Maximum power point tracking algorithms for photovoltaic applications

摘要

Aurinkopaneelien tuottama teho muuttuu epälineaarisesti virran funktiona siten, että on olemassa selkeä toimintapiste, jossa teho on suurimmillaan. Tätä pistettä kutsutaan maksimitehopisteeksi ja se riippuu ulkoisista olosuhteista, kuten lämpötila ja säteilyn voimakkuus. Jotta aurinkopaneeleista saataisiin jatkuvasti suurin mahdollinen teho, täytyy paneeli pitää maksimitehopisteessä riippumatta olosuhteiden vaihtelusta. Tästä syystä aurinkopaneeleihin liitettyjen tehoelektronisten muuttajien ohjauksessa käytetään aina jonkinlaista maksimitehopisteen seurantaa (MPPT, maximum power point tracking). Viime vuosikymmenten aikana on julkaistu useita MPPT-menetelmiä. Tässä diplomityössä tarkastellaan ja analysoidaan näitä menetelmiä. Kolmeksi parhaiten suuriin ja keskisuuriin aurinkovoimasovelluksiin soveltuviksi algoritmeiksi havaittiin poikkeuta ja havaitse -menetelmä, inkrementaalinen konduktanssi -menetelmä sekä sumea säätö. Näitä kolmea menetelmää vertailtiin ja niiden dynaamista suorituskykyä tarkasteltiin hiljattain julkaistun standardin pohjalta. Työssä esitetään kahteen ensin mainittuun menetelmään useita parannuksia, joilla niiden heikkoa suorituskykyä jatkuvissa muutostiloissa voitaisiin parantaa. Dynaamisen MPPT-hyötysuhteen testaaminen vaatii pitkiä simulointiaikoja ja paljon muistia, mikäli käytetään yksityiskohtaisia malleja tehoelektronisista muuttajista. Tämä ongelma ratkaistiin laatimalla yksinkertaistettu malli aurinkoenergiajärjestelmästä. Tämä malli validoitiin simuloimalla.