直流模块式建筑集成光伏系统的协调控制

直流模块式建筑集成光伏(building integrated photo-voltaic,BIPV)系统由大量并联于直流母线的光伏直流建筑模块和集中逆变模块构成,具有能量转化效率高、可扩展性和可维护性好等优势,适合于建筑集成应用。然而在直流模块式BIPV系统中,每个光伏直流建筑模块的输出能量随着光照、温度等因素变化,具有较强的随机性,同时大量光伏直流建筑模块的并联进一步增加了系统内部能量流的复杂性,因此需要协调控制系统中大量的光伏直流建筑模块和集中逆变模块,保证系统能量平衡和稳定运行。该文首先分析了直流模块式BIPV系统协调控制的原理,提出一种基于直流母线电压恒定的协调控制策略;建立适用于系统协调控制器分析和设计的精确动态模型,给出一种系统协调控制器的设计方法;并通过实验验证了所提出的协调控制策略的有效性。

直流模块式建筑集成光伏系统的拓扑研究

在建筑集成光伏(building integrated photovoltaic,BIPV)系统中,光伏组件作为具有发电能力的表面建筑材料,通常有不同的安装方向和角度,且易受到周围建筑物等形成的局部阴影影响,而采用常规的集中式、串式和多串式技术的电气结构由于系统最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)以光伏组件串或阵列为单位,难于获得高的能量变换效率,甚至可能形成热斑,导致光伏组件的不可逆损坏。为了解决上述问题,该文提出了一种直流模块式BIPV,该系统以将光伏组件、具有MPPT功能的高增益DC-DC变换器和表面建筑材料集成为一体的光伏直流建筑模块为核心,降低了系统成本,且每个光伏组件具有独立的MPPT,增强了系统抗阴影能力。论述了光伏直流建筑模块其拓扑设计的原则,比较分析了一族候选拓扑的性能,选择了一种适合的有源箝位型电流馈入的半桥变换拓扑做为光伏直流建筑模块中的集成DC-DC变换器,构建了直流模块式系统的实验原型,验证了系统的可行性。

阴影条件下BIPV发电系统功率损失分析

基于包含旁路二极管和防逆二极管的BIPV阵列,采用非线性电路理论中的作图法求解光伏阵列的I-V输出特性,并给出采用集中最大功率跟踪(CMPPT)控制和分散最大功率跟踪(DMPPT)控制的BIPV发电系统结构。通过对不同阴影条件下不同规模的光伏阵列进行仿真分析,揭示了CMPPT导致功率损失的原因;并用三维图和等高线图展示了功率损失的主要影响因素,为BIPV的设计安装提供一些借鉴;最后评估了CMPPT对功率损失的影响程度,结果表明:即使跟踪到全局最大功率点(MPP),CMPPT控制在阴影时仍可能引起高达20%峰值功率的损失。