聚光光伏温差联合发电系统MPPT控制研究与仿真分析

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当今社会,各个国家都在研究可再生能源,太阳能因其丰富的资源、无运输要求和无污染而备受关注。随着光伏技术的成熟,人们发现随着温度的升高,光电转换效率在下降。因此,本文的目的是构建一个聚光式光伏温差联合发电系统,通过菲涅尔透镜将光线集中到光伏电池上,并利用温差发电技术主动冷却光伏电池板。同时对最大功率点跟踪控制(MPPT)的研究,就是不断探索核心控制技术的过程,有助于优化系统的效率、成本、性能等因素,充分体现了其理论优势及实用价值。本文研究了聚光式光伏温差联合系统的最大功率点跟踪控制(MPPT)策略,利用ANSYS和Matlab/Simulink模拟研究了该聚光式光伏温差联合发电系统的合适控制方法,并搭建一个实验样机进行验证。首先,对光伏发电技术与温差发电技术的原理进行分析,建立相应的数学模型后提出光伏温差联合发电系统的构想。并通过研究光伏温差联合发电系统的能量传递形式,建立聚光式光伏温差联合发电系统在500倍聚光水冷散热的情况下的ANSYS仿真模型,得到了在考虑15%的光学损耗的情况下,砷化镓电池在500倍聚光时的温度在205.9℃~223.5℃之间,平均温度为219℃;温差片的热端温度在168.1℃~222.0℃之间,平均温度为181℃;温差片的冷端温度在32.1℃~34.5℃之间,平均温度为32.6℃这些仿真数据,为后续的仿真提供了相应的温度设置依据。其次,分别建立光伏电池、温差电池Matlab/Simulink仿真模型,分析其输出特性。建立聚光式光伏温差联合发电系统仿真模型,并采用三种传统MPPT(恒定电压法、扰动观察法、电导增量法)控制方法对该联合发电系统进行仿真分析。通过分析上述追踪算法的仿真结果,提出布谷鸟智能MPPT控制算法。对布谷鸟算法进行仿真分析,证实了该算法的优越性。最后,选择Boost电路作为聚光式光伏温差联合发电系统的MPPT控制电路,并对其参数做出相应设计,同时设计了联合系统的硬件与软件部分。选择实验器材搭建试验样机,进行相关的实验测试。通过仿真结果可以看出,采用布谷鸟算法可以在0.783 s时追踪到最大功率点,相比于传统算法中恒定电压法的2.568 s,扰动观察法的1.077 s,电导增量法的1.813 s,布谷鸟算法可以更快速地追踪到最大功率点,并且在追踪到最大功率点后震荡幅度在0.02 W以内。相比于其他三种传统算法,布谷鸟算法跟踪得更快,震荡更小,更适用于聚光式光伏温差联合发电系统。通过实验结果可以看出,布谷鸟算法在三个时段的首次追踪时间分别为1.5 s、1.2 s、1.4 s,平均功率分别为9.93 W、14.26 W、7.42 W,都要优于扰动观察法的2.1 s、1.7 s、2.3 s和9.78 W、13.97 W、6.65 W。所以,由实验数据可以得出布谷鸟算法对聚光式光伏温差联合发电系统的功率追踪效果更好。
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