带蓄电池的光伏系统中MPPT充电效果理论分析概要.docVIP

第27卷　第12期 2006年12月太　阳　能　学　报ACTAENERGIAESOLARISSINICAVol127,No112Dec.,2006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 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、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:A 0　前　言 、 ,这也就是理论和 。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1　蓄电池充电时I2V曲线 Fig11　Chargingcharacteristicofstoragebattery 　　收稿日期:2005208213 　　基金项目:2004年国家十五攻关项目(2004BA411A09;2004BA411A19)图2　太阳电池组件在不同温度下的I2V曲线Fig12　I2Vcurveofsolarmodulewithdifferenttemperature 12期陈　维等:带蓄电池的光伏系统中MPPT充电效果理论分析　1197 区间没有真正工作在最大功率点,造成太阳电池以———入射角,太阳辐射与所研究表面法线间的夹角; 及蓄电池配置容量增加,增大了光伏系统的成本。θ——太阳天顶角;———纬度;δ———赤纬,当天赤z—采用MPPT控制技术在温差变化较大的场合,特别纬角为在太阳时正午,太阳光线与赤道平面的夹角;是对于冬、夏以及全日温差较大的地区有明显的技α———太阳高度角;γ———表面方位角,所研究表面术意义。MPPT跟踪可以挽回由于温度变化而导致法线水平面的投影与正北方向的夹角;γs———太阳的系统失配损失,能有效提高太阳电池的输出。方位角,太阳辐射水平面的投影与正北方向的夹角。 然而,MPPT电路也要消耗一部分电能,存在转换112　负载特性效率的问题,在使用MPPT增大对蓄电池充电时,必须在配有蓄电池的光伏系统中,太阳电池方阵向使增加的能量大于MPPT自身损耗的能量,否则采用蓄电池充电,蓄电池又通过负载放电。蓄电池的充MPPT就失去意义。本文通过数学模型模拟计算的方放电伏安特性可以表示为: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。 VL=VB+ILRb (2) 式中,VB———蓄电池内电动势R—蓄电池的内阻。 1131　计算模型 111　倾斜面辐照模型 小时接受到的平均光强、负载特性决定。定倾角安装,] 面上的相应值的天空散射各向异性模型常用于此目的,其表达式为: HT=HBRB+HD[RBHBΠH0+015(1-HBΠH0)　　　 )]+015ρβ)(1+cosβH(1-cos (1) ,Ns块太阳电池连,Kirchoff定律: IL=Iph-Id-Ish Iph= (3) 1000 ISC0(1+RSΠRSH) Id=I0exp[q(VL+ILRS)ΠNKTNS]-I0Ish=(VL+ILRS)Π RSH 式中,Iph———太阳电池的光生电流;I0———太阳电池的暗电流,包括N、P型区的扩散电流、结区的复合 -5 电流等,I0=3186×10A;q———电子电荷;IL———电池的输出电流;VL———太阳电池的输 出电压; K———波尔兹曼常数;T———绝对温度。 θθRB=coscosiΠz 入射角: -1 θβ+sinθβ)[2]　[cosθcos(γs-γi=coszcoszsin天顶角: -1[3] θ　[sinδsin+cosδcoscos