CZ306398B6 - Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu - Google Patents
Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306398B6 CZ306398B6 CZ2015-621A CZ2015621A CZ306398B6 CZ 306398 B6 CZ306398 B6 CZ 306398B6 CZ 2015621 A CZ2015621 A CZ 2015621A CZ 306398 B6 CZ306398 B6 CZ 306398B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- power
- maximum
- controller
- operating point
- solar panels
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu, umožňuje regulátoru pravidelně nacházet optimální zatížení solárních panelů a maximalizovat tak množství energie, kterou je možné z nich odebírat a odevzdávat ji např. elektrické topné spirále, určené k ohřevu vody, nebo ji ukládat do baterií nebo předávat do rozvodné sítě. Metoda spočívá v tom, že regulátor opakovaně prohledá celou výkonovou charakteristiku solárních panelů, aby nalezl největší ze všech maxim aktuálního výkonu, které se může nacházet z důvodu vnějších vlivů i mimo výrobcem předpokládanou oblast. Regulátor pak na toto maximum nastaví svůj pracovní bod a udržuje ho až do uplynutí zvolené doby nového vyhledání maximálního výkonu. Metodu lze využít všude tam, kde zátěž umožní změnu zatížení solárních panelů v širokém rozmezí, jako např. odporová topná spirála nebo nabíječ baterie, případně měnič, dodávající energii do sítě.
Description
Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu
Oblast techniky
Vynález se týká optimalizace množství elektrické energie, získané z fotovoltaických (dále jen solárních) panelů. Jedná se o metodu určení optimálního příkonu elektrického spotřebiče, při kterém lze vytěžit ze solárních panelů maximální množství energie nezávisle na jejich druhu, velikosti, počtu, zapojení, osvětlení nebo zastínění, teplotě, zakrytí nebo zašpinění povrchu nebo i na změně elektrických vlastností zátěže. Dá se použít i při paralelní spojení řetězců solárních panelů namířených různými směry. Metoda je využitelná jak v regulátorech k ohřevu vody v boileru, tak v měničích, dodávajících energii do sítě nebo v nabíječích akumulačních baterií.
Dosavadní stav techniky
Současné regulátory používají různé metody Maximum Power Point Tracking - MPPT, což jsou metody udržování pracovního bodu zatížení solárních panelů v optimální oblasti, aby množství získané energie bylo co největší. V současnosti jsou známy téměř dvě desítky těchto metod, jak určit optimální pracovní bod solárního panelu. Většina metod MPPT pracuje správně při ideální VA charakteristice jednoho solárního panelu, ale selhává při sériovém řazení více panelů, pokud se jejich celková VA charakteristika odchýlí od VA charakteristiky ideální. Jde především o případy, kdy se vlivem rozdílných vlastností jednotlivých fotovoltaických panelů, např. vlivem měnícího se osvětlení (pohyb slunce) nebo zastínění (mraky, překážky v dráze světla, sesun tajícího sněhu, odstranění nečistot deštěm), změny teploty panelů, případně i změny elektrických parametrů zátěže, objeví na celkové VA charakteristice dvě nebo více maxim výkonu. V takových případech běžné MPPT regulátory setrvávají na začátku vyhledaném maximu a na nově vzniklá maxima nereagují.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody odstraňuje metoda stanovení maximálního výkonu (Maximum Power Point Searching - MPPS), který lze odebírat ze solárního panelu, jejíž podstatou je, že regulátorem postupně zatížíme solární panel v celém rozsahu výkonové charakteristiky od nulové do maximální zátěže, přitom průběžně měříme odevzdávaný výkon a zaznamenáváme nejvyšší dosažené maximum odevzdaného výkonu ve výkonové charakteristice a jemu odpovídající pracovní bod regulátoru, následně nastavíme pracovní bod regulátoru, tj. zatížení solárního panelu na takovou úroveň, jaká byla zaznamenána při dosažení maximálního odevzdaného výkonu do zátěže a udržujeme pracovní bod regulátoru v této nově nalezené optimální oblasti pomocí některé z MPPT (Maximum Power Point Tracking) metod až do doby, než uplyne zvolená doba, po níž regulátor znovu zopakuje test celé výkonové charakteristiky, nalezne a nastaví nový optimální pracovní bod a ten opět udržuje po zvolenou dobu, přičemž výsledkem je určení hodnoty maximálního výkonu, který lze odebírat ze zapojení solárních panelů s rozdílným aktuálním výkonem.
Nově navržená metoda Maximum Power Point Searching - MPPS odstraňuje všechny uvedené vlivy stávajících metod při stanovení optimálního pracovního bodu. Jedná se o aktivní, pravidelně se opakující vyhledávání optimálního pracovního bodu v celé šíři možného zatížení. Regulátory používající tuto metodu prověří celou VA charakteristiku fotovoltaických panelů, najdou všechna maxima a z nich vyberou to největší.
Objasnění výkresů
Obr. 1. Ideální VA charakteristika solárních panelů
- 1 CZ 306398 B6
Obr. 2. Ideální výkonová charakteristika solárních panelů
Obr. 3. Praktická V A charakteristika solárních panelů
Obr. 4. Praktická výkonová charakteristika solárních panelů
Obr. 5. MPPS metoda hledání optimálního pracovního bodu - vývojový diagram.
Obr. 6. Záznam skokové změny pracovního bodu MPPS regulátoru.
Příklady uskutečnění vynálezu:
Při vývoji regulátoru, stanovujícího maximální výkon, který lze odebírat ze solárních panelů, jsme nejdříve použili běžnou MPPT metodu, pří které se regulace zachytí na vrcholu maxima výkonové charakteristiky a úpravami parametrů regulace se ho snaží udržet. Tato metoda funguje výborně v případě, že jsou všechny solární panely shodné a stejně osvětlené. Na obr. 1 je VA charakteristika 8 panelů v sérii o celkovém výkonu 2000 W, změřená výrobcem. Na svislé oseje proud v ampérech, na vodorovné ose je napětí ve voltech. Z této VA charakteristiky lze odvodit výkonovou charakteristiku panelů (obr. 2), na které je na svislé ose výkon ve wattech. Na vrcholu výkonové charakteristiky je optimální pracovní bod (výstupní napětí) panelů, ve kterém panely odevzdávají do zátěže maximální výkon. Regulátory používající MPPT metody nejprve určí tento optimální pracovní bod a pak se ho snaží po celou dobu činnosti udržovat.
Jenže praktická měření ukázala, že celková VA charakteristika více panelů zapojených do série se může od ideální VA charakteristiky významně lišit. Obecně platí, že čím víc je do série zapojených panelů s rozdílným aktuálním výkonem, tím více lze na výkonové charakteristice nalézt lokálních maxim. Výkon panelu může být ovlivněn mnoha faktory: osvětlením nebo zastíněním, zakrytím sněhem nebo nečistotami, teplotou, stárnutím apod., ale i může záviset na elektrických vlastnostech zátěže. Při malé odchylce od ideální VA charakteristiky se může optimální pracovní bod jen posouvat, na což většina MPPT metod dokáže zareagovat. Mohou se ale také objevovat nová, lokální maxima, na což žádná MPPT metoda, pokud pravidelně neopakuje prohledání celé výkonové charakteristiky solárních panelů, zareagovat neumí.
Při vývoji jsme provedli praktický pokus a zakryli jeden z panelů na asi 40 % plochy. Tím se jeho výkon snížil na 60 % výkonu ostatních panelů. Celková VA charakteristika je na obr. 3, odpovídající výkonová charakteristika na obr. 4. Protože jsou zde dvě skupiny panelů s různými výkony, jsou na výkonové charakteristice dvě maxima. První odpovídá sedmi panelům pracujícím na 100 % výkonu, druhý odpovídá 8 panelům pracujícím na výkonu, omezeným nejslabším panelem. Standardní MPPT regulátor udržuje pracovní bod na stále na původním vrcholu MAXIMUM2 a nevšimne si, že díky poklesu výkonu jednoho z panelů vzniklo další maximum na výkonové křivce v bodě MAXIMUM 1. Na uvedené příkladu na obr. 4 je vidět, že v daném případě je rozdíl v odevzdaném výkonu kolem 20 %.
Po ověření, že optimální bod se může nacházet i mimo oblast předpokládanou ideální VA charakteristikou výrobce, jsme navrhli metodu, která je popsána ve vývojovém diagramu na obr. 5. Algoritmus jsme naprogramovali do paměti mikroprocesoru řídicího regulátoru. Ten v pravidelných intervalech (řádově v jednotkách minut) postupně zatěžuje solární panely od nuly do možného maxima, jaké dovolí zátěž. Mikroprocesor zaznamenává pracovní body, při kterých je dosažené nějaké maximum. Na konci testování mikroprocesor vybere největší z nalezených maxim a přepne regulátor do odpovídajícího pracovního bodu. Pak po stanovenou dobu udržuje pracovní bod běžnou MPPT metodou. Po uplynutí zvolené doby mikroprocesor provede znovu test solárních panelů v celé šíři možného zatížení a cyklus se neustále opakuje.
Popisovaný algoritmus byl poprvé použit v MPPS regulátorech typ MR4316DC a MR4316AC od výrobce firmy BEL s.r.o., které jsou určeny k přizpůsobení solárních panelů a topné spirály elektrického boileru. Na obr. 6 je záznam průběhu napětí, proudu a výkonu sestavy osmi panelů o
-2CZ 306398 B6 špičkovém výkonu 2000 W a regulátoru MR4316DC v reálném provozu. Na grafech je vidět, jak v ranních hodinách, přibližně v 8:30, dojde k výrazně lepšímu osvětlení dvou panelů, zatímco zbývajících šest panelů zůstává zastíněných. Regulátor MR4316DC při pravidelném celkovém testu všech panelů nalezl nové maximum a přepnul pracovní bod na něj. V grafu napětí se tato 5 změna projevila jako skokový pokles napětí, v grafu proudu jako skokový vzrůst proudu. V grafu výkonu žádná skoková změna není, jen výkon po změně pracovního bodu začne výrazně rychleji růst. Absence skokové změny výkonu je logická, protože regulátor vždy vybírá to nejvyšší dosažené maximum a k přepnutí pracovního bodu dochází v okamžiku, kdy je výkon v novém pracovním bodě stejný (resp. o trochu vyšší), než byl ve starém pracovním bodě. Rozdíl je v získalo ném výkonu tím vyšší, čím rozdílnější výkon odevzdávají jednotlivé sériově řazené panely a čím více jich je. Praktická měření ukázala, že pomocí nové metody lze získat v průběhu dne asi o 10 % energie více, v obtížných světelných podmínkách i více.
Průmyslová využitelnost:
V regulátorech, měničích a nabíječích, které umožňují měnit zatížení solárních panelů v širokém rozmezí, především:
- v regulátorech přizpůsobení boilerů napájených ze solárních panelů
- v měničích napájených ze solárních panelů DC napětím na AC napětí (síť)
- v nabíječích baterií napájených ze solárních panelů
Claims (1)
1. Metoda stanovení maximálního výkonu Maximum Power Point Searching - MPPS, který 30 lze odebírat ze solárního panelu, vyznačující se tím, že regulátorem postupně zatížíme solární panel v celém rozsahu výkonové charakteristiky od nulové do maximální zátěže, přitom průběžně měříme odevzdávaný výkon a zaznamenáváme nejvyšší dosažené maximum odevzdaného výkonu ve výkonové charakteristice a jemu odpovídající pracovní bod regulátQru, následně nastavíme pracovní bod regulátoru, tj. zatížení solárního 35 panelu na takovou úroveň, jaká byla zaznamenána při dosažení maximálního odevzdaného výkonu do zátěže a udržujeme pracovní bod regulátoru v této nově nalezené optimální oblasti pomocí některé z MPPT (Maximum Power Point Tracking) metod až do doby, než uplyne zvolená doba, po níž regulátor znovu zopakuje test celé výkonové charakteristiky, nalezne a nastaví nový optimální pracovní bod a ten opět udržuje po zvolenou dobu, přičemž výsledkem je určení hodnoty 40 maximálního výkonu, kteiý lze odebírat ze zapojení solárních panelů s rozdílným aktuálním výkonem.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-621A CZ2015621A3 (cs) | 2015-09-13 | 2015-09-13 | Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-621A CZ2015621A3 (cs) | 2015-09-13 | 2015-09-13 | Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ306398B6 true CZ306398B6 (cs) | 2017-01-04 |
CZ2015621A3 CZ2015621A3 (cs) | 2017-01-04 |
Family
ID=57793883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2015-621A CZ2015621A3 (cs) | 2015-09-13 | 2015-09-13 | Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2015621A3 (cs) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102163067A (zh) * | 2011-04-11 | 2011-08-24 | 武汉万鹏科技有限公司 | 太阳能最大功率跟踪方法及太阳能充电装置 |
US20130046416A1 (en) * | 2010-02-16 | 2013-02-21 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Solar Photovoltaic System |
WO2013061703A1 (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | 三菱電機株式会社 | 最大電力点追従装置および電力変化量測定方法 |
CN103092250A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-05-08 | 上海电力学院 | 部分阴影条件下光伏最大功率点跟踪的复合控制方法 |
KR20130079846A (ko) * | 2012-01-03 | 2013-07-11 | 엘지전자 주식회사 | 최대전력추종장치, 이를 포함하는 태양광 발전시스템 및 이의 최대전력추종방법 |
CN104022734A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-03 | 西华大学 | 一种光伏发电控制方法、处理器及*** |
CN104238622A (zh) * | 2014-08-18 | 2014-12-24 | 南京航空航天大学 | 基于局部阴影下光伏阵列电流特性的输出功率获取方法 |
CN104765403A (zh) * | 2014-04-08 | 2015-07-08 | 山东科技大学 | 基于混沌优化搜索的光伏阵列最大功率点跟踪方法 |
CN104765400A (zh) * | 2015-02-05 | 2015-07-08 | 武汉大学 | 一种光伏发电***环境自适应式mppt方法及*** |
-
2015
- 2015-09-13 CZ CZ2015-621A patent/CZ2015621A3/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130046416A1 (en) * | 2010-02-16 | 2013-02-21 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Solar Photovoltaic System |
CN102163067A (zh) * | 2011-04-11 | 2011-08-24 | 武汉万鹏科技有限公司 | 太阳能最大功率跟踪方法及太阳能充电装置 |
WO2013061703A1 (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | 三菱電機株式会社 | 最大電力点追従装置および電力変化量測定方法 |
KR20130079846A (ko) * | 2012-01-03 | 2013-07-11 | 엘지전자 주식회사 | 최대전력추종장치, 이를 포함하는 태양광 발전시스템 및 이의 최대전력추종방법 |
CN103092250A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-05-08 | 上海电力学院 | 部分阴影条件下光伏最大功率点跟踪的复合控制方法 |
CN104765403A (zh) * | 2014-04-08 | 2015-07-08 | 山东科技大学 | 基于混沌优化搜索的光伏阵列最大功率点跟踪方法 |
CN104022734A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-03 | 西华大学 | 一种光伏发电控制方法、处理器及*** |
CN104238622A (zh) * | 2014-08-18 | 2014-12-24 | 南京航空航天大学 | 基于局部阴影下光伏阵列电流特性的输出功率获取方法 |
CN104765400A (zh) * | 2015-02-05 | 2015-07-08 | 武汉大学 | 一种光伏发电***环境自适应式mppt方法及*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2015621A3 (cs) | 2017-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5942183B2 (ja) | 太陽光発電用パワーコンディショナ | |
Boico et al. | Solar battery chargers for NiMH batteries | |
Armstrong et al. | Comparison of battery charging algorithms for stand alone photovoltaic systems | |
CA2989192C (en) | System and method for charging autonomously powered devices using variable power source | |
EP3159996B1 (en) | Controller and method of controlling power supplied from a small power source to a power grid | |
ES2948562T3 (es) | Sistema híbrido de control de suministro de energía solar | |
CN107710542A (zh) | 蓄电池控制装置、蓄电池充放电***、太阳能发电***以及蓄电池控制方法 | |
US8810213B2 (en) | Power control method and apparatus for tracking maximum power point in a photovoltaic system | |
US20100060236A1 (en) | Method for Determining the End-of-Discharge Threshold of a Rechargeable Battery | |
JP5901792B2 (ja) | マルチインバーター太陽光発電システム | |
Al Riza et al. | Standalone photovoltaic system sizing using peak sun hour method and evaluation by TRNSYS simulation | |
JP2013196338A (ja) | 光発電装置、光発電装置における最大出力点追従制御方法、コンピュータプログラム、および移動体 | |
Dakkak et al. | A charge controller based on microcontroller in stand-alone photovoltaic systems | |
KR20120129910A (ko) | 최대 전력점 추적기의 작동 방법 | |
CN104881076A (zh) | 选择性多相最大功率点跟踪 | |
JP5413390B2 (ja) | 充電制御装置および充電制御方法、並びに太陽光発電システム | |
CN105135569A (zh) | 光伏空调***及其控制方法 | |
CZ306398B6 (cs) | Metoda stanovení maximálního výkonu, který lze odebírat z fotovoltaického panelu | |
KR20150131335A (ko) | 태양 전지에 의해 생성된 전기 에너지의 관리 시스템 | |
US20170310114A1 (en) | Renewable energy load management and power balancing system and operation | |
KR102211067B1 (ko) | 에너지 저장 시스템, 그리고 에너지 저장 시스템을 이용한 최대전력 추종 방법 | |
Spertino et al. | Storage sizing procedure and experimental verification of stand-alone photovoltaic systems | |
Yang et al. | Influence of the charge regulator strategy on state of charge and lifetime of VRLA battery in household photovoltaic systems | |
De Zoysa et al. | Designing and constructing a DC microgrid with uninterrupted power supply capability and optimizing its energy usage by smart controlling system | |
JP4566084B2 (ja) | 蓄電式空気調和システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190913 |