CN102253682B - 一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法 - Google Patents

一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法 Download PDF

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Abstract

一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法，是为了解决曲面光伏电池上各个点的最大功率点不同，光伏系统采用一个MPPT控制将造成功率损失的技术问题。采用将每个光电转换单元或小块平面光伏电池都连接一个MPPT控制器，使组成光伏电池的各单元都工作在最大功率点上；对于有规则形状的曲面光伏电池，不需要对每一个光电转换单元或小块平面光伏电池最大功率点逐一计算，采用总控制器与分控制器相结合的计算方法，通过最佳倾角处对应的MPPT分控制器计算出此处的最大功率点，再通过总控制器计算曲面上任意点处最大功率点电压或占空比值的递推关系，将得出各个最大功率点的占空比送入各个分控制器中。特点及有益效果：提高了光伏系统的发电效率，降低了整个系统的成本。

Description

一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法
技术领域：
本发明涉及一种光伏电池的控制方法，尤其涉及一种光伏电池的最大功率点跟踪(简称MPPT)控制方法。属于太阳能光伏控制领域。
背景技术：
太阳能作为一种新能源，应用领域已越来越广泛。我国还有许多地区距离电网较远，处于缺电状态，特别是在原生态旅游、边远地区，生活照明用电更加困难，而利用太阳能发电解决这一问题被认为是最佳的选择方案。但由于光伏产品存在着光电转换效率低且成本高的问题，严重影响了光伏产业的发展，因此提高光伏系统效率具有重要的实际意义。而MPPT可以有效提高光伏系统的效率，目前已得到业内人士的认同，并已应用于光伏并网发电系统。但在光伏与建筑一体化等光伏产品应用中，常常遇到曲面屋顶的情况，整个系统采用一个MPPT对于这种曲面安装的情况不适宜，由于曲面上各点的最大功率点均不同，因此整个系统采用一个MPPT的控制方法的转换效率很低，效果非常不理想，难以推广应用。
发明内容：
本发明为了解决现有整个光伏系统采用一个MPPT控制，不适用于曲面光伏电池上各个点的倾角不同，最大功率点不同使转换效率很低，造成功率损失难以推广应用，直接影响了光伏产业发展的技术问题，针对曲面屋顶或不规则的情况发明了一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法。在光伏电池的制作过程中，光伏电池由各个光电转换单元或小块平面光伏电池串联和并联构成，该控制方法采用将每个光电转换单元或小块平面光伏电池都连接一个最大功率点跟踪控制器，使光伏电池的各个光电转换单元或小块平面光伏电池都工作在最大功率点上；对于有规则形状的曲面光伏电池，采用总控制器与分控制器相结合的计算方法，选取曲面上等于最佳倾角的光电转换单元或小块平面光伏电池作为种子点，通过与其相对应的MPPT分控制器计算出此处的最大功率点，通过总控制器建立曲面上任意点处最大功率点电压或占空比值与种子点处最大功率点电压或占空比值的递推关系，将得出的各个光电单元或小块平面光伏电池的最大功率点处的占空比送入各个MPPT分控制器中，再送入各个分控制器的场效应管中，实现最大功率点跟踪控制。不需要对每一个光电转换单元或小块平面光伏电池最大功率点逐一计算。
本发明的特点及有益效果：
由于本发明主要采用了将光伏电池内部的每个光电转换单元或小块平面光伏电池连接一个MPPT控制器的控制方法，提高了发电效率。虽然由于MPPT控制器的增加，而增加了成本，但增加的都是价格低廉的电子元件，相对于价格昂贵的光伏电池，整个系统的成本要降低得很多。这对太阳能的开发与应用具有重要的意义。
本发明与以往的MPPT方法的不同之处在于：本方法在光伏电池的制作过程中加入了MPPT控制，提高了光伏电池每个光电转换单元或小块平面光伏电池的发电效率，而原来的MPPT控制方法，是整个光伏系统采用一个MPPT控制，此控制方法适用于曲面光伏电池，由于曲面光伏电池上各个点的倾角都不同，因此各点具有不同的最大功率点，如果仍然采用一个MPPT控制，将造成许多功率损失，采用本发明可以提高系统的发电效率。
附图说明
图1本发明的总体结构示意图
图2光电转换单元连接一个MPPT控制器示意图
图3小块平面光伏电池连接一个MPPT控制器示意图
图4MPPT最大功率点跟踪示意图
具体实施方式：
参看图2，一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法，光伏电池由各个光电转换单元串联和并联构成，该控制方法采用将每个光电转换单元都连接一个最大功率点跟踪控制器，使光伏电池的各个光电转换单元都工作在最大功率点上。
参看图3，一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法，曲面光伏电池由小块平面光伏电池拼接而成，该控制方法采用将每个小块平面光伏电池都连接一个最大功率点跟踪控制器，使光伏电池的每个小块平面光伏电池都工作在最大功率点上。
参看图4，所述MPPT最大功率点跟踪控制电路主要由光电转换单元或小块平面光伏电池、MPPT控制器、场效应管、快速恢复二极管、电容1、电容2、电感组成。通过电流互感器、电压互感器得到光电转换单元或小块平面光伏电池输出的直流电流和电压模拟信号，并输入到MPPT控制器中，MPPT控制器得到信号并根据MPPT算法计算得到输出功率最大时的电压值和占空比，将占空比变为PWM信号输出到场效应管的控制端，从而调节电感、电容1和电容2的充放电时间，最终使光电转换单元或小块平面光伏电池的输出电压等于最大功率点时的电压值；当场效应管导通时，快速恢复二极管使电容2的高电压不会反向流到场效应管中。
参看图1，根据每个光电转换单元或小块平面光伏电池在曲面上的弧度特征、空间位置、以及当地的最佳倾角等参数，采用总控制器与分控制器相结合的计算方法，选取曲面上等于最佳倾角的光电转换单元或小块平面光伏电池作为种子点，通过与其相对应的MPPT分控制器计算出此处的最大功率点，通过总控制器建立曲面上任意点处最大功率点电压或占空比值与种子点处最大功率点电压或占空比值的递推关系，将得出的各个光电单元或小块平面光伏电池的最大功率点处的占空比送入各个MPPT分控制器中，再送入各个分控制器的场效应管中，实现最大功率点跟踪控制。不需要对每一个光电转换单元或小块平面光伏电池最大功率点逐一计算。
实施例1
该控制方法的实现：
(1)光伏电池由光电转换单元串联和并联构成。将每个光电转换单元都连接一个最大功率点跟踪控制器，使光伏电池的各个光电转换单元都工作在最大功率点上，从而提高整个光伏电池的发电效率。MPPT控制电路主要由光电转换单元、控制器、场效应管、快速恢复二极管、电容1、电容2、电感2组成。通过电流互感器、电压互感器得到光电转换单元输出的直流电流和电压模拟信号，并输入到控制器中，控制器得到信号并根据MPPT算法计算得到输出功率最大时的占空比，将占空比变为PWM信号输出到场效应管的控制端，从而调节电感、电容1和电容2的充放电时间，最终使光电转换单元的输出电压等于最大功率点时的电压值。当场效应管导通时，快速恢复二极管使电容2的高电压不会反向流到场效应管中。
(2)针对规则曲面光伏电池，不需要对每一个光电转换单元的最大功率点逐一进行计算，而是根据曲面的弧度特征以及光电转换单元在光伏电池的空间位置，通过空间图形之间的相互关系，找出各个光电转换单元的空间角度与最大功率点的电压之间的对应关系，找出各光电转换单元之间相互推导的递推公式，从而，通过计算出一个光电转换单元的最大功率点，就可推导出其它光电转换单元的最大功率点；具体实现步骤如下：
(a)安装时使曲面上至少一点的倾角等于最佳倾角；
(b)给出当地光伏电池最佳倾角，曲面弧度，存入总控制器中；
(c)在总控制器中，根据曲面的弧度，任意点的空间位置，推导出光伏电池曲面上任意点的倾角，计算任意点倾角与最佳倾角的差值；
(d)选取曲面上等于最佳倾角的光电转换单元作为种子点，在此分控制器中，通过电流互感器和电压互感器对电流和电压进行采样，然后选择一种最大功率点跟踪方法进行计算，得出它的最大功率点电压和占空比的值，将得出的占空比值送入场效应管以及总控制器中；
(e)在总控制器中，根据上述得出的差值，建立任意点处最大功率点电压和占空比的值与种子点处最大功率点电压和占空比的值的递推关系，最后将得出的各个光电单元的占空比值送入各个MPPT控制器中，再送入各个控制器的场效应管中，从而使各个光电转换单元输出最大功率。
实施例2
参看图2，对于由小块平面拼接的曲面光伏电池，将每个小块平面光伏电池都连接一个最大功率点跟踪控制器，使光伏电池的每个小块平面都工作在最大功率点上。MPPT控制电路主要由小块平面光伏电池、控制器、场效应管、快速恢复二极管、电容1、电容2、电感2组成。并根据曲面光伏电池的弧度特征、小块平面光伏电池在光伏电池阵列的空间位置及空间图形之间的相互关系，找出各小块平面光伏电池的空间角度与最大功率点的电压之间的对应关系，从而，得到一个小块平面光伏电池的最大功率点，以此推导出其它小块平面光伏电池的最大功率点，从而提高整个光伏电池的发电效率。不需要对每一个小块平面光伏电池最大功率点逐一计算。其它同实施例1。

Claims (2)

1.一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法，光伏电池由各个光电转换单元串联和并联构成或采用曲面光伏电池由小块平面光伏电池拼接而成，该控制方法采用将每个光电转换单元或小块平面光伏电池都连接一个最大功率点跟踪控制器，使光伏电池的各个光电转换单元或小块平面光伏电池都工作在最大功率点上，其特征在于：根据每个光电转换单元或小块平面光伏电池曲面上的弧度特征在电池板的空间位置及空间图形之间的相互关系，在曲面上选取最佳倾角作为种子点；通过总控制器建立曲面上任意点处最大功率点电压或占空比值与种子点处最大功率点电压或占空比值的递推关系，将得出的各个光电转换单元或小块平面光伏电池的最大功率点电压或占空比值送入各个MPPT控制器中,再送入各个控制器的场效应管中，实现最大功率点跟踪控制；不需要对每一个光电转换单元或小块平面光伏电池最大功率点逐一计算。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电池的最大功率点跟踪控制方法，其特征在于：MPPT最大功率点跟踪控制电路主要由光电转换单元或小块平面光伏电池、MPPT控制器、场效应管、快速恢复二极管、电容1、电容2、电感组成；通过电流互感器、电压互感器得到光电转换单元或小块平面光伏电池输出的直流电流和电压模拟信号，并输入到MPPT控制器中，MPPT控制器得到信号并根据MPPT算法计算得到输出功率最大时的电压和占空比，将占空比变为PWM信号输出到场效应管的控制端，从而调节电感、电容1和电容2的充放电时间，最终使光电转换单元或小块平面光伏电池的输出电压等于最大功率点时的电压值；当场效应管导通时，快速恢复二极管使电容2的高电压不会反向流到场效应管中。
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