Laboratorium Układów Sterowania Niekonwencjonalnymi Źródłami

Laboratorium Układów Sterowania
Niekonwencjonalnymi Źródłami Energii
Materiały pomocnicze do laboratorium
BADANIE WPŁYWU CZĘŚCIOWEGO
PRZESŁONIĘCIA NA CHARAKTERYSTYKI OGNIWA
FOTOWOLTAICZNEGO
Opracowali:
dr hab. inż. Elżbieta Bogalecka, prof. nadzw. PG
dr inż. Piotr Kołodziejek
Materiały zostały przygotowane w związku z realizacją projektu
pt. „Zamawianie kształcenia na kierunkach technicznych, matematycznych
i przyrodniczych – pilotaż” współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Nr umowy: 46/DSW/4.1.2/2008 –
zadanie 018240
w okresie od 21.08.2008 – 15.03.2012
1
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest analiza wpływu przesłonięcia na pracę ogniwa słonecznego.
Na sprawność ogniwa wpływa nasłonecznienie, temperatura otoczenia i kąt promieni
słonecznych względem ogniwa oraz ich równomierność.
2. Wstęp
Całkowite zasłonięcie tylko jednej komórki, pomimo pełnego nasłonecznienia reszty
komórek, powoduje istotny spadek mocy całego ogniwa. Zasłonięcie jednej komórki
powoduje, że część komórek nagrzewa się, co może prowadzić do awarii. Ograniczeniu
wpływu zakłócenia, jakim jest częściowe zasłonięcie, służą diody bocznikujące, które
sprawiają, że prąd omija słabo oświetlone komórki ogniwa. Zastosowanie diod
UWY
Rys. 1. Budowa panelu fotowoltaicznego.
Komputer
Ogniwo
PC
Interfejs sterowania
i programowania
Przetwornica
Magazyn energii
Odbiornik
Rys. 2. Schemat funkcjonalny stanowiska laboratoryjnego.
2
bocznikujących, pozwala nie tylko poprawić sprawność systemu, ale co najważniejsze, chroni
ogniwo przed destrukcją termiczną.
2. Efekt częściowego przesłonięcia komórki ogniwa.
2.1. Praca przy braku diod bocznikujących
Schemat zastępczy łańcucha komórek o różnych wartościach nasłonecznienia został
przedstawiony na rys. 3.
IG1
G1
D1
RS1
Iwy1
RS2
Iwy2
RP1
IG2
D2
RP2
G2
IG3
RS3 Iwy3
D3
G2
Uwy2
RP3
Uwy3
Rys. 3. Schemat zastępczy łańcucha komórek ogniwa fotowoltaicznego przy braku diod
bocznikujących.
Na schemacie przedstawiono rozpływ prądów gdy prąd jednej z komórek jest mniejszy
od innych. W celu zobrazowania warunków pracy przyjęto, że fotoprąd pierwszej komórki
(IG1) jest dwukrotnie mniejszy niż fotoprąd kolejnych dwóch komórek (IG2). Prądy wyjściowe
każdej z komórek, muszą być sobie równe, wynika to z faktu, że prąd musi się zamknąć przez
rezystancje RS1, RS2, RS3 i obciążenie. W warunkach równomiernego naświetlenia tylko
niewielka cześć prądu, zależna od warunków obciążenia (napięcia wyjściowego), wraca do
źródła przez diodę i rezystancję pasożytniczą. Podczas nierównomiernego naświetlenia
nadmiar prądu zamyka się przez diodę komórki lepiej oświetlonej i w niewielkim stopniu
przez rezystancję pasożytniczą. Nadwyżka prądu to w przybliżeniu różnica pomiędzy
fotoprądem generowanym w danej komórce, a najniższym fotoprądem w gałęzi.
Charakterystyki łańcucha komórek niezbocznikowanych diodami, są analogiczne do
charakterystyk komórki o najmniejszej wartości fotoprądu.
3
Efekt nierównomiernego naświetlenia powoduje nie tylko zmniejszenie ilości
wyprodukowanej energii, ale i jednocześnie podgrzewanie komórek. Nadmierny wzrost
temperatury jest przyczyną degradacji komórek, a w niektórych przypadkach prowadzi do
całkowitego ich zniszczenia.
2.2 Efekt częściowego zasłonięcia komórek w łańcuchu z diodami bocznikującymi.
Schemat zastępczy łańcucha komórek o różnych wartościach nasłonecznienia z diodami
bocznikującymi, został przedstawiony na rys. 4.
G1
G1
RS1
D1
Iwy1
Uwy1
RP1
Id1
G2
G2
RS2
D2
Iwy2
Uwy2
RP2
G3
Iwy3
Uwy3
RP3
G3
G4
G4
RS3
D3
RS4
D4
Id2
Iwy4
RP4
Uwy4
Rys. 4. Schemat zastępczy łańcucha komórek ogniwa fotowoltaicznego z diodami
bocznikującymi.
W sytuacji przedstawionej na schemacie zastępczym prąd wyjściowy pierwszych
dwóch komórek jest znacznie mniejszy niż prąd komórek: trzeciej i czwartej. Z pierwszego
prawa Kirchhoffa wynika, że nadwyżka prądu musi się zamknąć przez diodę bocznikującą.
Zamkniecie się prądu przez diodę bocznikującą powoduje, że napięcie na jej zaciskach
wynosi około Ud1 ≈ 0.7V, co z kolei sprawia, że napięcie na każdej komórce jest ujemne
i dlatego fotoprąd komórki najsłabiej oświetlonej niemal w całości oddawany jest do
obciążenia. Różnica prądów poszczególnych komórek tej gałęzi i najniższego prądu
4
w łańcuchu, zamyka się przez wewnętrzną diodę. Niskie napięcie komórek uniemożliwia
przepływ prądu przez rezystancję pasożytniczą. Charakterystyki I = f(U) oraz P = f(U)
przykładowego ogniwa słonecznego z dwoma diodami bocznikującymi dla identycznych
warunków termicznych i różnych oświetleń poszczególnych łańcuchów przedstawiają
wykresy 5 i 6. Wartość nasłonecznienia pierwszego łańcucha to G1 = 0.3kW/m2, zaś drugiego
G2 = 1kW/m2.
prąd wyjściowy IWY [A]
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
5
10
15
20
25
napięcie wyjściowe UWY [V]
Wykres 1. Charakterystyka IWY = f(UWY) panelu fotowoltaicznego KC40T-1 dla różnych
warunków oświetleniowych. (G1=0.3kW/m2, G2=1kW/m2, T=25oC, RS = 0.25Ω, RP = 250Ω,
moc wyjściowa PWY [W]
A = 1.4).
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25
napięcie wyjściowe UWY [V]
Wykres 2. Charakterystyka PWY = f(UWY) panelu fotowoltaicznego KC40T-1 dla różnych
warunków oświetleniowych. (G1=0.3kW/m2, G2=1kW/m2, T=25oC, RS = 0.25Ω,
RP = 250Ω, A = 1.4).
5
Z uzyskanej charakterystyki P = f(U) wynika, że przy częściowym przesłonięciu pojawiają
się dwa ekstrema. Tradycyjne algorytmy sterowania pozwalają na odnalezienie ekstremum
odpowiadającego wyższym napięciu. Moc w tym ekstremum, w pewnych warunkach, może
być mniejsza niż moc uzyskana w ekstremum odpowiadającemu niższemu napięciu.
Z głębszej analizy wynika fakt, że diody bocznikujące nie tylko służą poprawie
sprawności ogniw, ale przede wszystkim mają za zadanie ograniczyć nagrzewanie fotoprądem
i degradację termiczną. Oznacza to, że praca ogniwa w optymalnym punkcie pracy nie tylko
powoduje wzrost zysku energetycznego, ale także ogranicza destrukcję termiczną.
3. Wpływ temperatury na pracę ogniwa fotowoltaicznego
Istotny wpływ na pracę ogniwa ma temperatura komórek. Na temperaturę istotny wpływ
ma wiele czynników, takich jak: temperatura otoczenia, prędkość i kierunek wiatru,
wilgotność powietrza, kąt padania promieni słonecznych, równomierność nasłonecznienia,
punkt pracy ogniwa słonecznego i inne. Na niektóre z tych czynników można oddziaływać.
Poprawa wentylacji ogniwa jest stosunkowo prosta i w znaczący sposób może poprawiać
efektywność systemu. Praca w optymalnym punkcie pracy, to kolejny sposób na obniżenie
strat mocy – im mniejsza ilość prądu będzie się zamykać przez wewnętrzną diodę komórki
ogniwa tym mniej mocy będzie się wydzielało wewnątrz komórki ogniwa i mniej będzie ją
ogrzewało. Obliczenie, a nawet oszacowanie wpływu tych wszystkich czynników jest bardzo
trudne i samo w sobie mogłoby, stanowić temat odrębnej pracy dyplomowej. Dlatego
uwzględnienie tych wpływów zostanie pominięte, jednak jednym z wejść modelu jest wektor
temperatur każdej komórki z osobna, co oznacza, że można na model oddziaływać zgodnie ze
zmierzonymi warunkami temperaturowymi.
4. Algorytmy obliczania punktu pracy komórki ogniwa.
Stanowisko laboratoryjne stanowi ogniwo słoneczne Kyocera 40CT-1, przetwornica
napięcia z interfejsem sterowania firmy MMB Drives, akumulator oraz obciążenie
rozładowujące akumulator. Schemat funkcjonalny stanowiska laboratoryjnego został
przedstawiony na rys. 2.
Pomiar charakterystyki ogniwa fotowoltaicznego można zrealizować przez wymuszenie
najpierw napięcia minimalnego, a następnie wymuszenie napięcia maksymalnego. Ponieważ
zmiana wartości napięcia nie odbywa się natychmiastowo i trwa od 0,25s przy maksymalnym
nasłonecznieniu do 1s przy nasłonecznieniu 100W/m2, można w tym czasie wielokrotnie
6
zmierzyć wartości napięć oraz prądów, i w ten sposób utworzyć charakterystykę IWY = f(UWY).
Zmiana wartości napięcia ogniwa odbywa się przez wymuszenie czasów załączenia
pierwszego tranzystora przetwornicy. Drugi tranzystor służy do kondycjonowania napięcia
wyjściowego przetwornicy.
Jednym z zaimplementowanych algorytmów poszukiwania maksymalnego punktu
pracy (MPP) na stanowisku laboratoryjnym jest często wykorzystywany przy poszukiwaniu
optymalnego napięcia algorytm Perturb and Observe (PO). Algorytm ten polega na
niewielkim okresowym podwyższaniu lub obniżania napięcia, a następnie porównywaniu
mocy oddawanej w danej chwili i mocy oddawanej przed zmianą napięcia. Na podstawie
porównania mocy wyznacza się kolejną wartość przyrostu napięcia oraz jego znak. Do zalet
tej metody poszukiwania punktu maksymalnej mocy należy zaliczyć brak przerw w
oddawaniu mocy oraz wysoką skuteczność przy dużych wartościach nasłonecznienia. Główne
wady to ciągłe oscylacje wokół optymalnego punktu pracy i brak możliwości odnalezienia
wszystkich ekstremów lokalnych, gdy ogniwo jest częściowo przesłonięte. Algorytm PO
został przedstawiony na rys. 3, gdzie UMPPS – napięcie maksymalnej mocy ogniwa w
standardowych warunkach testowych, UWY – mierzone napięcie wyjściowe ogniwa,
UREF – zadane napięcie wyjściowe ogniwa, IWY – mierzony prąd wyjściowy ogniwa, ∆U –
wartość przyrostu napięcia, P1 – moc przed zaburzeniem oraz P2 – moc po zaburzeniu.
7
Start
UREF = UMPP
∆U = 0.05V
NIE
UWY = UREF
TAK
P1=UREF IWY
UREF = UREF + ∆U
NIE
UWY = UREF
TAK
UREF = UREF + ∆U
P2=UREF IWY
P1 = P 2
∆U = - ∆U
P1 < P 2
NIE
TAK
Rys. 3. Algorytm poszukiwania punktu maksymalnej mocy metodą PO.
moc wyjściowa ogniwa PWY [W]
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
napięcie wyjściowe ogniwa UWY [V]
Rys. 4. Charakterystyka P = f(U) panelu fotowoltaicznego KC40T-1 dla standardowych
warunków testowych.
8
Kolejna zastosowana metoda poszukiania MPP to „Momentarily – Short – Calibration
method”, która polega na zwieraniu ogniwa przez cewkę, co pozwala na zarejestrowanie
charakterystyki w zakresie napięć od napięcia nie obciążonego ogniwa (UWY = UOC) do
ogniwa w stanie zwarcia (UWY = O). W czasie zwarcia jednocześnie rejestrowane
i zatrzaskiwane są prąd i napięcie. Zaletą tej metody jest duża dokładność i bardzo wysoka
odporność na zakłócenia związane z częściowym przesłonięciem i zmianami temperatur.
Wadą tej metody są: konieczność instalacji czujników prądu i napięcia oraz dodatkowego
wyposażenia. Kolejną wadą jest fakt, że metoda ta wymaga chwilowego odłączania ogniwa.
Na rys. 5 przedstawiono schemat układu wraz z modyfikacją pozwalającą na zastosowanie
przedstawionego wyżej algorytmu.
Obciążenie
Przetwornica
DC
DC
Ogniwo słoneczne
I
Układ
A/C
A/
U
regulacji
C
Rys. 5. Schemat układu ogniwa i przetwornicy wraz z modyfikacją umożliwiającą
wykorzystanie algorytmu short-calibration.
Ponieważ algorytm PO wykazuje brak odporności na częściowe przesłonięcie, a algorytm
MSC wymaga okresowego odłączania ogniwa słonecznego, jako rozwiązanie pośrednie
zastosowano algorytm, który po zmianie warunków nasłonecznienia, a więc i mocy
oddawanej, odszukuje punkt maksymalnej mocy, a następnie śledzi go za pomocą metody
PO. Główną zaletą rozwiązania wykorzystującego pomiar charakterystyki jest odporność na
częściowe przesłonięcie. Zaletą metod gradientowych jest duża dokładność i brak przerw
w dostarczaniu energii. Główną ideą tego algorytmu poszukiwania punktu maksymalnej mocy
jest reakcja na nagłe zmiany prądu dostarczanego przez ogniwo, które są efektem zmiany
warunków nasłonecznienia. Reakcją na nagłe zmiany nasłonecznienia i wynikające z nich
nagłe zmiany mocy np. o 10% w ciągu sekundy, jest pomiar charakterystyki prądowo –
9
napięciowej, który pozwala na przybliżone określenie napięcia przy którym uzyskiwana jest
moc maksymalna. Kolejnym krokiem jest śledzenie punktu maksymalnej mocy, aż do
kolejnej nagłej zmiany prądu ogniwa. Uproszczony graf algorytmu został przedstawiony na
rys. 6, gdzie UPmax – napięcie punktu maksymalnej mocy, IPmax – prąd punktu maksymalnej
mocy.
Start
Pomiar charakterystyki
I = f(U)
Obliczenie charakterystyki
P = f(U)
Odnalezienie UPmax
Śledzenie UPmax
algorytmem PO
TAK
Nagła zmiana mocy ogniwa
NIE
(zmiana nasłonecznienia)
Rys. 6. Hybrydowy algorytm poszukiwania punktu maksymalnej mocy.
Algorytm ten łączy zalety wszystkich przedstawionych wcześniej algorytmów
i ogranicza ich wady. Dzięki pomiarowi całej charakterystyki układ jest odporny na
częściowe zasłonięcie, a dzięki algorytmowi PO wyznaczanie punktu maksymalnej mocy jest
dokładne oraz ograniczana jest ilość odłączeń ogniwa. W celu zmniejszenie amplitudy
oscylacji napięcia wokół punktu maksymalnej mocy należy zastosować algorytm PO
o zmiennej wartości przyrostu napięcia (∆U). Na rys. 7 przedstawiono opisywany tutaj
hybrydowy algorytm sterowania ze szczegółowym uwzględnieniem algorytmu PO.
10
Start
Pomiar charakterystyki I = f(U)
Obliczenie charakterystyki P = f(U)
Estymacja UPmax
Rejestracja IPmax
UREF = UPmax
∆U = 0.05V
NIE
UWY = UREF
TAK
P1=UREF IWY
UREF = UREF + ∆U
NIE
UWY = UREF
TAK
P2=UREF IWY
UREF = UREF + ∆U
|PMAX – UWY IWY| < ∆P
NIE
∆U = - ∆U
TAK
P1 < P 2
P1 = P 2
TAK
NIE
Rys. 7. Szczegółowy graf algorytmu hybrydowego poszukiwania punktu maksymalnej mocy.
Ponadto częściowe zasłonięcie ogniwa wiąże się z nagrzewaniem ogniwa i może prowadzić
do jego destrukcji. Odpowiedni algorytm sterowania pozwala nie tylko na wzrost zysku
energetycznego ale i wydłużenie czasu życia ogniwa.
11
3. Schemat układu laboratoryjnego
Schemat energetycznej i pomiarowej części przetwornicy przedstawiono na rys. 8.
Rys. 8. Schemat ideowy energetycznej i pomiarowej części przetwornicy.
12
Przetwornica ma możliwość zarówno obniżania jak i podwyższania napięcia. Sterowanie
napięciem wyjściowym ogniwa i przetwornicy odbywa się za pomocą tranzystorów Q1 i Q3.
Pomiar napięć wykonywany jest za pomocą dzielników rezystancyjnych oraz wzmacniaczy.
Sygnały załączające tranzystory pochodzą z interfejsu sterowania i mogą być podane na
wejścia tranzystora jedynie za pośrednictwem układu kondycjonującego, którego głównymi
elementami są układy scalone U6 i U7.
4. Pomiar charakterystyk ogniwa fotowoltaicznego
Charakterystykę ogniwa fotowoltaicznego można zarejestrować przez wymuszenie napięcia
minimalnego (około 2V), a następnie wymuszane jest napięcie maksymalne (około 20V gdy
ogniwo jest równomiernie naświetlone). Ponieważ zmiana wartości napięcia nie odbywa się
natychmiastowo i trwa od 0,25s przy maksymalnym nasłonecznieniu do 1s przy
nasłonecznieniu 100W/m2, można w tym czasie wielokrotnie zmierzyć wartości napięć oraz
prądów, i w ten sposób utworzyć charakterystykę IWY = f(UWY) oraz PWY = f(UWY). Zmiana
wartości napięcia ogniwa odbywa się przez wymuszenie czasów załączenia pierwszego
tranzystora przetwornicy. Drugi tranzystor służy do kondycjonowania napięcia wyjściowego
przetwornicy. Przesłonięcie komórki ogniwa można zrealizować np. za pomocą przyklejanej
kartki papieru. Przykładowy sposób przesłonięcia przedstawiono na rys. 9.
a)
b)
c)
Rys. 9. Pomiar fizycznego modelu ogniwa w warunkach przesłonięcia, a) pełne
nasłonecznienie obu łańcuchów, b) całkowite zasłonięcie jednej z komórek,
c) pomiar charakterystyki przy częściowym przesłonięciu jednej z komórek.
13
Przesłonięcie uzyskano przez zasłonięcie komórki tak jak na rysunku 9b. Uzyskane
charakterystyki zostały przedstawione na wykresie 9.
prąd wyjściowy ogniwa IWY [A]
1,6
1,4
1,2
1
0,8
Ogniwo
0,6
Model
0,4
0,2
0
0
5
10
15
20
napięcie wyjściowe ogniwa UWY [V]
Wykres 3. Charakterystyka IWY = f(UWY) ogniwa i modelu dla próby 3 (t=27 oC, Ga=0,535
[kW/m2], RS
= 0.25Ω, RP = 250Ω i A = 1.4).
Przy częściowym przesłonięciu uzyskanym przez zasłonięcie komórki podobnie jak na
rysunku 16c charakterystyka przedstawiona jest na wykresie 10.
prąd wyjściowy ogniwa [A]
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
5
10
15
20
25
napięcie wyjściowe ogniwa [V]
Ogniwo
Model
Wykres 4. Charakterystyka IWY = f(UWY) ogniwa i modelu (t=25oC, Ga=460 [kW/m2],
RS = 0.25Ω, RP = 250Ω i A = 1.4).
Na wykresach 9 i 10 przedstawiono porównanie charakterystyki zmierzonej z wyznaczoną
z modelu symulacyjnego.
14
4. Aplikacja do obsługi przetwornicy.
Do obsługi przetwornicy został wykorzystany aplet wykonany przez firmę MBB. Aplet
został zmodyfikowany na potrzeby długotrwałej rejestracji charakterystyk. Modyfikacja
pozwala na rejestracje trzech tablic o wielkości 1300 elementów każda.
Uruchomienie przetwornicy rozpoczynamy od jej załączenia przełącznikiem na
obudowie, następnie włączamy program Tkombajn. Następnie należy wgrać program
sterujący do pamięci interfejsu. Odbywa się to przez kliknięcie przycisku zaznaczonego na
rysunku 9.
Rys. 9. Program do obsługi przetwornicy wraz z zaznaczonym przyciskiem wgrywania
programu sterującego przetwornicą.
Następnie należy sprawdzić status przetwornicy. Po kliknięciu na zakładce „Inne”
zaznaczamy opcję status (rys. 10).
Rys. 10. Włączenie okna status
15
W oknie status poprawne wgranie program sygnalizowane jest przez podświetlenie na zielono
pierwszych czterech pól. Pole piąte powinno być podświetlone na fioletowo, dopuszczalne
jest aby ostatnie pole było podświetlone na fioletowo lub zielono. Sygnalizacja błędów
odbywa się przez podświetlenie jednego z pól na czerwono. Po wgraniu programu można
przejść do ustawienia parametrów przetwornicy.
Po kliknięciu na zakładce „Zmienne” w dowolnej komórce kolumny „Nazwa” należy wpisać
„KontrolaKonfiguracjiUkladuL1”. Następnie w tej samym wierszu i sąsiedniej kolumnie
„Zapis” wpisujemy wartość 6. W ten sposób wybrano hybrydowy algorytm sterowania
punktem pracy ogniwa. Wpisując nazwy innych zmiennych możliwe jest odczyt ich wartości.
Ostatnim krokiem jest włączenie zezwolenia na załączanie tranzystorów. Odbywa się to przez
kliknięcie przycisku „ON”. Wyłączenie odbywa się przez kliknięcie przycisku „OFF”.
Rejestracji krótkich przebiegów można dokonać w zakładce „rejestracje” (rysunek 11).
Wybór zmiennych do rejestracji odbywa się przez wpisanie ich nazw w lewą kolumnę.
Rejestracja może być wyzwalana natychmiast lub gdy pewna zmienna osiągnie określoną
wartość, wybór zmiennej odbywa się przez zaznaczenie jej i wybór warunku i wartości po
której osiągnięciu załączana jest rejestracja (niebieska ramka na rysunku 11) . Zarówno
natychmiastowe jak i wyzwalane warunkiem rejestracje uruchamia się przez wciśnięcie
przycisku uruchom (zielona ramka na rysunku 11). Czas rejestracji w milisekundach
(maksymalnie 10s) podawany jest w polu zaznaczonym czerwoną ramką na rysunku 11. Po
zakończeniu rejestracji, dane należy ściągnąć przez wciśnięcie klawisza „Transfer”
i wyświetlić klikając klawisz „Wykres fst”.
Rys. 11. Zakładka rejestracji przebiegów.
Możliwa jest również rejestracja przebiegów trwających dłużej niż 10s, rejestrowane jest
napięcie, moc oraz ilość załączeń algorytmu SC. Załączenie rejestracji odbywa się przez
16
ustawienie wartości zmiennej „rejestracja” na „1”. Ustawienie okresu próbkowania odbywa
się przez zmianę wartości zmiennej „czasprobki”(wartość w sekundach). Po zakończeniu
rejestracji sygnalizowanym przez zmianę wartości zmiennej „rejestracja” na „0” należy
kliknąć przycisk „Odczyt”. Przebiegi zostają zapisane do pliku: c:\przebiegi.dat.
Zmienne zapisane dużymi literami są zmiennymi względnymi i przyjmują wartości z zakresu
<0,1>, zaś zmienne zapisane małymi reprezentują zapis bezwzględny.
Literatura
[1]
Licznerski M.:Optymalne sterowanie systemem fotowoltaicznym.
[2]
Evaluating MPPT Converter Topologies Using a Matlab PV Model. G. Walker; Power
Conversion Conference 2002 PCC Osaka 2002.
[3]
Study on dynamic and static characteristics of photovoltaic cell. Ujiie, K.; Izumi, T.;
Yokoyama, T.; Haneyoshi, T.; Power Conversion Conference, 2002. PCC Osaka 2002.
Załącznik 1.: Fragment pliku źródłowego programu sterującego pracą przetwornicy
reprezentujący algorytm sterowania hybrydowego.
if (KontrolaKonfiguracjiUkladuL1 == SC) //Short calibration - 6
{
if (krok==1)
{
ufv_zad=0; // napięcie ogniwa zadane w jednostkach względnych
if (UFV <3.5)
{
krok = 2;
}
}
if (krok == 2)
{
ufv_zad=1;
krok = 3;
maxP = 0;
i=0;
UFVmax=0;
}
if (krok ==3)
{
p[1] = UFV * IFV;
if (maxP < p[1])
{
maxP = p[1];
UOPT = ufv;
IOPT = IFV;
}
i++;
if (i>80000)
17
{
krok=4;
ufv_zad=UOPT;
}
}
if (krok ==4)
{
if (fabs(ufv-ufv_zad)<0.2)
{
wymu=ufv-ufv_zad;
i=0;
KontrolaKonfiguracjiUkladuL1 = PO;
}
}
// PO - 5
}
if (KontrolaKonfiguracjiUkladuL1 == PO) //PO
{
if( i == 0)
{
p[1] = UFV * IFV;
ufv_zad = ufv_zad + deltaU;
}
if( i == 1000)
{
p[2] = UFV * IFV;
if ( p[2] < p[1] )
{
deltaU = - deltaU;
}
i=-1;
}
if (fabs(IFV - IOPT)> 4.8*IOPT)
{
krok =1;
KontrolaKonfiguracjiUkladuL1 = SC;
}
i++;
}
Program ćwiczenia
1) Zapoznać się ze strukturą stanowiska laboratoryjnego i obsługą panelu operatora
i zarejestrować wartości promieniowania słonecznego na stanowisku nr 1.
2)
Przeprowadzić
rejestrację
pomiarów
pracy
ogniwa
fotowoltaicznego
dla
hybrydowego algorytmu poszukiwania MPP (maksymalnego punktu pracy):
- PO (Perturb-Observe), (zmienna KontrolaKonfiguracjiUkladuL1=5)
- SC (Short Calibration), (zmienna KontrolaKonfiguracjiUkladuL1=6)
3) Przeprowadzić pomiary i wyznaczyć charakterystyki prądowo-napięciowe oraz mocy
z wykorzystaniem układu sterowania z zadawaniem napięcia (zmienna ufv_zad,
KontrolaKonfiguracjiUkladuL1=2)
18
4) Zbadać wpływ przesłonięcia częściowego komórki ogniwa (1/2 , 2/3 i 3/4) oraz wpływ
zastosowania diod bocznikujących na pracę ogniwa. Na charakterystykach wskazać
punkt wyłączenia diody bocznikującej (widoczny na charakterystykach jako punkt
przełamania) i uwzględnić aktualną wartość promieniowania słonecznego.
5) W trybie pracy algorytmu hybrydowego MPP zarejestrować przebiegi przejściowe
podczas zasłaniania i odsłaniania wybranych komórek ogniwa i na ich podstawie
ocenić jakość zastosowanego sterowania.
7) Wyznaczyć rzeczywistą sprawność ogniwa przy pracy MPP i oraz dla zadanej
wartości napięcia 12V.
8) Porównać charakterystyki z wynikami badań symulacyjnych uzyskanymi w ćw. nr 1.
19