmi Perturb and Observe o algoritmi P&O). - algorithms based on the Perturba and Observe strategy (so-called Perturb and Observe algorithms or P&O algorithms).
Tuttavia, detti tradizionali metodi di inseguimento presentano lo svantaggio di inseguire un punto di potenza che può essere un massimo relativo, invece che il massimo assoluto. However, said traditional tracking methods have the disadvantage of tracking a power point which can be a relative maximum, rather than an absolute maximum.
Come già accennato, ciò dipende delle condizioni di illuminazione dei pannelli fotovoltaici che costituiscono la sorgente fotovoltaica. As already mentioned, this depends on the lighting conditions of the photovoltaic panels that make up the photovoltaic source.
In situazioni di parziale ombreggiamento o di guasto di una o più celle presenti in detti pannelli fotovoltaici i tradizionali metodi di inseguimento inseguono un punto di massima potenza relativo. In situations of partial shading or failure of one or more cells present in said photovoltaic panels, the traditional tracking methods follow a relative maximum power point.
Nei tradizionali metodi di inseguimento, infatti, l'inseguimento del punto di massima potenza viene effettuato a partire dalle condizioni di circuito aperto della sorgente fotovoltaica, dette condizioni essendo individuate sulla curva P-V da un punto con coordinate (Voc, 0), dove Voc è il valore di tensione della stessa sorgente in condizioni di corto circuito, dette condizioni essendo individuate sulla curva P-V da un punto con coordinate (0, 0). In traditional tracking methods, in fact, the tracking of the maximum power point is carried out starting from the open circuit conditions of the photovoltaic source, said conditions being identified on the P-V curve by a point with coordinates (Voc, 0), where Voc is the voltage value of the same source in short circuit conditions, said conditions being identified on the P-V curve from a point with coordinates (0, 0).
Nei tradizionali metodi di inseguimento vengono impiegati algoritmi che spostano il punto di lavoro della sorgente fotovoltaica lungo la curva I-V nella direzione dei valori di tensione rispettivamente crescenti o decrescenti, a seconda se l'inseguimento del punto di massima potenza è effettuato a partire dalle condizioni di circuito aperto o chiuso. In traditional tracking methods, algorithms are used that move the operating point of the photovoltaic source along the I-V curve in the direction of respectively increasing or decreasing voltage values, depending on whether the tracking of the maximum power point is carried out starting from the operating conditions. open or closed circuit.
In entrambi i casi, i tradizionali metodi inseguono il primo punto di massima potenza che viene determinato, indipendentemente dal fatto se tale punto di massima potenza è assoluto o relativo. In both cases, traditional methods track the first point of maximum power that is determined, regardless of whether that point of maximum power is absolute or relative.
In caso di parziale ombreggiamento della sorgente fotovoltaica, ed in entrambe le situazioni operative sopra descritte, i metodi tradizionali falliscono l'inseguimento del punto di massima potenza inseguendo un massimo relativo. In the event of partial shading of the photovoltaic source, and in both the operating situations described above, the traditional methods fail to track the maximum power point by pursuing a relative maximum.
Per superare lo svantaggio relativo alla possibilità da parte dei tradizionali metodi di inseguire un punto di massima potenza relativo, sono stati sviluppati ulteriori metodi di inseguimento di tipo probabilistico, come ad esempio il metodo proposto da Geoff Walker nella pubblicazione scientifica dal titolo "Evaluating MPPT converter topologies using a matlab pv model", in letteratura l'algoritmo usato è noto con il nome "simulated annealing alghorithm", o come quello proposto da Hiren Patel e Vivek Agarwal nella pubblicazione scientifica dal titolo "Maximum power point tracking scheme for PV systems operating under partially shaded condition" [IEEE Transaction on Industriai Electronics, voi. 55, no. 4, Aprii 2008]. To overcome the disadvantage related to the possibility of traditional methods of tracking a relative maximum power point, further probabilistic tracking methods have been developed, such as the method proposed by Geoff Walker in the scientific publication entitled "Evaluating MPPT converter topologies using a matlab pv model ", in literature the algorithm used is known with the name" simulated annealing alghorithm ", or as the one proposed by Hiren Patel and Vivek Agarwal in the scientific publication entitled" Maximum power point tracking scheme for PV systems operating under partially shaded condition "[IEEE Transaction on Industriai Electronics, vol. 55, no. 4, Aprii 2008].
Tuttavia, detti ulteriori metodi di inseguimento hanno lo svantaggio di non garantire in maniera deterministica il calcolo del punto di massima potenza. However, said further tracking methods have the disadvantage of not ensuring the calculation of the maximum power point in a deterministic way.
Un secondo svantaggio di detti ulteriori metodi di inseguimento è dato dal fatto che presentano una complessità computazionale maggiore dei metodi di inseguimento precedenti. A second disadvantage of said further tracking methods is given by the fact that they have a higher computational complexity than the previous tracking methods.
La curva I-V di una sorgente fotovoltaica viene ottenuta collegando a detta sorgente fotovoltaica un carico che fa variare la corrente elettrica della sorgente fotovoltaica dal valore zero al valore massimo consentito . The I-V curve of a photovoltaic source is obtained by connecting a load to said photovoltaic source which causes the electrical current of the photovoltaic source to vary from zero to the maximum allowed value.
Tale carico si comporta come una impedenza variabile dalla condizione di corto circuito (impedenza nulla) a quello di circuito aperto (impedenza infinita) . This load behaves as a variable impedance from the short circuit condition (zero impedance) to the open circuit condition (infinite impedance).
I tradizionali sistemi di inseguimento che implementano detti metodi prevedono in alternativa uno dei seguenti carichi: Traditional tracking systems that implement these methods alternatively envisage one of the following loads:
- un reostato, o - a rheostat, or
- un convertitore elettronico da una corrente continua a corrente continua o convertitore c.c./c.c, o - un circuito costituito da un interruttore e da un carico reattivo. - an electronic converter from a direct current to direct current or a DC / DC converter, or - a circuit consisting of a switch and a reactive load.
I sistemi di inseguimento comprendenti un reostato impiegano tempi di esecuzione molto lunghi (decine di secondi) per l'ottenimento di una curva I-V. Tracking systems comprising a rheostat require very long execution times (tens of seconds) to obtain an I-V curve.
Per questa ragione, tali sistemi sono scarsamente utilizzati per il tracciamento della curva I-V. For this reason, such systems are rarely used for I-V curve plotting.
Mediante i sistemi di inseguimento comprendenti un convertitore elettronico è possibile ottenere una curva I-V in tempi rapidi, dell'ordine di grandezza dei secondi. Pertanto, tali sistemi sono ampiamente utilizzati per il tracciamento della curva I-V. By means of the tracking systems comprising an electronic converter it is possible to obtain an I-V curve in rapid times, of the order of magnitude of seconds. Therefore, such systems are widely used for I-V curve plotting.
Per ridurre ulteriormente il tempo di tracciamento della curva I-V, e quindi, il tempo necessario per individuare il punto di massima potenza, vengono utilizzati sistemi di inseguimento dotati di un carico reattivo, quale ad esempio una induttanza o una capacità. Tracking systems equipped with a reactive load, such as an inductance or capacitance, are used to further reduce the I-V curve tracing time, and therefore, the time required to locate the point of maximum power.
II sistema di inseguimento, oggetto di tutela del brevetto US 6111767, ha una capacità come carico reattivo. The tracking system, subject to the protection of US patent 6111767, has a capacity as a reactive load.
Tale sistema di inseguimento permette di monitorare le prestazioni di sistemi fotovoltaici connessi alla rete pubblica di distribuzione della corrente elettrica. This tracking system makes it possible to monitor the performance of photovoltaic systems connected to the public electricity distribution network.
Il sistema per l'inseguimento del punto di massima potenza prevede un convertitore c.c./c.c. di tipo riduttore ed un convertitore c.c./c.a. o inverter collegati tra loro sul lato c.c. mediante un condensatore di filtro. The maximum power point tracking system includes a DC / DC converter. gearbox type and a DC / AC converter. or inverters connected to each other on the DC side by means of a filter capacitor.
Tale condensatore svolge le seguenti funzioni: Such a capacitor performs the following functions:
- filtrare la tensione sul lato continua, quando 1'inverter funziona in modalità di produzione dell'energia elettrica; - filter the voltage on the DC side, when the inverter is operating in electricity production mode;
- permettere la scansione della curva I-V quando il sistema fotovoltaico è in modalità di monitoraggio. - allow the scanning of the I-V curve when the photovoltaic system is in monitoring mode.
Tuttavia, la soluzione tecnica proposta presenta una serie di limiti. However, the proposed technical solution has a number of limitations.
Il primo limite è che la produzione di energia di corrente elettrica viene interrotta per un tempo significativo, dell'ordine di grandezza di decine di secondi, poiché è necessario che la capacità, generalmente dell'ordine di grandezza di 1-20 mF, si scarichi completamente. The first limit is that the production of electric current energy is interrupted for a significant time, of the order of magnitude of tens of seconds, since it is necessary that the capacitance, generally of the order of magnitude of 1-20 mF, is discharged completely.
Il secondo limite è non utilizza le informazioni ottenute dal tracciamento della curva I-V per effettuare un inseguimento del punto di massima potenza, che, invece, viene effettuato tramite un algoritmo di controllo di tipo noto. The second limit is that it does not use the information obtained from tracing the I-V curve to perform a tracking of the maximum power point, which, on the other hand, is carried out by means of a known control algorithm.
Scopo della presente invenzione è quello di superare detti svantaggi, fornendo un sistema di inseguimento del punto di massima potenza di una sorgente fotovoltaica, comprendente uno o più pannelli fotovoltaici collegati tra loro, in modo che detta sorgente fotovoltaica eroghi la massima energia elettrica in tutte le condizioni ambientali, i.e. indipendentemente dalle condizioni di illuminazione e/o di temperatura su ciascuno di detti pannelli fotovoltaici. The purpose of the present invention is to overcome said disadvantages by providing a system for tracking the maximum power point of a photovoltaic source, comprising one or more photovoltaic panels connected to each other, so that said photovoltaic source delivers maximum electrical energy in all environmental conditions, i.e. regardless of the lighting and / or temperature conditions on each of said photovoltaic panels.
Ciò è stato ottenuto prevedendo un sistema di inseguimento del massimo punto di potenza della sorgente fotovoltaica che garantisce in modo deterministico il raggiungimento e l'inseguimento del punto di massima potenza in qualsiasi condizione operativa di detta sorgente fotovoltaica. This has been achieved by providing a system for tracking the maximum power point of the photovoltaic source which guarantees in a deterministic way the reaching and tracking of the maximum power point in any operating condition of said photovoltaic source.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un sistema di inseguimento del punto di massima potenza di un sorgente fotovoltaica, la quale comprende uno o più pannelli fotovoltaici collegati tra loro, dove detto sistema di inseguimento può comprendere un dispositivo elettronico di potenza per convertire la corrente continua, fornita da detta sorgente fotovoltaica, in corrente alternata destinata ad una rete di distribuzione dell'energia elettrica, detto dispositivo di potenza essendo collegato a detta sorgente fotovoltaica, e comprendere ulteriormente: Therefore, the specific object of the present invention is a tracking system for the point of maximum power of a photovoltaic source, which comprises one or more photovoltaic panels connected together, where said tracking system can comprise an electronic power device for converting the direct current. , supplied by said photovoltaic source, in alternating current destined for an electricity distribution network, said power device being connected to said photovoltaic source, and further comprise:
- un circuito ad impedenza commutata, collegato a detta sorgente fotovoltaica e comprendente un carico reattivo variabile da corto circuito a circuito aperto o viceversa che genera un transitorio sulla sorgente fotovoltaica; - a switched impedance circuit, connected to said photovoltaic source and comprising a reactive load which varies from short circuit to open circuit or vice versa which generates a transient on the photovoltaic source;
un deviatore per collegare detta sorgente fotovoltaica alternativamente a detto dispositivo elettronico di potenza o a detto circuito ad impedenza commutata, a diverter for connecting said photovoltaic source alternatively to said electronic power device or to said switched impedance circuit,
- un circuito elettronico di controllo o microcontrollore che coopera con detto circuito ad impedenza commutata e comprende almeno una unità, collegata alla sorgente fotovoltaica, per il tracciamento di una curva I-V relativa a detta sorgente fotovoltaica, durante il transitorio sulla sorgente fotovoltaica stessa, per il rilevamento del valore di corrente e di tensione del punto di massima potenza di detta sorgente fotovoltaica, nonché per l'inseguimento di detto valore di corrente o di tensione del punto di massima potenza e la generazione di un valore di corrente o di tensione, e mezzi per il controllo e il comando di detto dispositivo di potenza, in funzione della differenza tra il valore di corrente generato da detta almeno un'unità e quello della sorgente fotovoltaica o tra il valore di tensione generato da detta almeno una unità e quello della sorgente fotovoltaica, per consentire che la sorgente fotovoltaica lavori sul punto di massima potenza; detto microcontrollore essendo inoltre atto al controllo ed al comando di detto deviatore e di detto circuito ad impedenza commutata. - an electronic control circuit or microcontroller which cooperates with said switched impedance circuit and comprises at least one unit, connected to the photovoltaic source, for tracing an I-V curve relative to said photovoltaic source, during the transient on the photovoltaic source itself, for the detection of the current and voltage value of the maximum power point of said photovoltaic source, as well as for tracking said current or voltage value of the maximum power point and the generation of a current or voltage value, and means for the control and command of said power device, as a function of the difference between the current value generated by said at least one unit and that of the photovoltaic source or between the voltage value generated by said at least one unit and that of the photovoltaic source , to allow the photovoltaic source to work on the point of maximum power; said microcontroller also being adapted to control and command said switch and said switched impedance circuit.
Secondo l'invenzione, il deviatore del sistema di inseguimento può comprendere due interruttori, un primo interruttore ed un secondo interruttore, che lavorano alternativamente e collegano detta sorgente fotovoltaica a detto dispositivo di potenza o a detto circuito ad impedenza commutata. Il deviatore collega la sorgente fotovoltaica al dispositivo di potenza, quando il primo interruttore è chiuso, oppure al circuito ad impedenza commutata, quando il secondo interruttore è chiuso. According to the invention, the diverter of the tracking system can comprise two switches, a first switch and a second switch, which work alternately and connect said photovoltaic source to said power device or to said switched impedance circuit. The diverter connects the photovoltaic source to the power device, when the first switch is closed, or to the switched impedance circuit, when the second switch is closed.
Ancora secondo l'invenzione, il circuito ad impedenza commutata può comprendere, oltre al carico reattivo, un interruttore ed una resistenza. Detto carico reattivo, detto interruttore e detta resistenza sono collegati in parallelo tra loro. Il carico reattivo si scarica sulla resistenza quando l'interruttore è chiuso, ed il primo ed il secondo interruttore del deviatore sono rispettivamente chiuso ed aperto, e si carica quando l'interruttore del circuito ad impedenza commutata è aperto, ed il primo ed il secondo interruttore del deviatore sono rispettivamente aperto e chiuso. Still according to the invention, the switched impedance circuit can comprise, in addition to the reactive load, a switch and a resistor. Said reactive load, said switch and said resistor are connected in parallel with each other. The reactive load discharges on the resistance when the switch is closed, and the first and second switches of the diverter are respectively closed and open, and is charged when the switch of the switched impedance circuit is open, and the first and second diverter switch are open and closed respectively.
In particolare, il circuito elettronico di controllo può comprendere: In particular, the electronic control circuit can comprise:
- una prima unità per il tracciamento della curva I-V della sorgente fotovoltaica durante la carica del carico reattivo del circuito ad impedenza commutata, e per il rilevamento del valore di corrente e di tensione del punto di massima potenza della sorgente fotovoltaica; detta prima unità è inoltre atta ad acquisire i valori di corrente e di tensione della sorgente fotovoltaica mediante un rispettivo misuratore di corrente e di tensione; e - a first unit for tracing the I-V curve of the photovoltaic source during charging of the reactive load of the switched impedance circuit, and for detecting the current and voltage value of the maximum power point of the photovoltaic source; said first unit is also adapted to acquire the current and voltage values of the photovoltaic source by means of a respective current and voltage meter; And
- una seconda unità, collegata a detta prima unità, per l'inseguimento del punto di massima potenza mediante un algoritmo di inseguimento; detta seconda unità riceve in ingresso il valore di corrente o di tensione del punto di massima potenza da parte di detta prima unità, e genera in uscita un valore di corrente o di tensione. - a second unit, connected to said first unit, for tracking the maximum power point by means of a tracking algorithm; said second unit receives at its input the current or voltage value of the maximum power point from said first unit, and generates at its output a current or voltage value.
È preferibile che i mezzi per il controllo e il comando di detto dispositivo di potenza comprendano un regolatore di corrente o tensione che riceve in ingresso la differenza tra il valore di corrente generato da detta seconda unità ed il valore di corrente della sorgente fotovoltaica o la differenza tra il valore di tensione generato da detta seconda unità ed il valore di tensione della sorgente fotovoltaica, e genera in uscita i segnali di comando da inviare al dispositivo di potenza in funzione di detta differenza. It is preferable that the means for controlling and controlling said power device comprise a current or voltage regulator which receives at its input the difference between the current value generated by said second unit and the current value of the photovoltaic source or the difference between the voltage value generated by said second unit and the voltage value of the photovoltaic source, and generates at the output the command signals to be sent to the power device as a function of said difference.
Vantaggiosamente, il circuito elettronico di controllo è collegabile ad un computer per il monitoraggio della sorgente fotovoltaica, la configurazione di uno o più parametri di controllo per il tracciamento della curva I-V, e la memorizzazione delle misure di corrente e di tensione di ciascun punto della curva I-V. Advantageously, the electronic control circuit can be connected to a computer for monitoring the photovoltaic source, configuring one or more control parameters for tracing the I-V curve, and storing the current and voltage measurements of each point of the curve. I-V.
Secondo l'invenzione, il carico reattivo del circuito ad impedenza commutata può essere una capacità o una induttanza, preferibilmente una capacità con un un valore compreso tra 1-50 mF. According to the invention, the reactive load of the switched impedance circuit can be a capacitance or an inductance, preferably a capacitance with a value between 1-50 mF.
Forma oggetto dell'invenzione anche un procedimento di inseguimento del punto di massima potenza di una sorgente fotovoltaica, secondo il suddetto sistema di inseguimento, che può comprendere le seguenti fasi: The invention also relates to a process for tracking the maximum power point of a photovoltaic source, according to the aforementioned tracking system, which may include the following steps:
A) generare un transitorio su detta sorgente fotovoltaica mediante un carico reattivo variabile da corto circuito a circuito aperto o viceversa, A) generating a transient on said photovoltaic source by means of a variable reactive load from short circuit to open circuit or vice versa,
B) acquisire i valori di corrente e di tensione della sorgente fotovoltaica durante il transitorio di detta sorgente fotovoltaica, e rilevare il valore di corrente e di tensione del punto di massima potenza nell'istante in cui è stata tracciata la curva I-V, C) elaborare detto valore di corrente o di tensione mediante un algoritmo di inseguimento del punto di massima potenza che genera in uscita un valore di corrente o di tensione, B) acquire the current and voltage values of the photovoltaic source during the transient of said photovoltaic source, and detect the current and voltage value of the point of maximum power at the instant in which the I-V curve was drawn, C) elaborate said current or voltage value by means of a maximum power point tracking algorithm that generates a current or voltage value at the output,
D) acquisire i valori di corrente e di tensione della sorgente fotovoltaica durante il funzionamento di detta sorgente fotovoltaica, D) acquire the current and voltage values of the photovoltaic source during the operation of said photovoltaic source,
E) determinare la differenza tra il valore calcolato di corrente o di tensione, generato da detto algoritmo di inseguimento, e rispettivamente il valore di corrente o di tensione rilevato su detta sorgente fotovoltaica, E) determining the difference between the calculated value of current or voltage, generated by said tracking algorithm, and respectively the current or voltage value detected on said photovoltaic source,
F) minimizzare o annullare tale differenza, pilotando l'apertura e la chiusura di ciascun interruttore di un dispositivo di potenza, collegato a detta sorgente fotovoltaica, al fine di adattare il carico visto dalla sorgente fotovoltaica in modo tale che quest'ultima trasferisca su detto carico la massima potenza. F) minimize or cancel this difference, by piloting the opening and closing of each switch of a power device, connected to said photovoltaic source, in order to adapt the load seen by the photovoltaic source in such a way that the latter transfers on said load maximum power.
Il procedimento può comprendere ulteriormente le seguenti fasi: The process may further include the following steps:
G) verificare se dal tracciamento di detta curva I-V è trascorso un intervallo di tempo ΔΤ prestabilito da un operatore, G) check whether a time interval ΔΤ predetermined by an operator has elapsed since the plotting of said I-V curve,
H) in caso di esito negativo, ritornare alla fase C), altrimenti ritornare alla fase A). H) in case of negative result, go back to phase C), otherwise go back to phase A).
Ulteriormente, in alternativa alle fasi G) e H), sono previste le seguenti fasi: Further, as an alternative to phases G) and H), the following phases are envisaged:
G') verificare se la variazione di potenza tra la potenza calcolata per il valore di corrente del punto di massima potenza e quella calcolata per il valore di corrente generato da detto algoritmo di inseguimento o tra la potenza calcolata per il valore di tensione del punto di massima potenza e quella calcolata per il valore di tensione generato da detto algoritmo di inseguimento è maggiore di una soglia prestabilita; G ') check whether the power variation between the power calculated for the current value of the maximum power point and that calculated for the current value generated by said tracking algorithm or between the power calculated for the voltage value of the maximum power and that calculated for the voltage value generated by said tracking algorithm is greater than a predetermined threshold;
H') in caso di esito negativo, ritornare alla fase C), altrimenti ritornare alla fase A). H ') in case of negative result, return to phase C), otherwise return to phase A).
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma di realizzazione, con particolare riferimento alle figure a allegate, in cui: The present invention will now be described, for illustrative but not limitative purposes, according to an embodiment thereof, with particular reference to the attached figures a, in which:
la figura 1 mostra schematicamente il sistema di inseguimento del punto di massima potenza di una sorgente fotovoltaica, oggetto dell'invenzione; Figure 1 schematically shows the system for tracking the maximum power point of a photovoltaic source, object of the invention;
la figura 2 mostra il sistema di inseguimento di fig. 1, in cui è mostrato schematicamente il circuito elettrico del blocco rappresentante il deviatore e di quello rappresentante il circuito ad impedenza commutata; figure 2 shows the tracking system of fig. 1, in which the electrical circuit of the block representing the diverter and of the one representing the switched impedance circuit is schematically shown;
la figura 3 mostra i risultati di una prova sperimentale realizzata con il sistema di inseguimento, oggetto dell'invenzione. Figure 3 shows the results of an experimental test carried out with the tracking system, object of the invention.
Con particolare riferimento alle figure 1 e 2, nella forma di realizzazione che si descrive, si prevede un sistema 1 di inseguimento del punto di massima potenza di una sorgente fotovoltaica 2, quest 'ultima comprendente più pannelli fotovoltaici collegati in serie tra loro, dove detto sistema di inseguimento 1 comprende: With particular reference to figures 1 and 2, in the embodiment that is described, a system 1 is provided for tracking the maximum power point of a photovoltaic source 2, the latter comprising several photovoltaic panels connected in series, where said 1 tracking system includes:
- un dispositivo elettronico 5 di potenza per convertire la corrente continua, fornita dalla sorgente fotovoltaica 2, in corrente alternata destinata ad una rete 7 di distribuzione dell'energia elettrica, - an electronic power device 5 for converting the direct current supplied by the photovoltaic source 2 into alternating current destined for an electrical energy distribution network 7,
- un misuratore SCI della corrente continua Is della sorgente fotovoltaica 2 collegato in serie ad essa - a meter SCI of the direct current Is of the photovoltaic source 2 connected in series to it
- un misuratore SVI della tensione Vs della sorgente fotovoltaica 2 collegato in parallelo ad essa, - un misuratore SC2 della corrente alternata Ir immessa in detta rete di distribuzione collegato in serie ad essa, - a meter SVI of the voltage Vs of the photovoltaic source 2 connected in parallel to it, - a meter SC2 of the alternating current Ir fed into said distribution network connected in series to it,
- un misuratore SV2 della tensione Vr della rete 7 di distribuzione in corrente alternata collegato in parallelo ad essa; - a meter SV2 of the voltage Vr of the alternating current distribution network 7 connected in parallel to it;
- un filtro 6 per la riduzione di disturbi che vengono generati sulla rete 7 di distribuzione da detto dispositivo 5 elettronico di potenza, il quale filtro è collegato a detto dispositivo elettronico di potenza ed a detta rete 7 di distribuzione, - a filter 6 for the reduction of disturbances which are generated on the distribution network 7 by said electronic power device 5, which filter is connected to said electronic power device and to said distribution network 7,
- un trasformatore 8 per isolare la sorgente fotovoltaica 2 dalla rete 7 di distribuzione, - a transformer 8 to isolate the photovoltaic source 2 from the distribution network 7,
dove detto sistema di inseguimento 1 comprende ulteriormente : where said tracking system 1 further comprises:
- un circuito 3 ad impedenza commutata, collegabile alla sorgente fotovoltaica 2, - a switched impedance circuit 3, connectable to the photovoltaic source 2,
- un deviatore D per collegare la sorgente fotovoltaica 2 a detto dispositivo elettronico 5 di potenza o a detto circuito 3 ad impedenza commutata, - un circuito elettronico di controllo o microcontrollore 10 che coopera con detto circuito 3 ad impedenza commutata per il tracciamento della curva I-V ed il rilevamento delle coordinate del punto di massima potenza, detto microcontrollore 10 essendo inoltre atto a controllare e comandare detto dispositivo 5 di potenza, detto deviatore D e detto circuito 3 ad impedenza commutata. - a switch D for connecting the photovoltaic source 2 to said electronic power device 5 or to said switched impedance circuit 3, - an electronic control circuit or microcontroller 10 which cooperates with said switched impedance circuit 3 for tracing the I-V curve and the detection of the coordinates of the point of maximum power, said microcontroller 10 being furthermore adapted to control and command said power device 5, said diverter D and said circuit 3 with switched impedance.
Il circuito 3 ad impedenza commutata genera sulla sorgente fotovoltaica 2 un transitorio durante il quale vengono acquisite le misure di corrente e di tensione. The switched impedance circuit 3 generates a transient on the photovoltaic source 2 during which the current and voltage measurements are acquired.
Il circuito elettronico 10 acquisisce le misure di corrente Is e di tensione Vs sul lato della sorgente fotovoltaica 2 e quelle di corrente Ir e di tensione Vr sul lato della rete 7 di distribuzione in corrente alternata, ed insegue il punto di massima di potenza mediante un algoritmo che utilizza le misure di corrente Is e di tensione Vs sul lato della sorgente fotovoltaica 2. The electronic circuit 10 acquires the measurements of current Is and voltage Vs on the side of the photovoltaic source 2 and those of current Ir and voltage Vr on the side of the AC distribution network 7, and follows the point of maximum power by means of a algorithm that uses the measurements of current Is and voltage Vs on the side of the photovoltaic source 2.
Nella forma di realizzazione che si descrive, il dispositivo elettronico 5 di potenza comprende un convertitore c.c./c.c. 51, un inverter 52, ed una capacità 53 collegati in parallelo tra loro. In the embodiment described, the electronic power device 5 comprises a DC / DC converter. 51, an inverter 52, and a capacity 53 connected in parallel to each other.
Il convertitore 51 è collegato al deviatore D e l'inverter 52 è collegato alla rete 7 di distribuzione dell'energia elettrica. The converter 51 is connected to the diverter D and the inverter 52 is connected to the electricity distribution network 7.
Il deviatore D comprende due interruttori, un primo interruttore SI ed un secondo interruttore S2, che lavorano alternativamente e collegano la sorgente fotovoltaica 2 a detto dispositivo 5 di potenza o a detto circuito 3 ad impedenza commutata. The diverter D comprises two switches, a first switch S1 and a second switch S2, which work alternately and connect the photovoltaic source 2 to said power device 5 or to said switched impedance circuit 3.
In particolare, il deviatore D collega la sorgente fotovoltaica 2 al dispositivo 5 di potenza quando il primo interruttore SI del deviatore D è chiuso, oppure al circuito 3 ad impedenza commutata, quando il secondo interruttore S2 è chiuso. In particular, the switch D connects the photovoltaic source 2 to the power device 5 when the first switch S1 of the switch D is closed, or to the switched impedance circuit 3, when the second switch S2 is closed.
Il circuito 3 ad impedenza commutata comprende un interruttore S3, una resistenza R ed una capacità 31 collegati in parallelo tra loro. The switched impedance circuit 3 comprises a switch S3, a resistor R and a capacitor 31 connected in parallel to each other.
Quando detto interruttore S3 è chiuso la capacità 31 si scarica sulla resistenza R. When said switch S3 is closed the capacitance 31 discharges on the resistance R.
All'inizio, il primo interruttore SI del deviatore D è chiuso, mentre il secondo interruttore S2 dello stesso deviatore D è aperto, e l'interruttore S3 del circuito 3 ad impedenza commutata è chiuso. Initially, the first switch S1 of the diverter D is closed, while the second switch S2 of the same diverter D is open, and the switch S3 of the switched impedance circuit 3 is closed.
Quindi, inizialmente, la sorgente fotovoltaica 2 è collegata al convertitore 51 del dispositivo 5 di potenza, mediante il primo interruttore SI del deviatore D, e la capacità S3 del circuito 3 ad impedenza commutata è scarica. Therefore, initially, the photovoltaic source 2 is connected to the converter 51 of the power device 5, by means of the first switch S1 of the diverter D, and the capacitance S3 of the switched impedance circuit 3 is discharged.
Per tracciare la curva I-V, il circuito 10 di controllo apre il primo interruttore SI del deviatore D e chiude il secondo interruttore S2 dello stesso deviatore, collegando così in parallelo la sorgente fotovoltaica 2 alla capacità 31 del circuito 3 ad impedenza commutata, ed, inoltre, apre l'interruttore S3 del circuito 3 ad impedenza commutata, permettendo così alla capacità 31 di detto circuito 3 di caricarsi. Durante la carica della capacità 31, il circuito di 10 controllo traccia la curva I-V e rileva il punto di massima potenza, mediante una unità 11 per il tracciamento della curva I-V e per il rilevamento delle coordinate di detto punto di massima potenza. To trace the I-V curve, the control circuit 10 opens the first switch SI of the diverter D and closes the second switch S2 of the same diverter, thus connecting the photovoltaic source 2 in parallel to the capacitance 31 of the switched impedance circuit 3, and also opens the switch S3 of the switched impedance circuit 3, thus allowing the capacitance 31 of said circuit 3 to be charged. During the charging of the capacitance 31, the control circuit 10 plots the I-V curve and detects the point of maximum power, by means of a unit 11 for tracing the I-V curve and for detecting the coordinates of said point of maximum power.
Contemporaneamente, detto circuito 10 di controllo acquisisce i valori di corrente Is e di tensione Vs della sorgente fotovoltaica 2, mediante il rispettivo misuratore di corrente SCI e di tensione SVI. At the same time, said control circuit 10 acquires the values of current Is and voltage Vs of the photovoltaic source 2, by means of the respective current meter SCI and voltage SVI.
In altre parole, mentre la capacità 31 si carica, la sorgente fotovoltaica 2 è collegata ad una impedenza variabile da corto circuito a circuito aperto, che consente di ottenere la curva I-V, a partire dai valori di corrente e di tensione della sorgente fotovoltaica 2, rispettivamente in condizioni di corto circuito e di circuito aperto di detta sorgente fotovoltaica. In other words, while the capacitance 31 charges, the photovoltaic source 2 is connected to a variable impedance from short circuit to open circuit, which allows to obtain the I-V curve, starting from the current and voltage values of the photovoltaic source 2, respectively in short circuit and open circuit conditions of said photovoltaic source.
Quindi, l'unità 11 del circuito 10 di controllo determina le coordinate Vm, Im del punto di massima potenza della sorgente fotovoltaica 2, ricavate nelle condizioni operative di detta sorgente fotovoltaica 2 al momento del tracciamento della curva I-V, ed invia 11 valore di corrente Im (o di tensione Vm) ad una unità 12 di inseguimento, sulla quale è implementato un algoritmo di inseguimento, così che detto valore di corrente Im (o di tensione Vm) sia il punto di lavoro iniziale dell'algoritmo di inseguimento, i.e. il valore di riferimento da inseguire. Then, the unit 11 of the control circuit 10 determines the coordinates Vm, Im of the point of maximum power of the photovoltaic source 2, obtained in the operating conditions of said photovoltaic source 2 at the time of tracing the I-V curve, and sends the current value Im (or voltage Vm) to a tracking unit 12, on which a tracking algorithm is implemented, so that said current value Im (or voltage Vm) is the initial working point of the tracking algorithm, i.e. the reference value to be followed.
Le coordinate Vm, Im del punto di massima potenza vengono determinate dall'unità 11 del circuito 10 di controllo confrontando i valori della potenza calcolati per ciascun punto della curva I-V tracciata. The coordinates Vm, Im of the point of maximum power are determined by the unit 11 of the control circuit 10 by comparing the power values calculated for each point of the I-V curve plotted.
Tracciata la curva I-V e rilevato il punto di massima potenza, il circuito 10 di controllo scollega il condensatore 31 dalla sorgente fotovoltaica 2, aprendo il secondo interruttore S2 del deviatore D e chiudendo il primo interruttore SI dello stesso deviatore, e chiude l'interruttore S3 del circuito 3 ad impedenza commutata per consentire alla capacità 31 di scaricarsi sulla resistenza R dello stesso circuito 3, ripristinando le condizioni iniziali. Once the I-V curve has been drawn and the point of maximum power detected, the control circuit 10 disconnects the capacitor 31 from the photovoltaic source 2, opening the second switch S2 of the diverter D and closing the first switch SI of the same diverter, and closes the switch S3 of the circuit 3 with switched impedance to allow the capacitor 31 to discharge on the resistance R of the same circuit 3, restoring the initial conditions.
L'unità 12 di inseguimento effettua l'inseguimento del valore di corrente Im (o di tensione Vm) mediante un algoritmo di inseguimento, preferibilmente un algoritmo di inseguimento Perturb & Observe. The tracking unit 12 carries out tracking of the current value Im (or voltage Vm) by means of a tracking algorithm, preferably a Perturb & Observe tracking algorithm.
Pertanto, il valore di corrente Im (o di tensione Vm) in ingresso a detta unità 12 è sottoposto a dall'algoritmo a incrementi o decrementi di corrente Ai (o di tensione Av) in funzione delle condizioni operative della sorgente fotovoltaica 2, che possono essere diverse da quelle in cui è stato rilevato detto valore iniziale di corrente Im (o di tensione Vm). Therefore, the current value Im (or voltage Vm) at the input to said unit 12 is subjected by the algorithm to increases or decreases in current Ai (or voltage Av) depending on the operating conditions of the photovoltaic source 2, which can be different from those in which said initial value of current Im (or voltage Vm) was detected.
A seconda del tipo di algoritmo Perturb & Observe, detti incrementi di correnti Ai (o di tensione Av) possono essere prestabiliti oppure variabili in funzione della variazione di potenza misurata (algoritmo Perturb & Observe di tipo adattativo). Depending on the type of Perturb & Observe algorithm, said increases in currents Ai (or voltage Av) can be predetermined or variable according to the measured power variation (adaptive type Perturb & Observe algorithm).
L'unità 12 di inseguimento riceve in ingresso il valore iniziale di corrente Im (o di tensione Vm) che viene perturbato dall'algoritmo di inseguimento di una quantità ±Δί (o ±Δν), e genera in uscita un valore di corrente Im' (o di tensione Vm'). The tracking unit 12 receives in input the initial value of current Im (or voltage Vm) which is perturbed by the tracking algorithm by a quantity ± Δί (or ± Δν), and generates in output a current value Im ' (or voltage Vm ').
Tale perturbazione viene effettuata al fine di spostare dinamicamente il punto di lavoro della sorgente fotovoltaica 2, inizialmente corrispondente al punto di massima potenza definito dalle coordinate (Im, Vm) sul punto di massima potenza che, nel frattempo, può essersi spostato rispetto al punto di massima potenza originario. This perturbation is carried out in order to dynamically move the working point of the photovoltaic source 2, initially corresponding to the point of maximum power defined by the coordinates (Im, Vm) on the point of maximum power which, in the meantime, may have moved with respect to the point of maximum original power.
Infatti, nel tempo il punto di massima potenza può subire variazioni dovute al cambiamento delle condizioni ambientali. In fact, over time the point of maximum power can undergo variations due to changes in environmental conditions.
Tale valore di corrente Im' (o di tensione Vm') viene confrontato con quello Is (o di tensione Vs) misurato sulla sorgente fotovoltaica 2 dal misuratore di corrente SCI (misurato dal misuratore di tensione SV1). This current value Im '(or voltage Vm') is compared with that Is (or voltage Vs) measured on the photovoltaic source 2 by the current meter SCI (measured by the voltage meter SV1).
La differenza tra detti due valori di corrente (o di tensione) rappresenta l'errore di corrente (o di tensione) da minimizzare o annullare. The difference between said two current (or voltage) values represents the current (or voltage) error to be minimized or canceled.
A tale fine, detta differenza è fornita ad un regolatore 13 di corrente (o di tensione) che determina i segnali di comando per l'apertura e la chiusura di ciascuno degli interruttori (non mostrati) del dispositivo 5 di potenza, i quali adattano il carico visto dalla sorgente fotovoltaica 2 così che questa lavori sul punto di massima potenza. To this end, said difference is supplied to a current (or voltage) regulator 13 which determines the command signals for opening and closing each of the switches (not shown) of the power device 5, which adapt the load seen by the photovoltaic source 2 so that it works on the point of maximum power.
In altre parole, il circuito 10 di controllo compie le seguenti attività: In other words, the control circuit 10 performs the following activities:
- regola la corrente Is (o la tensione Vs) sul lato della sorgente fotovoltaica 2 tramite un controllo a controreazione che utilizza il valore di corrente Im' (o di tensione Vm' ) fornito dall'algoritmo di inseguimento, come valore di riferimento, e la corrente Is (o la tensione Vs) misurata sulla sorgente fotovoltaica 2; - regulates the current Is (or the voltage Vs) on the side of the photovoltaic source 2 by means of a feedback control that uses the current value Im '(or voltage Vm') provided by the tracking algorithm, as a reference value, and the current Is (or the voltage Vs) measured on the photovoltaic source 2;
- pilotare gli interruttori Si e S2 del deviatore D e l'interruttore S3 del circuito 3, mediante i quali è possibile collegare la sorgente fotovoltaica 2 al dispositivo 5 di potenza o al circuito 3; e - driving the switches Si and S2 of the diverter D and the switch S3 of the circuit 3, by means of which it is possible to connect the photovoltaic source 2 to the power device 5 or to the circuit 3; And
- pilotare gli interruttori (non mostrati) del convertitore 51, i quali provvedono ad adattare il carico visto dalla sorgente fotovoltaica 2 affinché quest'ultima trasferisca su detto carico la massima potenza. - driving the switches (not shown) of the converter 51, which adapt the load seen by the photovoltaic source 2 so that the latter transfers the maximum power to said load.
In una variante (non mostrata), il dispositivo 5 di potenza può comprendere una capacità collegata in parallelo ad un inverter. In tale variante, il regolatore 13 determina i segnali di comando per l'apertura e la chiusura di ciascuno degli interruttori di detto inverter. In a variant (not shown), the power device 5 can comprise a capacity connected in parallel to an inverter. In this variant, the regulator 13 determines the command signals for opening and closing each of the switches of said inverter.
Il tempo per ottenere la curva I-V dipende dal valore della capacità 31 del circuito 3 ad impedenza commutata e dal numero di campioni acquisiti, i.e. i valori di corrente e di tensione dei punti della curva I-V ottenuta. The time to obtain the I-V curve depends on the value of the capacitance 31 of the switched impedance circuit 3 and on the number of samples acquired, i.e. the current and voltage values of the points of the I-V curve obtained.
Più il valore della capacità 31 è piccolo, più la capacità 31 si carica in tempi rapidi ed il numero di campioni acquisiti non è sufficiente ad ottenere una soddisfacente curva I-V. Pertanto, la scelta del valore della capacità 31 deve essere un compromesso tra il numero di campioni, che deve essere sufficientemente alto per ottenere una curva I-V soddisfacente, ed il tempo impiegato per ottenere la stessa curva I-V. The smaller the value of the capacitance 31 is, the more the capacitance 31 charges rapidly and the number of samples acquired is not sufficient to obtain a satisfactory I-V curve. Therefore, the choice of the value of the capacitance 31 must be a compromise between the number of samples, which must be sufficiently high to obtain a satisfactory I-V curve, and the time taken to obtain the same I-V curve.
Un valore per tale capacità 31 può essere ad esempio scelto tra l-50mF. A value for this capacitance 31 can be chosen for example from 1 -50mF.
In una variante (non mostrata), in alternativa alla capacità 31 è possibile prevedere una induttanza. In a variant (not shown), an inductance can be provided as an alternative to the capacitance 31.
In questa variante, l'induttanza varia da circuito aperto a corto circuito. In this variant, the inductance varies from open circuit to short circuit.
Nella forma di realizzazione che si descrive, il circuito 10 di controllo è collegato ad un computer 100 per il monitoraggio della sorgente fotovoltaica 2, la configurazione di uno o più parametri di controllo per il tracciamento della curva I-V, quale ad esempio l'intervallo di tempo che deve intercorrere tra due tracciamenti successivi di una curva I-V, e la memorizzazione delle misure di corrente e di tensione di ciascun punto della curva I-V. In the embodiment that is described, the control circuit 10 is connected to a computer 100 for monitoring the photovoltaic source 2, the configuration of one or more control parameters for tracing the I-V curve, such as for example the range of time that must elapse between two successive tracing of an I-V curve, and the storage of the current and voltage measurements of each point of the I-V curve.
Secondo l'invenzione, è possibile prevedere il tracciamento di una o più ulteriori curve I-V purché tra l'ottenimento di una curva I-V e la successiva intercorra un intervallo di tempo. According to the invention, it is possible to provide for the plotting of one or more further I-V curves as long as a time interval elapses between obtaining one I-V curve and the next.
Tale intervallo di tempo può essere stabilito da un operatore oppure è possibile prevedere che una o più curve I-V vengano tracciate solo in specifici casi, a titolo esemplificativo ma non limitativo nel caso di una variazione di potenza superiore al 20-40% tra la potenza calcolata per il valore di riferimento di corrente Im (o di tensione Vm) e quella calcolata per il valore di corrente Im' (o di tensione Vm') modificato dall'algoritmo di inseguimento. This time interval can be established by an operator or it is possible to provide that one or more I-V curves are plotted only in specific cases, by way of example but not limiting in the case of a power variation greater than 20-40% between the calculated power for the current reference value Im (or voltage Vm) and that calculated for the current value Im '(or voltage Vm') modified by the tracking algorithm.
Alla luce di quanto sopra esposto, il procedimento per inseguire il punto di massima potenza di una sorgente fotovoltaica, mediante detto sistema di inseguimento, comprende le seguenti fasi: In light of the above, the procedure for tracking the maximum power point of a photovoltaic source, by means of said tracking system, includes the following steps:
Procedimento di inseguimento del punto di massima potenza di una sorgente fotovoltaica 2, che comprende le seguenti fasi: Procedure for tracking the maximum power point of a photovoltaic source 2, which includes the following phases:
A) generare un transitorio su detta sorgente fotovoltaica mediante un carico reattivo variabile da corto circuito a circuito aperto o viceversa. A) generating a transient on said photovoltaic source by means of a variable reactive load from short circuit to open circuit or vice versa.
B) acquisire i valori di corrente e di tensione della sorgente fotovoltaica 2 durante il transitorio di detta sorgente fotovoltaica, e rilevare il valore di corrente Im e di tensione Vm corrispondenti al punto di massima potenza nell'istante in cui è stata tracciata la curva I-V, B) acquire the current and voltage values of the photovoltaic source 2 during the transient of said photovoltaic source, and detect the current value Im and the voltage Vm corresponding to the point of maximum power at the instant in which the I-V curve was drawn ,
C) elaborare il valore di corrente Im o di tensione Vm mediante un algoritmo di inseguimento del punto di massima potenza che genera in uscita un valore di corrente Im' o di tensione Vm', C) process the current value Im or voltage Vm by means of a maximum power point tracking algorithm that generates a current value Im 'or voltage Vm' at the output,
D) acquisire i valori di corrente Is e di tensione Vs della sorgente fotovoltaica 2 durante il funzionamento di detta sorgente fotovoltaica, D) acquire the current Is and voltage Vs values of the photovoltaic source 2 during the operation of said photovoltaic source,
E) determinare la differenza tra il valore calcolato di corrente Im' o di tensione Vm' e rispettivamente il valore di corrente Is o di tensione Vs rilevato su detta sorgente fotovoltaica 2, E) determining the difference between the calculated value of current Im 'or voltage Vm' and respectively the current value Is or voltage Vs detected on said photovoltaic source 2,
F) minimizzare o annullare tale differenza, pilotando l'apertura e la chiusura di ciascun interruttore di un dispositivo 5 di potenza, collegato a detta sorgente fotovoltaica 2, al fine di adattare il carico visto dalla sorgente fotovoltaica 2 in modo tale che quest'ultima trasferisca su detto carico la massima potenza. F) minimize or cancel this difference, by driving the opening and closing of each switch of a power device 5, connected to said photovoltaic source 2, in order to adapt the load seen by the photovoltaic source 2 so that the latter transfers the maximum power to said load.
Il procedimento può comprendere ulteriormente le seguenti fasi: The process may further include the following steps:
G) verificare se dal tracciamento di detta curva I-V è trascorso un intervallo di tempo ΔΤ prestabilito da un operatore, G) check whether a time interval ΔΤ predetermined by an operator has elapsed since the plotting of said I-V curve,
H) in caso di esito negativo, ritornare alla fase C), altrimenti ritornare alla fase A). H) in case of negative result, go back to phase C), otherwise go back to phase A).
Secondo l'invenzione, in alternativa alle fasi G) e H), è possibile prevedere le seguenti fasi: According to the invention, as an alternative to phases G) and H), it is possible to provide the following phases:
G') verificare se la variazione di potenza tra la potenza calcolata per il valore di corrente Im e quella calcolata per il valore di corrente Im' o tra la potenza calcolata per il valore di tensione Vm e quella calcolata per il valore di tensione Vm' è maggiore di una soglia prestabilita; G ') check whether the power variation between the power calculated for the current value Im and that calculated for the current value Im' or between the power calculated for the voltage value Vm and that calculated for the voltage value Vm ' is greater than a predetermined threshold;
H') in caso di esito negativo, ritornare alla fase C), altrimenti ritornare alla fase A). H ') in case of negative result, return to phase C), otherwise return to phase A).
PROVA SPERIMENTALE EXPERIMENTAL TRIAL
In figura 3, sono mostrati i risultati di una prova sperimentale effettuata con una sorgente fotovoltaica composta da un pannello fotovoltaico di tipo PhotoWatt 1650, il quale pannello comprende settantadue celle, connesse in serie tra loro, e quattro diodi di bypass, uno ogni diciotto celle, in cui una di dette celle è ombreggiata per un terzo della sua superficie. Figure 3 shows the results of an experimental test carried out with a photovoltaic source composed of a PhotoWatt 1650 photovoltaic panel, which panel includes seventy-two cells, connected in series, and four bypass diodes, one for every eighteen cells. , in which one of said cells is shaded for one third of its surface.
In tale prova sperimentale, è stato utilizzato un microcontrollore di tipo Rabbit Core 4200 e sono stati scelti un valore di corrente, in condizioni di corto circuito della sorgente fotovoltaica, pari a 5,31A, un valore di tensione, in condizione di circuito aperto della sorgente fotovoltaica, pari a 43,2V, ed una capacità 31 del circuito 3 ad impedenza commutata pari a 2,2mF per ottenere la curva I-V in un tempo pari a 35ms. In this experimental test, a Rabbit Core 4200 type microcontroller was used and a current value, in short circuit conditions of the photovoltaic source, equal to 5.31A, a voltage value, in open circuit condition of the photovoltaic source, equal to 43.2V, and a capacitance 31 of the circuit 3 with switched impedance equal to 2.2mF to obtain the I-V curve in a time equal to 35ms.
La figura 3 mostra le curve I-V e P-V relative a detta sorgente fotovoltaica ottenute all'inizio del procedimento di inseguimento, unitamente a tre indicatori, uno di corrente, uno di tensione ed uno di potenza istantanea, che mostrano i valori di corrente, tensione e potenza ad un dato istante di tempo del procedimento di inseguimento. Figure 3 shows the I-V and P-V curves relating to said photovoltaic source obtained at the beginning of the tracking procedure, together with three indicators, one for current, one for voltage and one for instantaneous power, which show the values of current, voltage and power at a given instant of time of the tracking procedure.
Come si vede, sulla curva P-V sono presenti due massimi, un primo massimo in corrispondenza di un valore di tensione pari a circa 20V ed un secondo massimo in corrispondenza di un valore di tensione circa pari a 35V. As can be seen, on the P-V curve there are two maxima, a first maximum corresponding to a voltage value of approximately 20V and a second maximum corresponding to a voltage value of approximately 35V.
Dalla curva P-V si evince che il massimo assoluto è quello in corrispondenza del valore di tensione di circa 20V in quanto la potenza associata a detto valore è pari a circa 75W ed è maggiore della potenza, pari a circa 50W, che è associata al valore di tensione circa pari a 35V. From the P-V curve it can be seen that the absolute maximum is that corresponding to the voltage value of about 20V since the power associated with this value is equal to about 75W and is greater than the power, equal to about 50W, which is associated with the value of voltage approximately equal to 35V.
Dagli indicatori di corrente e di tensione, è possibile vedere come una potenza istantanea di circa 77W sia associata ad un valore di tensione pari a circa 20V. From the current and voltage indicators, it is possible to see how an instantaneous power of about 77W is associated with a voltage value of about 20V.
Pertanto, il sistema di inseguimento, oggetto dell'invenzione, insegue effettivamente il punto di massima potenza. Therefore, the tracking system, object of the invention, actually tracks the point of maximum power.
Vantaggiosamente, come già accennato, il sistema oggetto dell'invenzione insegue il punto di massima potenza in tutte le condizioni ambientali cui è sottoposta la sorgente fotovoltaica in modo che quest'ultima possa produrre la massima quantità di energia elettrica. Advantageously, as already mentioned, the system object of the invention tracks the point of maximum power in all the environmental conditions to which the photovoltaic source is subjected so that the latter can produce the maximum quantity of electrical energy.
Un ulteriore vantaggio è dato dal fatto che la produzione di energia elettrica è costante, salvo un intervallo di tempo estremamente ridotto, dell'ordine di grandezza di millisecondi, necessario al tracciamento della curva I-V. Infatti, a differenza dei sistemi noti in cui il tempo di mancata erogazione di corrente da parte della sorgente fotovoltaica è di decine di secondi, con il sistema di inseguimento, oggetto dell'invenzione, tale tempo è ridotto a millisecondi, tipicamente al di sotto dei 50ms. A further advantage is given by the fact that the production of electrical energy is constant, except for an extremely short time interval, of the order of magnitude of milliseconds, which is necessary to trace the I-V curve. In fact, unlike known systems in which the time of failure to supply current by the photovoltaic source is tens of seconds, with the tracking system, object of the invention, this time is reduced to milliseconds, typically below the 50ms.
Ancora un vantaggio è dato dalla possibilità di individuare in breve tempo possibili malfunzionamenti o la eventuale mancanza di una adeguata manutenzione, che riducono in maniera significativa la produzione di energia elettrica. Another advantage is given by the possibility of identifying in a short time possible malfunctions or the possible lack of adequate maintenance, which significantly reduce the production of electricity.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention has been described by way of illustration, but not of limitation, according to a preferred embodiment thereof, but it is to be understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection, such as defined by the attached claims.
Claims (11)
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| IT000663A ITRM20100663A1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | TRACKING SYSTEM OF THE MAXIMUM POWER POINT OF A PHOTOVOLTAIC SOURCE. |
Applications Claiming Priority (1)
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| IT000663A ITRM20100663A1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | TRACKING SYSTEM OF THE MAXIMUM POWER POINT OF A PHOTOVOLTAIC SOURCE. |
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| ITRM20100663A1 true ITRM20100663A1 (en) | 2012-06-16 |
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ID=43737295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000663A ITRM20100663A1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | TRACKING SYSTEM OF THE MAXIMUM POWER POINT OF A PHOTOVOLTAIC SOURCE. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | ITRM20100663A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6111767A (en) * | 1998-06-22 | 2000-08-29 | Heliotronics, Inc. | Inverter integrated instrumentation having a current-voltage curve tracer |
| US20040264225A1 (en) * | 2003-05-02 | 2004-12-30 | Ballard Power Systems Corporation | Method and apparatus for determining a maximum power point of photovoltaic cells |
| US20060164065A1 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Linear Technology Corporation | System and method for tracking a variable characteristic through a range of operation |
-
2010
- 2010-12-15 IT IT000663A patent/ITRM20100663A1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6111767A (en) * | 1998-06-22 | 2000-08-29 | Heliotronics, Inc. | Inverter integrated instrumentation having a current-voltage curve tracer |
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| US20060164065A1 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Linear Technology Corporation | System and method for tracking a variable characteristic through a range of operation |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
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| FEMIA N ET AL: "A Technique for Improving P&O MPPT Performances of Double-Stage Grid-Connected Photovoltaic Systems", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, USA, vol. 56, no. 11, 1 November 2009 (2009-11-01), pages 4473 - 4482, XP011275809, ISSN: 0278-0046, DOI: 10.1109/TIE.2009.2029589 * |
| PATEL H ET AL: "Maximum Power Point Tracking Scheme for PV Systems Operating Under Partially Shaded Conditions", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, USA, vol. 55, no. 4, 1 April 2008 (2008-04-01), pages 1689 - 1698, XP011203288, ISSN: 0278-0046 * |
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