Максимальное отслеживание точек питания

Максимальное отслеживание точек питания ( MPPT ), [ 1 ] [ 2 ] или иногда просто отслеживание точек питания ( PPT ), [ 3 ] [ 4 ] метод, используемый с переменными источниками мощности, для максимизации извлечения энергии в зависимости от условий варьируется [ 5 ] Полем Техника чаще всего используется с фотоэлектрическими (PV) солнечными системами, но также может использоваться с ветряными турбинами , оптической передачей мощности и термофотоволтаейкой .
Солнечные системы PV имеют различные отношения с инверторными системами, внешними сетками, батареи и другими электрическими нагрузками. [ 6 ] Центральная проблема, решаемая MPPT, заключается в том, что эффективность передачи мощности от солнечного элемента зависит от количества доступного солнечного света, затенения, температуры солнечной панели и электрических характеристик нагрузки . Поскольку эти условия различаются, характеристика нагрузки ( импеданс ), которая дает самые высокие изменения передачи мощности. Система оптимизирована, когда характеристика нагрузки изменяется, чтобы поддерживать передачу мощности при самой высокой эффективности. Эта оптимальная характеристика нагрузки называется максимальной точкой мощности (MPP). MPPT - это процесс регулировки характеристики нагрузки при изменении условий. Схемы могут быть разработаны для представления оптимальных нагрузок в фотоэлектрические ячейки, а затем преобразовать напряжение, ток или частоту в соответствии с другими устройствами или системами.
солнечных элементов Нелинейная взаимосвязь между температурой и общей резистентностью может быть проанализирована на основе кривой текущего напряжения (IV) и кривых напряжения силы (PV). [ 7 ] [ 8 ] MPPT Образцы выборочных выходов и применяют правильное сопротивление (нагрузку), чтобы получить максимальную мощность. [ 9 ] Устройства MPPT обычно интегрируются в систему электрического преобразователя питания , которая обеспечивает преобразование, фильтрацию и регулирование напряжения или тока для управления различными нагрузками, включая сетки питания, батареи или двигатели. Солнечные инверторы преобразуют мощность постоянного тока в мощность переменного тока и могут включать MPPT.
Мощность в MPP (P MPP ) является продуктом напряжения MPP (V MPP ) и тока MPP (I MPP ).
В целом, кривая PV частично затененной солнечной батареи может иметь несколько пиков, а некоторые алгоритмы могут застрять в локальном максимуме, а не в глобальном максимуме кривой. [ 10 ]
Фон
[ редактировать ]
Фотоэлектрические клетки имеют сложную связь между их рабочей средой и мощностью , которую они производят. Нелинейная кривая IV, характерная для данной ячейки в конкретной температуре и условиях инсоляции, может функционально характеризоваться коэффициентом заполнения ( FF ). Коэффициент заполнения определяется как отношение максимальной мощности от ячейки к произведению напряжения открытой цепи V OC и тока короткого замыкания I SC . Табличные данные часто используются для оценки максимальной мощности, которую ячейка может обеспечить с оптимальной нагрузкой в заданных условиях:
- .
Для большинства целей FF , V OC и I SC являются достаточно информацией, чтобы дать полезное приблизительное представление о электрическом поведении ячейки в типичных условиях.
Для любого данного набора условий ячейки имеют единую рабочую точку, где значения тока ( i ) и напряжения ( v ) ячейки позволяют максимально выходной мощности . [ 11 ] Эти значения соответствуют конкретному сопротивлению нагрузки , которое равно V / i, как указано в законе Ома . Сила P определяется как p = vi .
Фотоэлектрическая ячейка для большинства его полезной кривой действует как источник постоянного тока . [ 12 ] Тем не менее, в области MPP фотоэлектрической клетки ее кривая имеет приблизительно обратную экспоненциальную связь между током и напряжением. От теории базовой схемы, оптимизированная мощность к устройству (MPP), где производная (графически, наклон) DI/DV кривой IV равна и противоположна отношению I/V (где d P/DV = 0) [ 13 ] и соответствует «колену» кривой.
Нагрузка с сопротивлением r = v/i, равная взаимному значению, получает максимальную мощность от устройства. Это иногда называют «характерным сопротивлением» клетки. Это динамическая величина, которая меняется в зависимости от уровня освещения, а также других факторов, таких как температура и состояние ячейки. Более низкое или более высокое сопротивление уменьшает выходную мощность. Максимальные трекеры точки мощности используют управляющие схемы или логику для определения этой точки.

Если доступна полная кривая напряжения мощности (PV), то максимальная точка мощности может быть получена с использованием метода раздела .
Выполнение
[ редактировать ]При непосредственном соединении нагрузки к ячейке рабочая точка панели редко при пиковой мощности. Импеданс, наблюдаемый панелью, определяет его рабочую точку. Установка правильного импеданса достигает пиковой мощности. Поскольку панели представляют собой устройства постоянного тока, преобразователи DC-DC преобразуют импеданс одной цепи (источник) в другую цепь (нагрузку). Изменение соотношения обязанности преобразователя DC-DC изменяет импеданс (отношение обязательств), наблюдаемое ячейкой. IV кривая панели может быть значительно повлиять на атмосферные условия, такие как излучение и температура.
Алгоритмы MPPT Часто выборочные напряжения панели и токи, затем соответствующим образом регулируют соотношение обязательств. Микроконтроллеры реализуют алгоритмы. Современные реализации часто используют более сложные компьютеры для аналитики и прогнозирования нагрузки.
Классификация
[ редактировать ]Контроллеры могут следовать нескольким стратегиям для оптимизации выходной мощности. MPPT могут переключаться между несколькими алгоритмами, как диктуют условия. [ 14 ]
Нарушать и наблюдать
[ редактировать ]В этом методе контроллер регулирует напряжение из массива на небольшое количество и измеряет мощность; Если мощность увеличивается, дальнейшие корректировки в этом направлении опробованы до тех пор, пока питание больше не увеличится. Это называется Operurd and Simber (P & O) и является наиболее распространенным, хотя этот метод может привести к колебаниям выходной мощности. [ 15 ] [ 16 ] Это также называется методом подъема холма , потому что он зависит от подъема кривой энергии против напряжения ниже максимальной точки мощности и падения выше этой точки. [ 17 ] Развлечение и наблюдение является наиболее часто используемым методом из -за его простоты реализации. [ 15 ] Метод возмущения и наблюдения может привести к эффективности верхнего уровня, при условии, что принята надлежащая предсказательная и адаптивная стратегия восхождения на холм. [ 18 ] [ 19 ]
Постепенная проводимость
[ редактировать ]В этом методе контроллер измеряет инкрементный ток и изменения напряжения для прогнозирования влияния изменения напряжения. Этот метод требует большего количества вычислений в контроллере, но может отслеживать условия изменения быстрее, чем P & O. Выход мощности не колеблется. [ 20 ] Он использует постепенную проводимость ( ) фотоэлектрического массива для вычисления признака изменения мощности относительно напряжения ( ). [ 21 ] Метод инкрементной проводимости вычисляет MPP путем сравнения инкрементной проводимости ( ) до проводимости массива ( ) Когда эти два одинаковы ( ), выходное напряжение - напряжение MPP. Контроллер поддерживает это напряжение до тех пор, пока облучение не будет изменено, и процесс не будет повторен.
Метод инкрементной проводимости основан на наблюдении, что в MPP, и это Полем Ток из массива может быть выражен как функция напряжения:
- .
Поэтому, Полем Установка этого равным нулевым урожаям: Полем Следовательно, MPP достигается, когда постепенная проводимость равна отрицательной от мгновенной проводимости. Характеристика кривой напряжения мощности показывает, что: когда напряжение меньше MPP, , так ; Когда напряжение больше, чем MPP, или Полем Таким образом, трекер может знать, где он находится на кривой напряжения энергии, расчетате соотношение изменения тока/напряжения и самого тока.
Текущий разверток
[ редактировать ]Текущий метод развертки использует форму волны для тока массива, так что IV Характеристика PV -массива получает и обновляется с фиксированными интервалами времени. Тогда напряжение MPP может быть рассчитано из характерной кривой с теми же интервалами. [ 22 ] [ 23 ]
Постоянное напряжение
[ редактировать ]Методы постоянного напряжения включают в себя то, в котором выходное напряжение регулируется постоянным значением при всех условиях, и то, в котором выходное напряжение регулируется на основе постоянного отношения к измеренному напряжению схемы открытой схемы ( ) Последняя техника также может быть помечена методом «открытого напряжения». [ 24 ] Если выходное напряжение сохраняется постоянным, нет попыток отслеживать MPP, поэтому оно не является строго методом MPPT, хотя он функционирует в тех случаях, когда отслеживание MPP имеет тенденцию к сбону, и, таким образом, его иногда используется дополнительным. В методе открытого напряжения подача питания на мгновение прерывается, и измеряется напряжение открытого круга с нулевым током. Затем контроллер возобновляет работу с напряжением, контролируемого при фиксированном соотношении, например, 0,76, напряжения открытого круга . [ 25 ] Обычно это значение, которое было предопределено как MPP, либо эмпирически, либо на основе моделирования, для ожидаемых условий работы. [ 20 ] [ 21 ] Таким образом, эксплуатационная точка массива хранится рядом с MPP, регулируя напряжение массива и соответствуя его фиксированному эталонному напряжению Полем Ценность может быть выбран для обеспечения оптимальной производительности относительно других факторов, а также MPP, но центральная идея заключается в том, что определяется как отношение к Полем Одним из неотъемлемых приближений в методе является то, что отношение напряжения MPP к только приблизительно постоянно, поэтому он оставляет место для дальнейшей возможной оптимизации.
Температурный метод
[ редактировать ]Этот метод оценивает напряжение MPP ( ) путем измерения температуры солнечного модуля и сравнения его с ссылкой. [ 26 ] Поскольку изменения уровней облучения оказывают незначительное влияние на напряжение MPP, его влияние можно игнорировать - предполагается, что напряжение линейно варьируется с температурой.
Этот алгоритм вычисляет следующее уравнение:
- ,
где:
- является напряжением на максимальной точке мощности для данной температуры;
- это эталонная температура;
- измеренная температура;
- температурный коэффициент (Доступно в таблице данных ).
Преимущества
[ редактировать ]- Простота: этот алгоритм решает одно линейное уравнение. Следовательно, это требует мало вычислений.
- Может быть реализован как аналоговая или цифровая схема.
- Поскольку температура меняется медленно со временем, колебания и нестабильность являются нефакторами.
- Низкая стоимость: датчики температуры обычно дешевы.
- Устойчиво против шума .
Недостатки
[ редактировать ]- Ошибка оценки может не быть незначительной для низких уровней облучения (например, ниже 200 Вт/м. 2 ).
Сравнение методов
[ редактировать ]Как P & O, так и инкрементная проводимость являются примерами методов «подъем на холм», которые могут найти локальный максимум кривой мощности для рабочего состояния массива и, таким образом, обеспечить истинный MPP. [ 7 ] [ 17 ] [ 20 ]
P & O создает колебания выходной мощности вокруг максимальной точки мощности даже при излучении устойчивого состояния.
Польшемальная проводимость может определить максимальную точку мощности без колебаний. [ 15 ] Он может выполнять MPPT в быстро изменяющихся условиях облучения с более высокой точностью, чем P & O. [ 15 ] Тем не менее, этот метод может вызывать колебания и может быть беспорядочно работать при быстро меняющихся атмосферных условиях. Частота выборки уменьшается из -за более высокой сложности алгоритма по сравнению с P & O. [ 21 ]
В методе постоянного отношения напряжения (или «открытого напряжения») энергия может быть потеряна в течение времени, когда ток устанавливается на ноль. [ 21 ] Приближение 76% как Соотношение не обязательно точное. [ 21 ] Несмотря на то, что прерывания снижают эффективность массива простым и недорогим, снижают эффективность массива и не гарантируют поиск фактического MPP. Однако эффективность некоторых систем может достигать 95%. [ 25 ]
Размещение
[ редактировать ]Традиционные солнечные инверторы выполняют MPPT для всего массива. В таких системах тот же ток, продиктованный инвертором, течет через все модули в строке (серия). Потому что разные модули имеют разные кривые IV и разные MPP (из -за толерантности к производству, частичного затенения, [ 27 ] и т. Д.) Эта архитектура означает, что некоторые модули будут работать ниже их MPP, эффективность стоимости. [ 28 ]
Вместо этого MPPT могут быть развернуты для отдельных модулей, что позволяет каждому работать с пиковой эффективностью, несмотря на неравномерное затенение, загрязнение или несоответствие электрическим.
Данные предполагают, что наличие одного инвертора с одним MPPT для проекта, который имеет идентичное количество модулей, обращенных на восток и запад, не представляет недостатков по сравнению с двумя инверторами или одним инвертором с более чем одним MPPT. [ 29 ]
Работа батареи
[ редактировать ]Ночью, не сетчатая фотоэлектрическая система может использовать батареи для подачи нагрузок. Хотя полностью заряженное напряжение аккумулятора может быть близко к напряжению MPP -панели PV, это вряд ли будет верно на рассвете, когда аккумулятор частично разряжен. Зарядка может начинаться с напряжения, значительно ниже напряжения MPP PV, и MPPT может разрешить это несоответствие.
Когда батареи полностью заряжены, а производство PV превышает локальные нагрузки, MPPT больше не может управлять панелью на своем MPP, поскольку избыточная мощность не имеет нагрузки для ее поглощения. Затем MPPT должен сдвинуть рабочую точку PV вдали от пиковой мощности, пока производство не соответствует спросу. (Альтернативный подход, обычно используемый в космическом корабле, состоит в том, чтобы отвлечь мощность PV в резитивную нагрузку, позволяя панели постоянно работать в своей пиковой точке мощности, чтобы сохранить панель максимально прохладной. [ 30 ] )
В системе, подключенной к сетке, в сетку отправляются все поставляемые мощности из солнечных модулей. Следовательно, MPPT в системе подключенной к сети всегда пытается работать в MPP.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Seyedmahmoudian, M.; Horan, B.; Вскоре, Т. Кок; Рахмани, Р.; Чем Оо, А. Муанг; Mekhilef, S.; Stojcevski, A. (2016-10-01). «Современные методы MPPT на основе искусственного интеллекта для смягчения частичных эффектов затенения на PV-систем-обзор». Возобновляемые и устойчивые обзоры энергии . 64 : 435–455. doi : 10.1016/j.rser.2016.06.053 .
- ^ Seyedmahmoudian, Mehdi; Хоран, Бен; Рахмани, Расул; Маунг, чем Оо, Аман; Stojcevski, Alex (2016-03-02). «Эффективная фотоэлектрическая система максимальной отслеживания мощности с использованием новой техники» . Энергии . 9 (3): 147. doi : 10.3390/en9030147 . HDL : 10536/dro/du: 30083526 .
- ^ «Что такое максимальное отслеживание точек питания (MPPT)» . Северная Аризона Вин и Солнце .
- ^ Али, Али Наср Аллах; Саид, Мохамед Х.; Мостафа, м; Abdel-Moneim, TM (2012). «Обзор максимальных методов PPT PV -систем». 2012 IEEE EnergyTech . С. 1–17. doi : 10.1109/EnergyTech.2012.6304652 . ISBN 978-1-4673-1835-8 Полем S2CID 10207856 .
- ^ Фераун, Хабиб; Фазилат, Мехди; Dermouche, reda; Бентуба, сказал; Таджин, Мохамед; Zioui, Nadjet (2024-12-01). «Квантовая максимальная отслеживание точек мощности (QMPPT) для оптимальной экстракции солнечной энергии» . Системы и мягкие вычисления . 6 : 200118. DOI : 10.1016/j.sasc.2024.200118 . ISSN 2772-9419 .
- ^ Seyedmahmoudian, M.; Рахмани, Р.; Mekhilef, S.; Маунг, чем оо, а.; Stojcevski, A.; Вскоре Тей Кок; Гандхари, А.С. (2015-07-01). «Моделирование и аппаратная реализация новой техники максимальной отслеживания мощности для частично затененной фотоэлектрической системы с использованием гибридного метода DEPSO». IEEE транзакции на устойчивую энергию . 6 (3): 850–862. Bibcode : 2015itse .... 6..850s . doi : 10.1109/tste.2015.2413359 . ISSN 1949-3029 . S2CID 34245477 .
- ^ Jump up to: а беременный Seyedmahmoudian, Mohammadmehdi; Мохамади, Араш; Kumary, Swarna (2014). «Сравнительное исследование процедуры и состояния искусства обычных методов максимального отслеживания мощности для фотоэлектрической системы» . Международный журнал компьютерного и электротехники . 6 (5): 402–414. doi : 10.17706/ijcee.2014.v6.859 .
- ^ Seyedmahmoudian, Mohammadmehdi; Мехилеф, Саад; Рахмани, Расул; Юсоф, Рубия; Renani, Ehsan Taslimi (2013-01-04). «Аналитическое моделирование частично затененных фотоэлектрических систем» . Энергии . 6 (1): 128–144. Doi : 10.3390/en6010128 . HDL : 10536/dro/du: 30080850 .
- ^ Surawdhaniwar, Sonali; Диван, Ритеш (июль 2012 г.). «Изучение максимального отслеживания точек мощности с использованием метода возмущения и наблюдения». Международный журнал передовых исследований в области вычислительной техники и технологий . 1 (5): 106–110.
- ^ Баба, Али Омар; Лю, Гуангу; Чен, Xiaohui (2020). «Классификация и оценка обзор методов максимального отслеживания точек мощности» . Устойчивое будущее . 2 : 100020. DOI : 10.1016/j.sftr.2020.100020 . S2CID 219879843 .
- ^ Seyedmahmoudian, Mohammadmehdi; Мехилеф, Саад; Рахмани, Расул; Юсоф, Рубия; Shojaei, Ali Asghar (2014-03-01). «Максимальное отслеживание точек мощности частичного фотоэлектрического массива с использованием эволюционного алгоритма: техника оптимизации роя частиц». Журнал возобновляемой и устойчивой энергии . 6 (2): 023102. DOI : 10.1063/1.4868025 . HDL : 1959,3/440382 . ISSN 1941-7012 .
- ^ 2011 (PDF )
- ^ Сме, Саймон М. (1981). Физика полупроводниковых устройств (2 -е изд.). Уайли. п. 796 . ISBN 9780471056614 .
- ^ Rahmani, R.; Seyedmahmoudian, m.;, Mekhilef, S.; Yusof, R.; 2013. Реализация контроллера отслеживания точек мощности нечеткой логики для фотоэлектрической системы. Американский журнал прикладных наук, 10: 209-218.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый «Максимальное отслеживание точек питания» . Zone.ni.com . Архивировано из оригинала 2011-04-16 . Получено 2011-06-18 .
- ^ «Расширенный алгоритм для управления фотоэлектрической системой MPPT» (PDF) . Solarbuildings.ca. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-19 . Получено 2013-12-19 .
- ^ Jump up to: а беременный Hohm, DP; ROPP, ME (2003). «Сравнительное исследование алгоритмов максимального отслеживания мощности» . Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения . 11 : 47–62. doi : 10.1002/pip.459 . S2CID 10668678 .
- ^ «Улучшение производительности максимального отслеживания точек мощности возмущение и наблюдение» . actapress.com. 2006-03-09 . Получено 2011-06-18 .
- ^ Чжан, Q.; Ху, С.; Chen, L.; Амирахмади, а.; Kutkut, N.; Batarseh, I. (2014). «Метод MPPT итерации центральной точки с применением на частотно-модулированном микроинвертере LLC». IEEE транзакции на электронике . 29 (3): 1262–1274. BIBCODE : 2014ITPE ... 29.1262Z . doi : 10.1109/tpel.2013.2262806 . S2CID 29377646 .
- ^ Jump up to: а беременный в «Оценка методов максимального отслеживания точек мощности на основе микроконтроллера с использованием платформы DSPACE» (PDF) . itee.uq.edu.au. Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-26 . Получено 2011-06-18 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и «Алгоритмы MPPT» . Powerelectronics.com. Апрель 2009 г. Получено 2011-06-10 .
- ^ Эсрам, Тришан; Чепмен, PL (2007). «Сравнение методов максимального отслеживания мощности фотоэлектрического массива». IEEE транзакции на преобразование энергии . 22 (2): 439–449. Bibcode : 2007itenc..22..439e . doi : 10.1109/tec.2006.874230 . S2CID 31354655 .
- ^ Бодур, Мехмет; Эрмис, М. (1994). «Максимальное отслеживание точек мощности для фотоэлектрических солнечных панелей с низкой мощностью». Труды Мелекон '94. Средиземноморская электротехническая конференция . С. 758–761. doi : 10.1109/melcon.1994.380992 . ISBN 0-7803-1772-6 Полем S2CID 60529406 .
- ^ «Сравнение энергии методов MPPT для PV -систем» (PDF) . Wseas . Получено 2011-06-18 .
- ^ Jump up to: а беременный Ferdous, SM; Мухаммед, Махир Асиф; Насрулла, Фархан; Переке, Ахмед Мортуза; Muttalib, Azmshahriar (2012). 7 -я Международная конференция 2012 года по электрической и компьютерной инженерии Стр. 908–9 Doi : 10.1109/ icece.2012.6471698 ISBN 978-1-4673-1436-7 Полем S2CID 992906 .
- ^ Коэльо, Роберто Ф.; Concer, Filipe M.; Мартинс, Денизар С. (декабрь 2010 г.). «Подход MPPT, основанный на измерениях температуры, применяемых в фотоэлектрических системах» . 2010 IEEE Международная конференция по устойчивым энергетическим технологиям (ICSET) . IEEE. С. 1–6. doi : 10.1109/icset.2010.5684440 . ISBN 978-1-4244-7192-8 .
- ^ Seyedmahmoudian, m.; Mekhilef, S.; Рахмани, Р.; Yusof, R.; Renani, et аналитическое моделирование частично затененных фотоэлектрических систем. Энергии 2013, 6, 128-144.
- ^ «Переверните свое мышление: вытеснение большей власти из ваших солнечных батарей» . blogss.sientificamerican.com . Получено 2015-05-05 .
- ^ «Interpv.net - Global Photovoltaic Business Magazine» . Interpv.net .
- ^ «Солнечный элемент - почему желательно, чтобы отвлечь мощность PV в резитивную нагрузку?» Полем Электротехническая инженерная обмен .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Bialasiewicz, JT (июль 2008 г.). «Возобновляемые энергетические системы с фотоэлектрическими генераторами питания: работа и моделирование». IEEE транзакции по промышленной электронике . 55 (7): 2752–2758. doi : 10.1109/tie.2008.920583 . S2CID 20144161 .
- Попони, Даниэле (апрель 2003 г.). «Анализ путей диффузии для фотоэлектрической технологии на основе кривых опыта». Солнечная энергия . 74 (4): 331–340. Bibcode : 2003soen ... 74..331p . doi : 10.1016/s0038-092x (03) 00151-8 .
- Markdrt, Thomas, ed. (Июль 2000 г.). Солнечное электричество (2 -е изд.). Wderate. стр. 298 Ингн 978-0-471-98852-6 .
Внешние ссылки
[ редактировать ] СМИ, связанные с максимальным трекером Power Point в Wikimedia Commons