O papel, o princípio e o algoritmo do MPPT do inversor fotovoltaico
2025-03-20
O MPPT (Maximum Power Point Tracking) é uma tecnologia muito importante dos inversores, e a tensão MPPT é um parâmetro crítico ao projetar usinas fotovoltaicas.
In the figure above, the output voltage and current of the photovoltaic module follow the I-V curve and the P-V curve. If you want the inverter to output the maximum power, you need the DC voltage to run at the maximum point where the red dot is located. This point is the maximum power point.
1. O que é MPPT?
Se o ponto de máxima potência for 550V, a potência será de 200W a 550V. Neste momento, a potência operando a 520V é cerca de 190W, e a 580V é cerca de 185W, ambos não tão altos quanto a potência a 550V. Se o inversor não puder acompanhar os 550V, ele perderá geração de energia, mas não terá outros efeitos no sistema.
Por que precisamos continuar rastreando?
Porque essa curva muda com a intensidade da luz, temperatura e sombreamento, o ponto de máxima potência também muda. A tensão do ponto de máxima potência pode ser 560V pela manhã, 520V ao meio-dia e 550V à tarde. Portanto, o inversor precisa encontrar constantemente este ponto de máxima potência, ou seja, rastreamento do ponto de máxima potência, para garantir que a energia dos painéis solares possa ser maximizada durante todo o dia, sem desperdiçar recursos solares.
Com base no conhecimento básico acima, vamos aprender mais sobre o MPPT.
MPPT, que é a abreviação de Maximum Power Point Tracking (Rastreamento do Ponto de Máxima Potência), significa que o inversor ajusta a potência de saída do arranjo fotovoltaico de acordo com diferentes características externas de temperatura ambiente, intensidade de luz e outros fatores, para que o arranjo fotovoltaico sempre forneça a potência máxima.
2. Qual é a função do MPPT?
Como as células solares são afetadas por fatores externos, como intensidade da luz e ambiente, sua potência de saída varia. Quanto maior a intensidade da luz, mais eletricidade é gerada. O inversor com rastreamento de máxima potência MPPT é para aproveitar ao máximo as células solares e fazer com que elas funcionem no ponto de máxima potência. Ou seja, sob a condição de radiação solar constante, a potência de saída após o MPPT será maior do que antes do MPPT, essa é a função do MPPT.
Por exemplo, supondo que o MPPT não tenha começado a rastrear, a tensão de saída do componente é de 500V. Após o início do rastreamento pelo MPPT, ele começa a ajustar a resistência no circuito por meio da estrutura interna do circuito para alterar simultaneamente a tensão de saída do componente e a corrente de saída até que a potência de saída seja máxima (supondo que seja 550V no máximo). Após isso, continuará a rastrear. Dessa forma, sob a condição de radiação solar constante, a potência de saída do componente a uma tensão de saída de 550V será maior do que a de 500V. Essa é a função do MPPT.
3. Fatores que afetam o MPPT de um módulo fotovoltaico único
Geralmente, o impacto das mudanças na irradiância e na temperatura na potência de saída é refletido diretamente no MPPT, ou seja, a irradiância e a temperatura são fatores importantes que afetam o MPPT.
Quando a irradiância diminui, a potência de saída do módulo fotovoltaico diminui; quando a temperatura aumenta, a potência de saída do módulo fotovoltaico diminui;
(1). O impacto da irradiância no MPPT
O rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) do inversor é encontrar o ponto com a máxima potência na figura acima. Como pode ser visto na figura acima, quando a irradiância diminui, o ponto de máxima potência diminui quase proporcionalmente, como mostrado na tabela a seguir.
Pode-se observar na tabela acima que, quando a irradiância diminui proporcionalmente, a tensão MPPT diminui ligeiramente; como P=IU, quando a irradiância diminui, P diminui proporcionalmente, enquanto U diminui ligeiramente, então a corrente I deve diminuir proporcionalmente.
(2). Impacto da temperatura no MPPT
Como pode ser visto na figura acima, quando a temperatura muda, a potência máxima diminui gradualmente proporcionalmente ao coeficiente de temperatura, como mostrado na tabela a seguir.
Pode-se observar que a corrente é principalmente afetada pela irradiância, e a tensão é principalmente afetada pela temperatura.
4. MPPT da unidade de geração fotovoltaica e seu princípio e algoritmo
(1). MPPT da unidade de geração fotovoltaica
As duas imagens acima mostram o rastreamento MPPT de um módulo fotovoltaico. Em projetos reais, um inversor de 500 kW geralmente precisa conectar de 80 a 90 strings fotovoltaicas.
Durante o uso, o arranjo fotovoltaico é facilmente afetado pelo ambiente ao redor (como nuvens flutuantes, edifícios, sombra de árvores, etc.) e pela poeira na superfície do painel solar, resultando em uma diminuição na potência de saída do arranjo fotovoltaico e uma curva de características de saída complexa. A curva de características de saída possui múltiplos pontos extremos. Se uma estação de energia tiver uma unidade de ar condicionado atrás de uma string específica; uma folha cobrir uma célula específica; e a sombra de uma árvore bloquear parte do componente. Então, deve haver uma desvio na potência de saída entre diferentes strings. Portanto, a curva de características de saída da string fotovoltaica conectada a cada inversor torna-se complexa e possui múltiplos pontos extremos. Como encontrar o ponto mais alto exige MPPT!
(2). Princípio do Rastreamento do Ponto de Máxima Potência
Com o desenvolvimento da tecnologia eletrônica, o controle atual do MPPT de arranjos de células solares é geralmente realizado através de circuitos de conversão DC/DC. Seu diagrama de blocos de princípio é mostrado na figura abaixo.
O arranjo de células fotovoltaicas é conectado à carga através de um circuito DC/DC. O dispositivo de rastreamento do ponto de máxima potência detecta continuamente as mudanças de corrente e tensão do arranjo fotovoltaico e ajusta o ciclo de trabalho do sinal de acionamento PWM do conversor DC/DC de acordo com as mudanças.
Para um circuito linear, quando a resistência da carga é igual à resistência interna da fonte de energia, a fonte de energia tem a saída de potência máxima. Embora as células fotovoltaicas e os circuitos de conversão DC/DC sejam fortemente não lineares, eles podem ser considerados circuitos lineares em um período muito curto de tempo. Portanto, desde que a resistência equivalente do circuito de conversão DC-DC seja ajustada para que seja sempre igual à resistência interna da célula fotovoltaica, pode-se alcançar a potência máxima de saída da célula fotovoltaica, e o MPPT da célula fotovoltaica pode ser alcançado.
(3). Algoritmo MPPT
Atualmente, a tecnologia de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) de arranjos fotovoltaicos já foi estudada pela indústria, e vários métodos de controle foram desenvolvidos. Os mais comumente usados são os seguintes: método de rastreamento de tensão constante (Constant Voltage Tracking, CVT), método de perturbação e observação (Perturbation And Observation, P&O), método de condutância incremental (Incremental Conductance, INC), método de incremento de condutância baseado em passo variável de gradiente, etc. (Esses algoritmos podem ser usados apenas sob condições sem obstruções)
● Algoritmo MPPT para saída de potência de pico único
Atualmente, sob condições sem obstruções, os métodos de controle de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) de arranjos fotovoltaicos mais comumente usados são os seguintes:
l Método de rastreamento de tensão constante (Constant Voltage Tracking, CVT)
l Método de perturbação e observação (Perturbation And Observation, P&O)
l Método de condutância incremental (Incremental Conductance, INC)
l Método de incremento de condutância baseado em passo variável de gradiente, etc.
● Algoritmo MPPT de saída de potência múltipla
Algoritmos comuns de rastreamento do ponto de máxima potência, como o método de perturbação e observação e o método de incremento de condutância, podem falhar sob a cobertura de uma nuvem e não conseguir rastrear verdadeiramente o ponto de máxima potência. Atualmente, algumas pessoas no mundo propuseram algoritmos MPPT de múltiplos picos, incluindo principalmente os seguintes três tipos:
Algoritmo composto MPPT combinado com algoritmos convencionais
Método de Fibonacci
Método de pulso de corrente de curto-circuito
Resumo:
Atualmente, a indústria reconhece a importância dos canais multi-MPPT dos inversores, e os inversores de string com multi-MPPT têm sido amplamente reconhecidos.
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