Công nghệ MPPT hoạt động như thế nào trong các điều kiện ánh sáng khác nhau trong các hệ thống chiếu sáng mặt trời?

TRONGÁnh sáng đường phố mặt trờiHệ thống, các tấm quang điện sạc pin thông qua bộ điều khiển năng lượng mặt trời và pin sau đó cung cấp năng lượng cho đèn LED. Bộ điều khiển MPPT liên tục theo dõi điện áp và dòng điện từ các bảng PV và sử dụng các thuật toán -such như nhiễu loạn và quan sát hoặc dẫn điện tăng dần -để điều chỉnh động điểm vận hành để tạo ra công suất tối đa. Bài viết này tập trung vào cách công nghệ MPPT hoạt động trong các điều kiện ánh sáng mặt trời khác nhau.

 

1. Công nghệ MPPT là gì?

Theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) là một công nghệ chính trong các hệ thống quang điện. Đầu ra năng lượng của pin mặt trời không cố định; Nó dao động tùy thuộc vào các yếu tố như chiếu xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường xung quanh.

 

Do các đặc tính dòng điện áp (VI) của mô-đun PV là phi tuyến, nên tồn tại một điểm cụ thể được gọi là điểm công suất tối đa (MPP) -at mà hệ thống đạt được công suất cao nhất. Mục tiêu chính của MPPT là liên tục phát hiện các đặc điểm hoạt động của mô -đun PV và, thông qua các thuật toán điều khiển thông minh, đảm bảo rằng nó hoạt động càng gần với điểm này càng tốt. Điều này tối đa hóa hiệu quả chuyển đổi năng lượng mặt trời và tăng cường sản xuất năng lượng tổng thể.

 

 

2. Tại sao công nghệ MPPT lại quan trọng?

Trong bất kỳ hệ thống PV nào, điều kiện ánh sáng mặt trời liên tục thay đổi do các yếu tố như biến đổi thời tiết và sự thay đổi theo mùa. Không có MPPT, đầu ra của các tấm pin mặt trời không thể được sử dụng đầy đủ. Chẳng hạn, vào những ngày nhiều mây hoặc khi một phần của bảng điều khiển được tô bóng, đầu ra giảm đáng kể. MPPT bù cho những thay đổi này bằng cách điều chỉnh động đối với các điều kiện hiện tại, cho phép các bảng PV thu hoạch càng nhiều năng lượng càng tốt. Điều này đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường giá trị kinh tế và hiệu suất thực tế của các hệ mặt trời.

 

 

3. Hoạt động công nghệ MPPT trong các điều kiện ánh sáng khác nhau

3.1 Ánh sáng mặt trời mạnh mẽ vào những ngày rõ ràng

Đặc điểm đầu ra mô -đun PV

Dưới ánh sáng mặt trời mạnh mẽ vào những ngày rõ ràng, công suất đầu ra của mô -đun quang điện (PV) là tương đối cao. Trong điều kiện này, đường cong dòng điện áp (VI) của mô-đun PV rõ ràng thể hiện một điểm công suất tối đa khác biệt. Cả điện áp mạch mở (điện áp khi không có tải được kết nối) và dòng điện ngắn mạch (dòng điện khi điện trở bằng 0) tương đối cao.

 

② Cách thức hoạt động của MPPT trong điều kiện này

Bộ điều khiển MPPT liên tục theo dõi điện áp và dòng điện của mô -đun PV. Các thuật toán phổ biến như nhiễu loạn và quan sát (P & O) thường được sử dụng. Bộ điều khiển giới thiệu các nhiễu nhỏ vào điện áp đầu ra-nhẹ nhàng tăng hoặc giảm nó-để xác định hiệu ứng đối với công suất đầu ra.

 

Phương pháp gây nhiễu và quan sát (P & O)

Sau mỗi điều chỉnh điện áp, bộ điều khiển quan sát thay đổi công suất đầu ra.

Nếu việc tăng điện áp dẫn đến công suất cao hơn, điểm công suất tối đa nằm ở hướng tăng điện áp, do đó bộ điều khiển tiếp tục tăng nó.

 

Nếu công suất giảm, điều đó có nghĩa là hệ thống đã di chuyển ra khỏi MPP và điện áp sau đó bị giảm.

Thông qua quá trình lặp đi lặp lại và quan sát này, bộ điều khiển MPPT nhanh chóng và khóa chính xác vào điểm năng lượng tối đa, giữ cho hệ thống PV hoạt động với hiệu quả tối ưu.

 

Trường hợp ví dụ

• Ban đầu, mô -đun PV hoạt động ở 17V và 3A, tạo ra 51W công suất.
• Bộ điều khiển MPPT tăng điện áp lên 18V, dòng điện giảm xuống 2,8A và công suất giảm xuống 50,4W.
• Phát hiện giảm công suất, bộ điều khiển sau đó giảm điện áp xuống 16V. Hiện tại tăng lên 3,2a và công suất tăng lên 51,2W.

 

Sau một số điều chỉnh như vậy, bộ điều khiển ổn định điểm hoạt động gần điểm công suất tối đa thực sự, cho phép thu hoạch năng lượng hiệu quả ngay cả dưới ánh sáng mặt trời mạnh.

 

 

3.2 Hoạt động công nghệ MPPT trong những ngày nhiều mây và điều kiện ánh sáng yếu

Đặc điểm đầu ra mô -đun PV

Vào những ngày nhiều mây, bức xạ mặt trời giảm đáng kể. Do đó, cả điện áp mạch mở và dòng điện ngắn mạch của mô-đun PV đều giảm, dẫn đến điểm công suất tối đa thấp hơn (MPP). Hơn nữa, do ánh sáng không đồng đều và các điều kiện khác nhau, vị trí của MPP có thể thay đổi đáng kể và đường cong đặc trưng đầu ra trở nên phức tạp hơn và ít dự đoán hơn.

 

② Cách thức hoạt động của MPPT trong điều kiện này

Trong các điều kiện như vậy, bộ điều khiển MPPT vẫn sử dụng các thuật toán theo dõi để xác định vị trí điểm hoạt động tối ưu. Tuy nhiên, do phạm vi biến thể rộng hơn trong MPP, bộ điều khiển phải thực hiện các điều chỉnh nhạy cảm và thích ứng hơn. Trong những trường hợp này, thuật toán độ dẫn điện (inccond) thường được sử dụng.

 

Phương pháp dẫn điện tăng dần

Thuật toán độ dẫn gia tăng xác định MPP bằng cách so sánh độ dẫn tức thời (I/V) của mô -đun PV với độ dẫn tăng dần của nó (ΔI/V).

 

Khi mô -đun hoạt động chính xác tại MPP, hai giá trị độ dẫn là bằng nhau.

 

Nếu chúng khác nhau, bộ điều khiển điều chỉnh điện áp đầu ra dựa trên cường độ tương đối của chúng để điều khiển mô -đun gần hơn với MPP.

Phương pháp này cho phép theo dõi nhanh hơn và chính xác hơn trong các môi trường với những thay đổi thường xuyên hoặc nhanh chóng trong ánh sáng mặt trời.

 

Trường hợp ví dụ

• Hãy tưởng tượng một ngày nhiều mây nơi mô -đun PV ban đầu hoạt động ở 10V và 1A, cung cấp 10W năng lượng.
• Bộ điều khiển MPPT tính toán các giá trị độ dẫn tức thời và gia tăng và thấy chúng không bằng nhau.
• Nó điều chỉnh điện áp xuống 9V, dẫn đến dòng điện 1,2a và công suất công suất là 10,8W.

 

Sau một số điều chỉnh tinh chỉnh, bộ điều khiển mang mô-đun PV gần với điểm năng lượng tối đa của nó, đảm bảo đầu ra năng lượng hiệu quả ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu.

 

3.3 Hoạt động công nghệ MPPT trong điều kiện bóng một phần

Đặc điểm đầu ra mô -đun PV

Khi một mô -đun PV được tô bóng một phần, hiệu suất của nó trở nên phức tạp hơn đáng kể. Các phần bóng mờ và không được che của mô -đun tương tác, khiến đường cong đặc tính đầu ra thể hiện nhiều điểm năng lượng tối đa cục bộ (MPP cục bộ). Điểm công suất tối đa tổng thể trong điều kiện bóng tối thường thấp hơn nhiều so với dưới ánh sáng mặt trời đầy đủ và vị trí chính xác của nó khó xác định hơn.

 

② Cách thức hoạt động của MPPT trong điều kiện này

Trong bóng râm một phần, các thuật toán MPPT thông thường có thể thất bại vì chúng có xu hướng khóa vào mức tối đa cục bộ thay vì toàn cầu. Trong những trường hợp như vậy, các kỹ thuật tối ưu hóa nâng cao hơn được yêu cầu-cũng như tối ưu hóa bầy hạt (PSO).

 

Thuật toán tối ưu hóa bầy hạt

Thuật toán PSO bắt chước hành vi xã hội của đàn chim tìm kiếm thức ăn để xác định vị trí điểm năng lượng tối đa toàn cầu. Trong bối cảnh này, điện áp đầu ra và dòng điện của mô -đun PV được coi là vị trí và vận tốc của hạt. Bằng cách tận dụng trí thông minh tập thể và kinh nghiệm cá nhân, thuật toán liên tục điều chỉnh vị trí của từng hạt, điểm hoạt động PV.

 

Thay vì tập trung vào một điểm duy nhất, PSO đánh giá đồng thời nhiều MPP có thể. Thông qua các lần lặp lặp đi lặp lại và chia sẻ thông tin giữa các hạt, hệ thống hội tụ về mức tối đa toàn cầu, đảm bảo mô -đun hoạt động gần đầu ra công suất tối ưu của nó ngay cả trong các kịch bản tạo bóng phức tạp.

 

Trường hợp ví dụ

• Hãy tưởng tượng một mảng mặt trời được tô bóng một phần bởi lá cây. Bộ điều khiển MPPT sử dụng thuật toán PSO, phân phối một số hạt trên đường cong đầu ra PV để biểu thị các điểm vận hành khác nhau có thể.
• Thông qua giao tiếp đang diễn ra và tinh chỉnh thích ứng, các hạt dần dần hội tụ gần điểm công suất tối đa toàn cầu. Kết quả là, ngay cả dưới bóng một phần, mô -đun PV vẫn có thể cung cấp mức năng lượng tương đối cao.

 

Phần kết luận

Công nghệ MPPT là một công nghệ cơ bản để tối đa hóa sản lượng năng lượng trongÁnh sáng đường phố mặt trờihệ thống. Bằng cách phân tích hành vi của hệ thống trong ba điều kiện ánh sáng-ánh sáng mặt trời đầy đủ, bầu trời mây và bài viết này trong bóng mờ một phần minh họa cách các bộ điều khiển MPPT sử dụng các thuật toán khác nhau (như nhiễu loạn và quan sát, độ dẫn tăng dần và tối ưu hóa hạt) để điều chỉnh động lực hoạt động. Các phương pháp thích ứng này đảm bảo rằng các mô-đun PV luôn hoạt động gần hiệu quả tối đa của chúng, cung cấp hiệu suất đáng tin cậy trên một loạt các môi trường trong thế giới thực.