复杂光照条件下串联光伏阵列特性研究及最大功率跟踪

分析复杂光照条件下旁路二极管的接入对串联光伏阵列输出特性的影响,根据单个光伏模块的数学模型,导出复杂光照条件下串联光伏阵列的数学模型;通过对各种光照条件下串联光伏阵列输出特性的分析研究,总结U-I曲线中呈现恒流源特性的电压区间与不同光照之间存在的关系,提出一种在复杂光照条件下快速追踪串联光伏阵列最大功率点(maximum power point,MPP)的算法,算法能够在复杂光照导致的多个MPP中确定全局最大功率点(global maximum power point,GMPP)。仿真表明,提出的算法能够识别阵列是否处于复杂光照情况下并快速追踪到GMPP。     

一种可提升光伏系统在局部阴影时发电效率的阵列连接策略

为提升光伏系统在局部阴影时发电效率,给出一种光伏组件串联DC/DC变换器作为基本单元进行串并联形成新的光伏阵列形式——分布式直流变换器光伏阵列。将DC/DC选为Buck变换器,通过每一块光伏组件所串联的Buck变换器来跟踪该光伏组件的最大功率,从而实现所有组件在辐照不均匀以及制造差别等因素造成的输出特性不一致时仍能最大功率跟踪,在避免复杂的最大功率跟踪算法的同时显著提升系统发电效率。先对该连接方式进行理论分析,证明这种方法的可行性,然后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,对传统光伏阵列与新的阵列进行对比,结果上课验证所提出的新阵列连接方式能显著提升发电效率。最后,通过实验进一步验证新阵列连接方式的有效性。     

串并联结构太阳电池组件功率仿真及试验研究

结合实际生产特点,将太阳电池组件分为3个区域,通过改变连接方式以实现串联或串并联结构,构建太阳电池组件测试系统。通过数值模拟和试验验证,分析这两种拓扑结构在不同光照阴影下的最大输出功率特点。实测结果表明,在正常情况下,串联和串并联结构最大输出功率基本相同;当某区域有一片被遮挡时,串并联结构比串联结构大9.4%;当某两个区域中各有一片被遮挡时,串并联结构比串联结构大49.1%,当3个区域均有一片电池片被遮挡时,串并联结构比串联结构小5%。研究结果表明,在有部分光照阴影时,串并联结构比串联结构有更大的功率输出。     

基于等功率曲线法的多峰值MPPT算法研究

为实现光伏阵列最大功率跟踪控制技术的优化,首先对不同温度、光照、遮挡模式下的光伏阵列进行建模分析,由输出特性曲线,深入分析遮挡模式对全局最大功率点的影响。提出一种基于等功率曲线法的最大功率跟踪方法,定性解决了陷入局部极值而使得跟踪失败的问题,可提高光伏阵列的输出功率,为多峰值下最大功率点跟踪技术的研究提供了一种新思路。     

聚光光伏电池的热平衡与冷却

建立了聚光条件下光伏电池的热平衡方程及电学特性模型,利用模型对电池的输出特性进行了计算,根据计算结果对传热过程中的热阻及电池的串联内阻对电池的温度、光电转换效率及电能输出功率的影响进行了分析。分析结果表明:电池温度随聚光率的增加而升高,电池效率和输出功率随聚光率的增加先增后降,并存在一个最大输出功率;电池冷却过程的热阻越小、工作温度越低,光电转换效率越高、输出功率越大;电池本身串联内阻越大,电池的效率越低、输出功率越小。根据分析结果提出,要使硅电池在聚光条件下长期高效、稳定安全的运行,必须对电池进行适当的冷却,要尽可能减小电池的串联内阻。     

基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法

光伏发电系统处于复杂光照条件下时,光伏电池阵列的输出特性呈多峰现象,致使传统的MPPT算法追踪结果可能停留在次优点。针对此问题,提出一种基于电压预估法的光伏发电系统MPPT算法,采用DMPPT电路结构的光伏阵列,通过研究其输出特性,得到复杂光照条件下光伏阵列最大功率点对应的工作电压最佳区域,并以该预估到的电压值为基础,设计了一种新型的MPPT控制算法。仿真结果表明,所提算法能有效避免光伏系统工作在次优点,提高了光伏发电的出力。     

典型故障条件下光伏阵列建模与仿真

为实现光伏阵列在典型故障条件下的仿真模拟和数据分析,利用Simulink搭建了局部遮阴、开路、短路和老化条件下的光伏阵列仿真模型。构建2种光伏组件模型,通过实验数据分析,得到精度较高的光伏组件模型;根据光伏阵列故障原理,通过搭建物理接口电路实现优选的光伏组件模型和电阻器之间的串并联,建立光伏阵列故障模型。对光伏阵列故障输出特性进行仿真分析,结果表明,该光伏阵列故障仿真平台便于故障模拟和特性分析,能够直观看出光伏阵列电气参数变化趋势,为研究如何有效地选取电气参数作为故障诊断模型的输入特征变量提供了理论依据。     

聚光热电系统电池阵列特性及关联参数影响

优选出性能较好的空间太阳电池阵列和砷化镓电池阵列进行聚光实验,研究两种电池阵列聚光特性和特性参数受聚光条件影响,对其建立数学模型,分析系统特性受关联参数的影响。实验表明,空间电池阵列I-V特性曲线随聚光比增加变成直线,其填充因子FF也随聚光比增加而减小,效率η先增加后减少,在8.48倍聚光比时达到最高为8.65%;砷化镓电池阵列I-V曲线随聚光比增加保持较好特性,填充因子FF有所下降,η增加。高光强引起温度的升高对电池阵列输出性能有较大影响,且砷化镓电池阵列受到的影响大于空间电池阵列。计算表明,系统特性参数对性能有不同程度的影响,其中,反射镜面光学效率对系统性能影响最大,为系统优化设计首要考虑因素。     

非均匀辐照下TCT结构光伏阵列输出特性研究

网络状连接方式(Total-Cross-Tied,TCT)结构光伏阵列在组件表面辐照度轻度不均匀情况下输出稳定性最优,其阵列输出特性具有重要的研究意义。文章以一种基于Matlab/Simulink中S-Function Builder模块建立的光伏组件仿真模型为基础,从组件电流电压变化的角度分析了TCT结构光伏阵列在非均匀辐照下的输出特性曲线,结果表明:TCT结构光伏阵列在不同失配条件下具有不同输出特点,为以后电站的建设规划与运营维护提供了参考依据。     

基于TCT结构及开关控制的光伏阵列重构

为了提高局部阴影下光伏阵列的发电量,提出一种基于TCT结构的重构方法。该方法从构成光伏阵列的小型方阵内部结构出发,对光伏组件的摆放位置进行调整,推导并计算调整后每一方阵的全局最大功率点。基于开关控制技术,针对重构后由4个方阵构成的不同串并联关系的光伏阵列进行计算,分析光伏阵列受失配效应的影响,确定光伏阵列最佳的连接关系。借助仿真软件,计算重构后的光伏阵列在局部阴影情况下的输出性能,与重构前的光伏阵列进行比较,结果表明:重构后的光伏阵列的输出功率得到较大提高。     

基于S-Function Builder的光伏阵列仿真模型

基于MATLAB/Simulink中的S-Function Builder模块,所建立的光伏组件仿真模型利用C语言将简化的光伏组件数学模型编程,再与其他Simulink模块连接成电路以仿真电路性能。该仿真模型输出结果与户外实测光伏组件电流电压特性曲线比较结果显示出了良好的一致性,最大功率点处误差最大约为1.8%,可满足科研精度的要求。特别是该光伏组件仿真模型还可在Simulink中串联为光伏阵列,并对局部阴影下光伏阵列输出特性进行较好的仿真。     

太阳电池板的建模仿真与微扰并网电流的MPPT实现

在Matlab/Simulink仿真环境下利用S函数,开发了太阳电池板的仿真模型,其通用性较强,仿真速度快.该模型可以模拟不同太阳辐射度、环境温度、以及不同串并联连接时的光伏阵列Ⅰ-Ⅴ特性,与实际太阳电池的工作特性非常接近,在光伏系统的理论分析和工程设计中能提供很大的方便.提出了一种基于微扰并网电流的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法,并对此MPVT算法进行了验证和测试.     

光伏组件与阵列遮挡阴影下的输出特性仿真分析

首先,利用PVsyst模拟了电池板遮挡面积、配置的二极管数目及不同遮挡位置下组件的输出特性,提出了提高光伏组件输出功率的方法;其次,结合长沙某菜市场拟建的光伏电站,利用PVsyst仿真了配置不同的二极管数量及两种布置方式下光伏阵列的输出特性,比较冬至日某个时刻间距阴影遮挡和近处阴影遮挡两种情况下阵列的输出特性。结果表明,对于只有间距阴影遮挡的光伏阵列配置二极管的数量和采用的布置方式对结果的影响非常小;当阵列有严重的近处阴影遮挡时,适当提高配置的二极管数量,PR提高2.3%;竖向布置方式高楼遮挡阴影损失率约为横向布置的1.6倍。     

局部阴影条件下光伏阵列MPPT算法研究

详细分析光伏阵列在均匀光照和局部阴影条件下的分段输出特性,并在此基础上提出一种基于分段模型的全局最大功率点跟踪算法,在局部阴影条件下快速定位全局最大功率点(GMPP)所在分段,再结合优化的增量电导法将工作点收敛于GMPP。通过仿真模型,模拟从均匀光照到局部阴影条件再到均匀光照变化过程中新算法的跟踪效果,结果表明,新算法无论在均匀光照还是在局部阴影条件下,均能准确跟踪到GMPP,且工作点在GMPP附近偏差极小。     

常规太阳电池聚光特性实验

为进一步开发常规电池的聚光光伏系统,采用光强大范围可调的恒光强单脉冲太阳电池测试系统,对室温下聚光强度为1～10kW／m~2和恒定光强下15～110℃条件下常规太阳电池的特性进行了试验测试。结果表明,室温下常规太阳电池的最佳工作点电压V_m和光功率放大系数a随入射光强增加呈现先增后降的趋势,并且串联电阻小的电池下降速度慢,串联电阻大的电池下降速度快；温度对晶体硅太阳电池的工作电压和输出功率相当敏感；在严格控制太阳电池工作温度的条件下,串联电阻小的电池在较宽的聚光范围内可以获得良好的使用效果。     

局部阴影条件下光伏阵列输出特性仿真分析

就局部阴影条件对太阳能光伏电池阵列输出特性的影响规律与程度,建立了局部阴影条件下光伏组件、光伏阵列的数学模型,采用Matlab/Simulink模块做了不同阴影条件下的对比仿真分析。结果表明,局部阴影对光伏阵列输出特性的影响因阴影的数量、分布及光照强度的不同而有所差异。     

局部阴影下光伏阵列的建模与仿真分析

为研究局部阴影效应对光伏发电系统的影响,首先建立了光伏阵列工程数学模型,分析局部阴影条件下光伏阵列的输出特性。为了便于工程分析,该文利用PVSYST软件分析比较单晶硅、多晶硅和薄膜电池等3种不同材料光伏电池在局部阴影条件下的输出功率,为工程应用提供了良好的指导作用。最后提出了几种提高光伏阵列抗局部阴影能力的措施。     

阴影遮蔽条件下光伏发电效率的增大方法

受阴影遮蔽影响,光伏阵列输出功率下降,功率曲线呈现多峰值,使传统的最大功率点(MPPT)算法失效陷入局部极值点。基于光伏电池的等效电路模型,在正常和有阴影遮蔽情况下对光伏组件串并联输出特性进行仿真,分析功率曲线上局部极值点的产生原因及变化规律。针对阴影遮蔽对光伏发电效率的影响,提出建立微型光伏发电系统,采用光伏组件间解耦的方法,跟踪每个光伏组件的最大功率点,使光伏发电效率达到最优。试验结果验证了该方法的可行性,为今后光伏电站的建设提供了指导。     

散射占比对低倍CPC热性能影响的对比实验研究

搭建聚光比分别为1.5、2.0和3.0的复合抛物面聚光器(CPC)对比实验系统,在集热器进口温度110℃条件下,对比实验研究散射辐照占总辐照比例(散射占比)对3种聚光比CPC系统集热性能的影响,并对我国不同地区典型辐照资源条件下CPC聚光集热的热性能进行分析。结果表明:散射占比对低倍CPC集热性能有明显影响,对于同一聚光比CPC,CPC热效率均随散射占比的降低而提高;对于不同聚光比CPC,1.5×CPC在散射占比高时热效率最高,3.0×CPC仅在散射占比低的晴天具有最高热效率。     

阴影遮蔽条件下光伏阵列的可重构优化配置方法

为了解决光伏阵列在局部阴影遮蔽条件下引起其输出特性发生变化,从而导致光伏发电效率降低等问题,基于光伏电池物理特性模型,利用数值模拟方法分析了阴影遮蔽条件下阴影数目、深度、分布及温度系数等因素对光伏阵列输出特性的影响。为实现光伏阵列的最大功率输出,提出了在阴影遮蔽条件下光伏阵列结构的优化配置规则,并给出了设计案例,结果证明可重构优化配置方法可以有效改善光伏阵列输出特性,提高了光伏发电系统的效率。