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MPPT太阳能控制器的核心原理是什么? |德姆达

2023/05/19

MPPT太阳能控制器是传统太阳能充放电控制器的升级产品。 MPPT控制器的核心原理是最大功率点跟踪。它可以实时检测太阳能电池板的输出电压,跟踪最大VI值,使系统以最大功率输出对电池进行充电。 MPPT控制器是光伏系统的大脑,协调太阳能电池板、蓄电池和负载的工作。

太阳能电池能够输出的最大功率与环境之间的关系是复杂的。形状因子定义为太阳能电池的最大功率与开路电压Voc和短路电流Isc的乘积之比。在大多数应用中,FF、Voc 和 Isc 可用于近似一般条件下光伏电池的电气特性。


在一定的工作条件下,电池会有一个工作点,其电流(I)和电压(V)(电功率)的乘积将为最大值。该值对应于一个比电阻,根据欧姆定律等于V / I。功率可以使用P = V * I来计算。在光伏电池的主要应用范围中,它们可以近似为恒流源。然而,光伏电池的电压和电流之间存在类似于指数函数的函数。根据基本电路和微积分理论,当I-V曲线的斜率(dI/dV)与I/V之比相等、符号相反时,dP/dV=0时,输出功率为最大值。该位置是最大功率点(MPP),对应于曲线的拐点。

如果太阳能电池的负载电阻为R = V/I,即上述值的倒数,则太阳能电池可以输出最大功率。有时,这个值也被称为太阳能电池的“特性阻抗”,它是一个与阳光、温度和太阳能电池寿命有关的动态值。如果电阻小于或大于该值,则提取的功率将小于最大功率,因此太阳能电池将无法工作在最理想和高效的条件下。最大功率点跟踪使用多个不同的控制电阻或逻辑来找到最大功率点,使转换器能够从太阳能电池中提取最大功率。


为了给电池充电,太阳能电池板的输出电压必须超过电池的当前电压。如果太阳能电池板的电压低于电池的电压,则输出电流将接近于0。因此,出于安全考虑,太阳能电池板在制造时将峰值电压(Vpp)设置为17V左右,环境温度为 25°C 时的标准设置。当天气很热时,太阳能电池板的峰值电压Vpp下降到15V左右,但在寒冷的天气下,太阳能的峰值电压Vpp可以达到18V。


现在,我们来比较一下MPPT太阳能控制器和传统太阳能控制器的区别。传统的太阳能充放电控制器就像手动变速箱。当发动机转速升高时,如果变速箱的档位没有相应提高,势必会影响车速。然而,对于MPPT太阳能控制器来说,充电参数是在出厂前设置好的。也就是说,MPPT控制器可以实时跟踪太阳能电池板的最大功率点,从而发挥太阳能电池板的最大效率。电压越高,通过最大功率跟踪可以输出更多的电量,从而提高充电效率。理论上来说,使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统控制器提高50%的效率,但根据我们的实际测试,由于环境影响和各种能量损耗,最终效率还可以提高20%-30% 。


从这个意义上来说,MPPT太阳能充电控制器最终将取代传统的太阳能控制器。


MPPT控制器的主要功能是检测主电路的直流电压和输出电流,计算太阳能电池阵的输出功率,实现最大功率点跟踪。骚扰电阻R和MOSFET串联。在输出电压基本稳定的情况下,通过改变MOSFET的占空比,可以改变流经电阻的平均电流,从而产生电流扰动。同时,光伏电池的输出电流和电压也会发生变化。通过测量扰动前后光伏电池输出功率和电压的变化,确定下一次扰动方向。当扰动方向正确时,太阳能电池板的输出功率增大,下一周期继续同方向扰动。否则,向相反方向干扰。如此反复扰动和观察,使太阳能电池板的输出达到最大功率点。


基本信息
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