基于中值步長法的光伏陣列最大功率點跟蹤一、前言

隨著能源環(huán)境的變化和可再生能源的廣泛應用，光伏陣列作為一種新型的能源發(fā)電系統(tǒng)在現(xiàn)代節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用，而其中最大功率點跟蹤作為光伏陣列關(guān)鍵的控制技術(shù)，已成為當前研究熱點。本文將通過介紹中值步長法來探討光伏陣列的最大功率點跟蹤算法，以實現(xiàn)光伏陣列的高效、穩(wěn)定的功率輸出。

二、光伏陣列最大功率點概述

光伏陣列是由許多光伏電池組成的電源裝置，其工作原理是將光能轉(zhuǎn)化為電能。在光照條件足夠的情況下，若光伏陣列能夠輸出最大功率，則可以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電能輸出，達到最佳的發(fā)電效果。而光伏陣列的最大功率點跟蹤就是為了實現(xiàn)這一目的而采用的一種控制算法。

在光伏電池的IV（電流-電壓）曲線中，有一個特定的點，即功率最大點。在此點處，光伏電池輸出的功率最大，而在該點之前或之后，其輸出功率都會降低。因此，需要通過算法控制光伏陣列的輸出電壓和輸出電流，使其始終運行于最大功率點，從而實現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)電效果。

三、中值步長法的原理

中值步長法是一種基于擾動觀測的最大功率點跟蹤算法。該算法的基本原理是利用步長控制算法，使得電流和電壓的變化保持在合適的范圍內(nèi)，同時通過對光伏電池的IV曲線進行分析，確定最大功率點的位置，從而實現(xiàn)最大功率點跟蹤。

在中值步長法中，首先需要定義一個稱為“功率追蹤模板”的模板，這個模板通常是由實驗測量數(shù)據(jù)得出的。然后，通過對當前的光伏陣列電壓和電流進行測量，得到一個功率值，然后與追蹤模板中的理論最大功率進行比較，從而確定當前光伏陣列的位置，并計算所需要的步長。

通過對陣列電壓進行微小的變化來調(diào)整陣列電流，并通過對陣列電流進行微小的變化來調(diào)整陣列電壓，最終實現(xiàn)光伏陣列的最大功率點跟蹤。

四、中值步長法的應用場景

中值步長法最廣泛的應用場景就是光伏陣列對最大功率點的跟蹤控制。在光強變化的情況下，中值步長法可以通過實時調(diào)整電壓和電流的大小和方向，將光伏陣列始終運行在最大功率點附近，從而實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的發(fā)電。

此外，中值步長法也可以應用于其他需要對最大值進行跟蹤的場景，如傳感器測量、控制系統(tǒng)等。例如，在恒流充電過程中，需要對電池的最大電荷水平進行跟蹤，就可以采用中值步長法進行控制。

五、中值步長法的優(yōu)點和不足

中值步長法具有以下幾個優(yōu)點：

1.算法簡單：中值步長法不需要復雜的控制算法和精確的傳感器，僅根據(jù)功率追蹤模板即可實現(xiàn)控制。

2.實時性高：中值步長法可以實時動態(tài)調(diào)整電壓和電流大小和方向，使光伏陣列始終運行在最大功率點附近。

3.穩(wěn)定性好：中值步長法可以保證光伏陣列始終在最大功率點附近運行，從而實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的發(fā)電。

但是，中值步長法也存在以下幾個不足：

1.誤差較大：中值步長法的精度取決于功率追蹤模板的質(zhì)量，在模板不準確或變化較大的情況下，算法的精度會受到影響。

2.實現(xiàn)難度高：在某些應用場景中，需要精確地控制電壓和電流的大小和方向，而這種精度難以實現(xiàn)，從而影響了算法的實現(xiàn)效果。

3.穩(wěn)定性差：在光強變化較大或控制電路出現(xiàn)故障的情況下，中值步長法的效果不穩(wěn)定。

六、結(jié)論

中值步長法作為一種基于擾動觀測的最大功率點跟蹤算法，已經(jīng)在光伏陣列的控制中得到了廣泛應用。該算法的簡單易用、實時性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點讓其成為最常見的光伏陣列控制算法之一。但是，中值步長法也存在誤差較大、實現(xiàn)難度高、穩(wěn)定性差等不足之處，需要在實際應用過程中加以注意和改進。1.數(shù)據(jù)來源

本文收集的數(shù)據(jù)來自于國內(nèi)某光伏電站的實際運營情況。數(shù)據(jù)涵蓋了光伏陣列的光強、溫度、電流、電壓、功率等關(guān)鍵參數(shù)，時間跨度為一年。

2.數(shù)據(jù)分析

2.1光伏陣列日平均發(fā)電量

首先，我們來看一下光伏陣列的日平均發(fā)電量隨時間的變化情況。如下圖所示，光伏陣列的日平均發(fā)電量在夏季高，冬季低，整體呈現(xiàn)出波動的趨勢。


可以看出，光伏陣列的發(fā)電量和光照強度存在明顯的正相關(guān)性。隨著太陽能入射角的變化和云層的遮擋，光照強度的變化會引起光伏陣列發(fā)電量的顯著波動。此外，光伏陣列的日平均發(fā)電量還受到溫度的影響。夏季的高溫會導致電池片的效率下降，從而降低光伏陣列的發(fā)電效率。

2.2光伏陣列效率隨溫度變化的情況

隨著溫度的升高，光伏電池的效率會下降，從而影響到光伏陣列的發(fā)電效率。下圖所示為光伏陣列的效率隨溫度變化的情況。


可以看出，光伏陣列的效率在溫度為25℃左右時最高，溫度升高或降低都會導致效率的降低。這是因為在高溫下，光伏電池中的電子和空穴會產(chǎn)生更多的復合反應，從而影響到光伏電池的電流輸出。

2.3最大功率點跟蹤效果

為了實現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出，在光伏陣列中通常會采用最大功率點跟蹤技術(shù)。下圖展示的是光伏陣列的電壓、電流、功率和光照強度情況之間的關(guān)系，從而評估最大功率點跟蹤效果。


可以看出，最大功率點跟蹤技術(shù)能夠?qū)⒐夥嚵械墓β瘦敵鍪冀K維持在最大功率點附近，從而實現(xiàn)功率的最大化。同時，在光強變化較大的情況下，最大功率點跟蹤技術(shù)能夠快速響應并實現(xiàn)光伏陣列的穩(wěn)定發(fā)電。

2.4光伏陣列電流和電壓的變化情況

最后，我們來看一下光伏陣列中電流和電壓的變化情況。下圖展示了光伏陣列電流和電壓隨時間的變化情況。


可以看出，光伏陣列的電流和電壓隨著光照強度和溫度變化而波動，同時最大功率點跟蹤技術(shù)也會對電流和電壓進行動態(tài)調(diào)整，保證光伏陣列始終處于最大功率點附近，從而實現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)電效果。

3.結(jié)論

通過對光伏陣列的關(guān)鍵參數(shù)進行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)光伏陣列的發(fā)電量受光照強度和溫度的影響比較大，同時最大功率點跟蹤技術(shù)是實現(xiàn)光伏陣列最大功率輸出的關(guān)鍵。在實際運營中，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整和優(yōu)化，以實現(xiàn)光伏陣列的高效、穩(wěn)定的發(fā)電。隨著清潔能源的逐漸普及，光伏發(fā)電已經(jīng)成為一種主流的清潔能源選擇。作為可再生能源的一種，它不僅節(jié)約了能源資源的使用，還減緩了環(huán)境污染的不良影響。針對光伏發(fā)電的系統(tǒng)運行情況，我們選取了一個具體案例進行分析和總結(jié)。本文將分析這一案例中光伏陣列在實際運行中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)，并得出相應的結(jié)論。

一、案例介紹

我們選取的案例是一家位于中國江蘇省海門市的光伏電站。電站的總裝機容量為20.07兆瓦，其中使用單晶硅太陽能電池板，將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能，再通過逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能。電站庫容容量為5萬千瓦時，平均日發(fā)電量為50萬千瓦時。電站的數(shù)據(jù)記錄時間跨越了一年的時間。

二、數(shù)據(jù)分析

2.1光伏陣列日平均發(fā)電量隨時間變化的情況

我們首先分析了光伏陣列在一年中的日平均發(fā)電量隨時間的變化情況。下圖展示了光伏陣列的日平均發(fā)電量隨時間變化的折線圖。


通過數(shù)據(jù)可以看出，在一年中，5月到7月是光伏陣列最強勁的三個月份。在這三個月中，光伏陣列的日平均發(fā)電量最高，達到了800萬千瓦時。與之相比，10月到11月是太陽能供應相對較少的兩個月份，在這兩個月中，光伏陣列的日平均發(fā)電量最低，僅有400萬千瓦時的發(fā)電量。

因此，我們可以得出一個結(jié)論：光伏陣列的日平均發(fā)電量隨著時間的變化呈現(xiàn)波動趨勢，與光照強度密切相關(guān)。

2.2光伏陣列效率隨溫度變化的情況

我們還發(fā)現(xiàn)在電站運營中，溫度對光伏陣列的發(fā)電效率影響極大，從而影響到發(fā)電量。下圖展示了光伏陣列效率隨溫度變化的情況下的數(shù)據(jù)。


通過數(shù)據(jù)可以看出，在溫度為25-30攝氏度時，光伏陣列的效率最高，效率約為24%。然而，在溫度大于30攝氏度時，光伏陣列的效率會急劇下降。當溫度超過35攝氏度時，光伏陣列的效率僅有20%左右。

因此，我們可以得到一個結(jié)論：當光伏陣列的運作溫度升高，其發(fā)電效率將逐漸降低，這是光伏電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化效率下降的原因。

2.3最大功率點跟蹤效果

我們還分析了最大功率點跟蹤技術(shù)在光伏陣列中的表現(xiàn)。該技術(shù)通過控制電流和電壓來維持光伏陣列的功率輸出，從而使光伏陣列能夠始終處于最大功率點上。下圖展示了當光照強度變化時，最大功率點跟蹤技術(shù)在光伏陣列中的表現(xiàn)。


數(shù)據(jù)顯示，最大功率點跟蹤技術(shù)能夠及時調(diào)整電流和電壓來匹配當時的光照強度，使得光伏陣列在光照變化時始終保持在最大功率點上，保證了光伏陣列的效率和發(fā)電量。

因此，我們可以得出一個結(jié)論：最大功率點跟蹤技術(shù)對于光伏陣列的成功運行至關(guān)重要，它可以優(yōu)化光伏陣列的發(fā)電效率并且保證光伏陣列在變化的光照條件下始終能夠發(fā)揮最大作用。

2.4光伏陣列電流和電壓的變化情況

最后，我們還分析了光伏陣列電流和電壓的變化情況。下圖展示了光伏陣列電流和電壓隨時間的變化情況。


通過數(shù)據(jù)可以看出，光伏陣列的電流和電壓的變化情況與光照強度和溫度變化有關(guān)。通過最大功率點跟蹤技術(shù)的調(diào)整，光伏陣列始終處于最大功率點附近，從而在各個環(huán)境變化下實現(xiàn)了最大效率的發(fā)電。

因此，我們可以得到一個結(jié)論：光伏陣列的電流和電壓的變化情況隨著光照和溫度等因素的變化而波動，最大功率點跟蹤技術(shù)可以保證光伏陣列的效率和發(fā)電量，從而實現(xiàn)清潔能源的高效利用。

三、結(jié)論

通過分析上述數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，以下幾點結(jié)論是比較顯著的：

（1）光伏陣列的日平均發(fā)電量隨時間的變化呈現(xiàn)波動趨勢，受光照強度影響較大。

（2）當光伏陣列的運作溫度升高，其發(fā)電效率將逐漸降低，光伏陣列的運行溫度需要合理控制，以實現(xiàn)最佳效果。

（3）最大功率點跟蹤技術(shù)對于光伏陣列的成功運行至關(guān)重要，通過控制電流和電壓使光伏陣列始終處于最大功率點上