In che modo la tecnologia MPPT funziona in diverse condizioni di illuminazione nei sistemi di illuminazione solare?

Inilluminazione di strada solareSistemi, pannelli fotovoltaici caricano le batterie attraverso un controller solare e le batterie alimentano le luci a LED. Un controller MPPT monitora continuamente la tensione e la corrente dai pannelli fotovoltaici e utilizza algoritmi come perturbare e osservare o conduttanza incrementale -per regolare dinamicamente il punto operativo per la massima potenza. Questo articolo si concentra su come la tecnologia MPPT opera in condizioni di luce solare variabili.

 

1. Qual è la tecnologia MPPT?

Il monitoraggio massimo dei punti di alimentazione (MPPT) è una tecnologia chiave nei sistemi fotovoltaici. L'output di alimentazione di una cella solare non è fissa; Fluttua a seconda di fattori come l'irradiazione solare e la temperatura ambiente.

 

Poiché le caratteristiche di tensione-corrente (VI) di un modulo fotovoltaico sono non lineari, esiste un punto specifico chiamato il punto di potenza massimo (MPP) -at che il sistema raggiunge la sua potenza più alta. L'obiettivo principale di MPPT è rilevare continuamente le caratteristiche operative del modulo fotovoltaico e, attraverso algoritmi di controllo intelligenti, garantire che funzioni il più vicino possibile a questo punto. Ciò massimizza l'efficienza di conversione dell'energia solare e aumenta la generazione di energia generale.

 

 

2. Perché la tecnologia MPPT conta?

In qualsiasi sistema fotovoltaico, le condizioni di luce solare cambiano costantemente a causa di fattori come variazioni meteorologiche e turni stagionali. Senza MPPT, l'uscita di alimentazione dei pannelli solari non può essere completamente utilizzata. Ad esempio, nei giorni nuvolosi o quando parte del pannello è ombreggiata, l'uscita scende in modo significativo. MPPT compensa questi cambiamenti regolando dinamicamente le condizioni attuali, consentendo ai pannelli fotovoltaici di raccogliere quanta più energia possibile. Ciò svolge un ruolo cruciale nel migliorare il valore economico e le prestazioni pratiche dei sistemi solari.

 

 

3. Funzionamento tecnologico MPPT in diverse condizioni di illuminazione

3.1 Forte luce solare in giorni limpidi

① Caratteristiche di output del modulo fotovoltaico

Sotto la forte luce solare in giorni limpidi, la potenza di uscita di un modulo fotovoltaico (PV) è relativamente alta. In questa condizione, la curva di tensione-corrente (VI) del modulo fotovoltaico mostra chiaramente un punto di potenza massimo distinto. Sia la tensione a circuito aperto (la tensione quando non è collegato il carico) sia la corrente di cortocircuito (la corrente quando la resistenza è zero) sono relativamente elevate.

 

② Come funziona MPPT in questa condizione

Il controller MPPT monitora continuamente la tensione e la corrente del modulo fotovoltaico. In genere vengono utilizzati algoritmi comuni come perturb e osserve (P&O). Il controller introduce piccoli disturbi alla tensione di uscita che si aumenta o diminuendo IT per determinare l'effetto sulla potenza di uscita.

 

③ Metodo perturb e osserva (P&O)

Dopo ogni regolazione della tensione, il controller osserva cambiamenti nella potenza di uscita.

Se l'aumento della tensione porta a una potenza più elevata, il punto di potenza massimo sta nella direzione dell'aumento della tensione, quindi il controller continua ad aumentarla.

 

Se la potenza diminuisce, significa che il sistema si è allontanato dall'MPP e la tensione viene quindi ridotta.

Attraverso questo processo iterativo di perturbazione e osservazione, il controller MPPT si blocca rapidamente e accuratamente sul punto di potenza massimo, mantenendo il sistema fotovoltaico funzionante a efficienza ottimale.

 

④ Caso di esempio

• Inizialmente, il modulo PV opera a 17V e 3A, producendo 51 W di potenza.
• Il controller MPPT aumenta la tensione a 18 V, la corrente scende a 2,8A e l'uscita di alimentazione scende a 50,4 W.
• Rilevando una diminuzione della potenza, il controller riduce quindi la tensione a 16 V. La corrente sale a 3.2A e la potenza aumenta a 51,2 W.

 

Dopo diverse rettifiche di questo tipo, il controller stabilizza il punto operativo vicino al vero punto di potenza massima, consentendo una raccolta di energia efficiente anche alla forte luce solare.

 

 

3,2 operazioni tecnologiche MPPT in giorni nuvolosi e condizioni di scarsa illuminazione

① Caratteristiche di output del modulo fotovoltaico

Nei giorni nuvolosi, l'irradiazione solare diminuisce in modo significativo. Di conseguenza, sia la tensione a circuito aperto che la corrente di cortocircuito del modulo fotovoltaico diminuiscono, portando a un punto di potenza massimo inferiore (MPP). Inoltre, a causa dell'illuminazione irregolare e delle diverse condizioni, la posizione dell'MPP può spostarsi considerevolmente e la curva caratteristica di uscita diventa più complessa e meno prevedibile.

 

② Come funziona MPPT in questa condizione

In tali condizioni, il controller MPPT utilizza ancora algoritmi di tracciamento per individuare il punto operativo ottimale. Tuttavia, a causa della più ampia gamma di variazioni nell'MPP, il controller deve rendere regolazioni più sensibili e adattive. In questi casi, viene spesso impiegato l'algoritmo di conduttanza incrementale (IncCond).

 

③ Metodo di conduttanza incrementale

L'algoritmo di conduttanza incrementale determina l'MPP confrontando la conduttanza istantanea (I/V) del modulo PV con la sua conduttanza incrementale (ΔI/ΔV).

 

Quando il modulo funziona esattamente al MPP, i due valori di conduttanza sono uguali.

 

Se differiscono, il controller regola la tensione di uscita in base alle loro magnitudini relative per guidare il modulo più vicino all'MPP.

Questo metodo consente un monitoraggio più rapido e accurato in ambienti con cambiamenti frequenti o rapidi alla luce solare.

 

④ Caso di esempio

• Immagina una giornata nuvolosa in cui il modulo fotovoltaico opera inizialmente a 10 V e 1A, fornendo 10 W di potenza.
• Il controller MPPT calcola i valori di conduttanza istantanea e incrementale e trova che non sono uguali.
• Regola la tensione fino a 9 V, risultando in una corrente di 1,2A e un'uscita di potenza di 10,8 W.

 

Dopo diverse regolazioni perfezionate, il controller porta il modulo fotovoltaico vicino al suo punto di potenza massimo, garantendo un'uscita di energia efficace anche in condizioni di scarsa illuminazione.

 

3.3 operazione tecnologica MPPT in condizioni di ombreggiatura parziale

① Caratteristiche di output del modulo fotovoltaico

Quando un modulo fotovoltaico è parzialmente ombreggiato, le sue prestazioni diventano significativamente più complesse. Le sezioni ombreggiate e non ombreggiate del modulo interagiscono, causando la curva caratteristica di uscita per mostrare più punti di potenza massima locale (MPP locali). Il punto di potenza massimo complessivo in condizioni di ombreggiatura è in genere molto più basso rispetto alla piena luce solare e la sua posizione esatta è più difficile da determinare.

 

② Come funziona MPPT in questa condizione

Sotto un'ombreggiatura parziale, gli algoritmi MPPT convenzionali possono fallire perché tendono a bloccarsi su un massimo locale anziché su quello globale. In tali casi, sono richieste tecniche di ottimizzazione più avanzate come ottimizzazione dello sciame di particelle (PSO).

 

③ Algoritmo di ottimizzazione dello sciame di particelle

L'algoritmo PSO imita il comportamento sociale degli accordi per uccelli per il cibo per individuare il punto di potere massimo globale. In questo contesto, la tensione di uscita e la corrente del modulo fotovoltaico sono trattati come posizione e velocità di una particella. Sfruttando l'intelligenza collettiva e l'esperienza individuale, l'algoritmo regola continuamente la posizione di ciascuna particella, il punto operativo fotovoltaico.

 

Invece di concentrarsi su un singolo punto, PSO valuta contemporaneamente multipli MPP possibili. Attraverso ripetute iterazioni e condivisione delle informazioni tra le particelle, il sistema converge verso il massimo globale, garantendo che il modulo funzioni vicino alla sua potenza ottimale anche in scenari di ombreggiatura complessi.

 

④ Caso di esempio

• Immagina un array solare parzialmente ombreggiato da foglie di alberi. Il controller MPPT utilizza l'algoritmo PSO, distribuendo più particelle attraverso la curva di uscita PV per rappresentare diversi possibili punti operativi.
• Attraverso la comunicazione in corso e il raffinamento adattivo, le particelle convergono gradualmente vicino al punto di potere massimo globale. Di conseguenza, anche in ombre parziale, il modulo fotovoltaico può comunque fornire un livello relativamente elevato di produzione di energia.

 

Conclusione

La tecnologia MPPT è una tecnologia fondamentale per massimizzare la produzione energetica inilluminazione di strada solaresistemi. Analizzando il comportamento del sistema in tre condizioni di illuminazione-Piena luce solare, cieli nuvolosi e ombreggiatura parziale, questo articolo illustra come i controller MPPT utilizzano diversi algoritmi (come perturb e osservazione incrementale e ottimizzazione dello sciame di particelle) per regolare dinamicamente il punto operativo. Questi metodi adattivi assicurano che i moduli fotovoltaici funzionino costantemente vicino alla loro massima efficienza, fornendo prestazioni affidabili in una vasta gamma di ambienti del mondo reale.