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完美解读最新独立太阳能充放电拓扑电路

发布时间:2020-01-15 22:27    点击次数:162次   

  作为可利用新型能源的一种,更是受到世人的关注。而其重点之处就是如何让光伏电池处于最佳的状态,通过这种情况的

  ,同时还要最大限度地利用所发电能。在目 前的光伏系统中,这三者的实现存在矛盾,通常只顾及到一个方面,如只追踪光伏电池最大功率点而放弃蓄电池的最佳

  光伏电池所发功率取决于照射到其表面的太阳辐射量。由于受到当地纬度、经度、时间、空气状态及气象条件等各种因素的影响,实际上在某个地方所能接收到的辐 射量时时刻刻都在变化着,偶然的阴影遮蔽也会使输出功率降低,因此,光伏电池所发功率是不断变化的。图1是光伏电池的I—V与P—V特性曲线是其输 出变量与温度的关系曲线,可以看出光伏电池的输出最大功率点Pmax、短路电流Isc、开路电压Voc随着辐射强度、环境温度在不停地变化,所以,光伏发 电系统要不停地调整,以使光伏电池工作于最大功率点上,但这又同时使得光伏电池的输出电流、电压在不断变化,即输出功率是不断变化的。 2、铅酸蓄电池充放电特性

  目前,免维护铅酸蓄电池作 为储能设备,由于维护量小,使用方便等优点,在光伏系统中得到大量应用。在独立

  发电系统中,其充放电方式与传统充放电方式不同,既要因夜间带负荷而 需要循环充放电,又要在蓄电池快充满时进行浮充。而铅酸蓄电池有其充放电特性,如不按照其充放电特性进行充放电就会造成损坏且效率较低,日常的合理维护措 施是必不可少的。目前,在光伏系统中蓄电池是一个薄弱环节,铅酸蓄电池用于光伏系统后寿命缩短,限制了光伏系统的使用寿命,增加了系统的成本和维护费用。 研究发现,问题在于蓄电池用于光伏时,充电电流较小和充电时间受限。涓流充电和部分放电容易造成电极上树枝状晶体的生长,导致所谓的记忆效应,蓄电池的充 电容量将会降低;强行过充电会使电解液分解,产生气体,造成电解液的丢失。也有人指出,在光伏系统中限制蓄电池寿命的主要因素是蓄电池中的酸分层。在光伏 系统中,由于蓄电池一般都处于欠充状态,进一步扩大了蓄电池底部和顶部的硫酸浓度之差,加剧了硫酸盐化和容量损失。同时小电流放电下所形成的PbSO4结 晶颗粒粗大,这种结晶溶解困难,最终影响了蓄电池的寿命。在光伏系统中,蓄电池的放电率要比蓄电池应用在其他场合低。

  光伏电池板比较昂贵,在目前的光伏发电效率下,最大限度地节约所发出的电能是降低成本的一个有效途径,因此,要尽可能地存储和利用所发出的电能,减少光伏 电池的空运行。而光伏系统的特点决定了铅酸蓄电池欠充的可能性比较大。目前,在设计光伏系统时,将光伏电池和负载及蓄电池进行固定匹配,同时,存在上面空 运行和欠充两个问题,其基本电路结构如图3所示。DC/DC变换器的输出端直接与蓄电池和负载相连,这样做可以避免过充,但却无法解决可能出现的欠充,蓄 电池缺乏有效保护,得不到最佳充电,长此下去将导致蓄电池寿命降低,增加了系统维护费用。另外,当光伏电池输出功率较大时,由于负载一般不随意变化,在一 定时间段内就可能出现充电功率过大现象,需要启动保护电路限制充电强度,这样势必会造成能源浪费,间接地增加了系统发电成本。同样,由于负载的不确定性, 在蓄电池单独供电时就会出现所有电池单元部分放电现象,即蓄电池不能完全放电,这样对蓄电池也是有害的。

  对于上述问题,本文提出了一种新型充放电电路拓扑,采用动态功率跟踪匹配法加以控制。即根据实时功率差,动态地匹配充放电的蓄电池容量(蓄电池个数),也 就是动态地变换系统结构,从而实现最佳充放电。系统电路如图4所示,光伏电池经DC/DC变换器与负载和充电电路相连。负载可以变化。充电电路由直流母线 和多个蓄电池充电单元组成,每个充放电单元包括双向DC/DC变换电路Hn和蓄电池Bn两部分。双向DC/DC变换电路如图5所示,蓄电池侧为低压侧,能 够实现升压和降压[6]。该双向变换电路能实现高低压侧的有效电气隔离,效率高,控制灵活。与传统光伏系统相比,本系统运行灵活,高效可靠,整体寿命得到 提高;另一个很大的优点是,容易进行规模扩充,易实现模块化系统集成,能够较好地解决蓄电池在目前的光伏发电系统中所面临的问题。由于蓄电池组容量是可以 灵活变化的,所以,需要扩充规模时,只需增加光伏电池板、增加并联的DC/DC变换器数目、增加蓄电池充电单元、更改控制软件程序即可。 实验结果


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