Как работает технология MPPT в различных условиях освещения в системах солнечного освещения?

ВСолнечное уличное освещениеСистемы, фотоэлектрические панели заряжают батареи через солнечный контроллер, а затем батареи питают светодиодные фонари. Контроллер MPPT непрерывно отслеживает напряжение и ток из PV панелей и использует алгоритмы, такие как возмущение и наблюдение или постепенная проводимость -для динамической регулировки рабочей точки для максимальной выходной мощности. Эта статья посвящена тому, как технология MPPT работает в различных условиях солнечного света.

 

1. Что такое технология MPPT?

Максимальное отслеживание точек мощности (MPPT) является ключевой технологией в фотоэлектрических системах. Выход мощности солнечного элемента не фиксирован; Он колеблется в зависимости от таких факторов, как солнечное излучение и температура окружающей среды.

 

Поскольку характеристики PV-модуля с точкой напряжения (VI) нелинейные, существует определенная точка, называемая максимальной точкой мощности (MPP), в которой система достигает самой высокой выходной мощности. Основной целью MPPT является постоянное обнаружение рабочих характеристик PV -модуля, и, посредством интеллектуальных алгоритмов управления, убедиться, что он работает как можно ближе к этой точке. Это максимизирует эффективность преобразования солнечной энергии и повышает общую выработку электроэнергии.

 

 

2. Почему технология MPPT имеет значение?

В любой фотоэлектрической системе условия солнечного света постоянно меняются из -за таких факторов, как изменения погоды и сезонные сдвиги. Без MPPT выход мощности солнечных панелей не может быть полностью использован. Например, в облачные дни или когда часть панели затенена, выход значительно падает. MPPT компенсирует эти изменения, динамически приспосабливаясь к текущим условиям, позволяя фотоэлектрическим панелям собирать как можно больше энергии. Это играет решающую роль в повышении экономической ценности и практической эффективности солнечных систем.

 

 

3. Технологическая работа MPPT в различных условиях освещения

3.1 Сильный солнечный свет в ясные дни

① Выходные характеристики PV модуля

Под сильным солнечным светом в ясные дни выходная мощность фотоэлектрического (PV) модуля относительно высока. В этом условии кривая напряжения-тока (VI) PV модуля явно демонстрирует отчетливую максимальную точку мощности. Как напряжение с открытым кругом (напряжение, когда нагрузка не подключена), так и ток короткого замыкания (ток при сопротивлении равен нулю) относительно высоки.

 

② Как работает MPPT в этом состоянии

Контроллер MPPT непрерывно контролирует напряжение и ток фотоэлектрического модуля. Обычно используются общие алгоритмы, такие как возмущение и наблюдение (P & O). Контроллер вводит небольшие нарушения в выходное напряжение, которое слегка увеличивает или уменьшает его, чтобы определить влияние на выходную мощность.

 

③ Метод возмущения и наблюдения (P & O)

После каждой регулировки напряжения контроллер наблюдает за изменениями выходной мощности.

Если увеличение напряжения приводит к более высокой мощности, максимальная точка мощности лежит в направлении увеличения напряжения, поэтому контроллер продолжает его увеличивать.

 

Если мощность уменьшается, это означает, что система отошла от MPP, а затем напряжение уменьшается.

Благодаря этому итеративному процессу возмущения и наблюдения контроллер MPPT быстро и точно фиксируется на максимальной точке мощности, сохраняя систему PV, работающую с оптимальной эффективностью.

 

④ Пример случая

• Первоначально PV -модуль работает при 17 В и 3А, производя 51 Вт мощности.
• Контроллер MPPT увеличивает напряжение до 18 В, ток падает до 2,8А, а выходной мощности падает до 50,4 Вт.
• Обнаружая уменьшение мощности, контроллер затем уменьшает напряжение до 16 В. Ток поднимается до 3,2а, а энергия увеличивается до 51,2 Вт.

 

После нескольких таких корректировок контроллер стабилизирует рабочую точку вблизи истинной максимальной точки мощности, что позволяет эффективному сбору энергии даже под сильным солнечным светом.

 

 

3.2 Технологическая работа MPPT в облачные дни и условия низкого освещения

① Выходные характеристики PV модуля

В облачные дни солнечное излучение значительно падает. В результате как напряжение открытого круга, так и ток короткого замыкания уменьшаются, что приводит к более низкой максимальной точке мощности (MPP). Более того, из -за неравномерного освещения и различных условий местоположение MPP может значительно измениться, а кривая выходной характеристики становится более сложной и менее предсказуемой.

 

② Как работает MPPT в этом состоянии

В таких условиях контроллер MPPT по -прежнему использует алгоритмы отслеживания для определения оптимальной рабочей точки. Однако из -за более широкого диапазона изменений в MPP контроллер должен вносить более чувствительные и адаптивные корректировки. В этих случаях часто используется алгоритм инкрементной проводимости (Inccond).

 

③ Метод инкрементной проводимости

Алгоритм инкрементной проводимости определяет MPP путем сравнения мгновенной проводимости (I/V) PV -модуля с его инкрементной проводимостью (ΔI/ΔV).

 

Когда модуль работает точно в MPP, два значения проводимости равны.

 

Если они отличаются, контроллер регулирует выходное напряжение на основе их относительных величин, чтобы направить модуль ближе к MPP.

Этот метод обеспечивает более быстрое и более точное отслеживание в средах с частыми или быстрыми изменениями солнечного света.

 

④ Пример случая

• Представьте себе облачный день, когда PV -модуль изначально работает при 10 В и 1А, обеспечивая 10 Вт мощности.
• Контроллер MPPT вычисляет мгновенные и инкрементные значения проводимости и обнаруживает, что они не равны.
• Он регулирует напряжение до 9 В, что приводит к току 1,2А и выходной мощности 10,8 Вт.

 

После нескольких тонко настроенных настройки контроллер приближает фотоэлектрический модуль вблизи своей максимальной точки мощности, обеспечивая эффективную выходную энергию даже в условиях низкого освещения.

 

3.3 Технологическая эксплуатация MPPT в условиях частичного затенения

① Выходные характеристики PV модуля

Когда PV -модуль частично затенен, его производительность становится значительно более сложной. Заштрихованные и не сменные участки модуля взаимодействуют, в результате чего выходная характеристическая кривая демонстрирует множество локальных максимальных точек мощности (локальные MPP). Общая максимальная точка мощности в условиях затенения обычно намного ниже, чем при полном солнечном свете, и ее точное положение сложнее определить.

 

② Как работает MPPT в этом состоянии

При частичном затенении обычные алгоритмы MPPT могут терпеть неудачу, потому что они имеют тенденцию блокировать локальный максимум, а не глобальный. В таких случаях требуются более продвинутые методы оптимизации, такие как оптимизация роя частиц (PSO).

 

③ Алгоритм оптимизации роя частиц

Алгоритм PSO имитирует социальное поведение птичьих стад, питающихся для еды, чтобы найти глобальную максимальную мощную точку. В этом контексте выходное напряжение и ток фотоэлектрического модуля рассматриваются как положение и скорость частицы. Используя коллективный интеллект и индивидуальный опыт, алгоритм постоянно регулирует положение каждой частицы, операционную точку PV.

 

Вместо того, чтобы сосредоточиться на одной точке, PSO оценивает несколько возможных MPP одновременно. Благодаря повторным итерациям и обмену информацией между частицами, система сходится к глобальному максимуму, обеспечивая, чтобы модуль работает вблизи его оптимальной выходной мощности даже в сложных сценариях затенения.

 

④ Пример случая

• Представьте себе солнечную батарею, частично затененной листьями деревьев. Контроллер MPPT использует алгоритм PSO, распределяя несколько частиц по выходной кривой PV, чтобы представлять различные возможные рабочие точки.
• Благодаря продолжающейся общению и адаптивной утонченности частицы постепенно сходится вблизи глобальной максимальной мощности. В результате, даже при частичном затенении, фотоэлектрический модуль все еще может обеспечить относительно высокий уровень выработки энергии.

 

Заключение

Технология MPPT является фундаментальной технологией для максимизации энергии вСолнечное уличное освещениесистема Анализируя поведение системы при трех условиях освещения, полных солнечных лучей, облачного неба и частичного затенения-эта статья показывает, как контроллеры MPPT используют различные алгоритмы (такие как возмущение и наблюдение, постепенная проводимость и оптимизация роя частиц), чтобы динамически регулировать рабочую точку. Эти адаптивные методы гарантируют, что фотоэлектрические модули постоянно работают вблизи их максимальной эффективности, обеспечивая надежную производительность в широком диапазоне реальных сред.