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超级电容器储能的光伏控制器设计(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2011/4/11 11:05:06   

  1 前言

  能源是人类社会存在和发展的重要物质基础,随着社会的发展,能源日渐减少,并伴随着环境问题日益突出,使得越来越多的国家把目光投向可再生能源。太阳能作为重要能源之一,以其永不枯竭,无污染等优点,正得到迅速的发展。但是太阳能电池在其工作过程中,由于受环境(主要包括日照强度,温度)的影响,其输出具有明显的非线性特性,造成电池与负载之间的不匹配,从而不能使太阳能最大效率地转化为电能输出。为了实现光伏发电系统的功率输出最大化,就需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪控制,即MPPT(MaximumPower Point Tracking)控制。

  在光伏控制技术上,MPPT控制方法有很多种,目前市场上常用的是使用CVT(恒定电压跟踪)控制技术的控制器,因为CVT法较为简单,制造相对也容易,但是此种控制技术带来了较为严重的功率损失,相对于光伏电池价格的高昂以及电力电子技术的日益发展,显得很不经济实用。

  因此各种具有MPPT功能的光伏控制器逐渐发展起来,本文所设计控制器即是一种基于“电压扰动法”采用高性能单片机实现的小型光伏控制器,控制超级电容器充放电。

  2 光伏电池的基本原理及其光伏特性

  光伏电池是一种利用光生伏打效应把光能转换为电能的器件,当太阳光照射到半导体P-N结时,会在P-N结两边产生光生电压,接上负载,就会产生电流。该电流与光照强度成正比,当接受的光强一定时,就可以将光伏电池看成是恒流源。光伏电池由于受外界环境(主要包括温度,光照强度)的影响,使它的输出具有明显的非线性。

  由图1(a)和图1(b)中光伏电池在标准温度及标准光强下的P-V特性可以看出,光伏电池的输出特性受环境变化影响很大,其中光照强度主要影响光伏电池电流,而光伏电池电压主要受温度影响,因此简单的CVT控制技术是不能满足光伏电池最大功率输出要求的,从而使得MPPT控制技术更加适用。

  3 超级电容器储能原理及等效电路模型

  3.1 超级电容器储能原理

  超级电容器(Super-capacitor)是近年来出现的一种新型储能器件,与常规电容器相比,其容量可达法拉级甚至数千法拉。它兼有常规电容器功率密度大,普通电池能量密度高的优点,并且具有充放电时间短,循环性能好,使用寿命长,使用温度范围宽,对环境无污染等特点。因此,从某种意义上讲,超级电容器有着传统电容器和电池的双重功能,弥补了两个传统技术间的空白,因此具有很大的发展潜力。

  

  超级电容器的能量储存在双电层和电极内部。当用直流电源为超级电容器单体充电时,电解质中的正、负离子取向聚集到固体电极表面,形成“电极/溶液”双电层,用以贮存电荷。

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