基于模糊控制的无电压传感器光伏系统MPPT研究

基于模糊控制的无电压传感器光伏系统MPPT研究随着能源资源的日益减少和环境污染的严重加剧，利用可再生能源逐渐成为一种可持续发展的选择。在可再生能源中，光伏能源是一种非常重要的能源形式，因为它具有很多优势，如经济实惠、环保等。然而，在光伏发电系统中，为了达到更高的效率和稳定性，必须使用最大功率点跟踪（MPPT）技术。在本文中，我们将研究一种基于模糊控制的无电压传感器的光伏系统MPPT技术。

一、理论基础

最大功率点跟踪技术是通过控制系统获取最大储能的能量点，其中，传统方法主要有模拟控制和数字控制。然而，数字控制虽然具有高精度和易实现等优点，但在实际应用中需要芯片或传感器，且建立高精度的数学模型是复杂的，不利于系统的应用。因此，本文选用模糊控制器作为光伏系统MPPT的控制器。

模糊控制技术利用了经验知识来实现对系统的控制，并从系统的反应中进行修正，以达到控制系统的最佳状态，这种技术是一种非常有效的控制策略。mode_name='0CDINb+jLv2r+bCzmJaKX9f1OtrsnlUSsZH3hPOQ58GgTpaRkeYyq76WuAEw4xX/'

二、系统建模

图1关于光伏板的基础模型

在图1中，Iph是光伏电池的光电电流（由光照强度和材料本身的细小缺陷引起）、I0是反向饱和电流、U是光伏电池的电压，Rsh是电池的内电阻。从上面的等式中，我们知道Iph和I0都是”输入”,而U和I是”输出”。所以，在进行模糊控制之前，必须设置一个控制输入变量并进行标准化。

我们将控制输入变量设置为光照强度Irr，采用以下公式进行标准化：

$$x_1=\frac{Irr-Irr_{min}}{Irr_{max}-Irr_{min}}$$

其中，$Irr_{min}$和$Irr_{max}$分别是最小和最大光照强度。

我们把输出变量设置为输出电流$I$，也采用以下公式进行标准化：

$$x_2=\frac{I-I_{min}}{I_{max}-I_{min}}$$

三、基于模糊控制的光伏系统MPPT

根据以上建模，我们建立了基于模糊控制的光伏系统MPPT。该系统通过不断调整控制输出变量使得输入光照信号下的输出电流达到最大值。模糊控制器是该系统的核心部分，它对输出电流进行连续的监测并调整控制器的输出。模糊控制器的输入变量包括$\DeltaP$（光伏板的差动功率）和$\DeltaV$（光伏板的差动电压），输出变量则是光伏板的光照强度。

模糊控制器包括三个基本步骤：模糊化、规则执行和去模糊化。在光伏系统中，这三个步骤可以定义为：

(1)模糊化：将输入光照强度转化为输入量变量，通过使用一个光照强度与光伏板总功率之间的关系图（如图2）。

图2关于光照强度与光伏板总功率的关系图

其中，图中的实线代表当前时间光照强度下光伏板总功率，虚线代表光伏板的最大功率点MPP。通过这个关系图，我们可以确定光伏板和光照强度之间的关系。

(2)规则执行：根据“if模糊输入1is模糊值1and模糊输入2is模糊值2then模糊输出is模糊变量”的规则，构建模糊控制，并从控制系统的反应中进行修正，以达到控制系统的最佳状态。

(3)去模糊化：将模糊输出变量转化为实际控制变量，如光照强度等。

有了以上三个步骤，模糊控制器就可以通过不断调整输出的光照强度来达到最大功率点跟踪。

四、实验结果

实验采用一台60W输出的光伏板、基于PIC16F877A单片机的电路、LM2576-ADJ电压转换器、ATSAMA5D35评估板等实现光伏系统MPPT的跟踪。实验结果表明，使用该光伏系统MPPT技术，可以实现对最大功率点的跟踪，具有一定的实用性。同时，无电压传感器技术的采用也大大降低了硬件成本。如下图所示：

图3最大功率点跟踪图

五、总结

本文研究了一种基于模糊控制的无电压传感器光伏系统MPPT技术，在该系统中，采用光照强度作为控制输入变量，通过不断调整控制输出变量（光照强度）以达到最大功率点跟踪。实验证明该系统可以实现对最大功率点的跟踪，具有一定的实用性。与传统数字控制技术相比，基于模糊控制的MPPT技术不需要使用传感器或数字芯片，可以大大降低系统的成本，提高光伏发电系统的应用前景。为了更好地了解和分析可再生能源和光伏系统的应用前景，需要收集和分析相关数据。在本文中，我们将列出一些关键数据，并对其进行分析。

一、全球可再生能源

根据国际能源署（IEA）的报告，全球可再生能源的增长趋势显著加快，2018年可再生能源在全球总能源需求中占比为约26%。具体数据如下：

1.2018年，全球可再生能源的总发电容量达到2,466GW，其中水电占比最大，达到1,172GW，占总发电容量的48%；风能和太阳能分别占比19%和6%，总共为541GW和480GW。

2.2019年至2024年，全球可再生能源的总发电容量预计将增加60%，其中太阳能、风能和水电将分别增加880GW、1,100GW和390GW。

3.到2030年，可再生能源可能将占据全球总能源需求的约30%。

以上数据表明，全球可再生能源的增长速度明显加快，未来可再生能源的发展前景广阔。

二、中国可再生能源

作为全球最大的能源消费国之一，中国已经成为利用可再生能源的主要市场。根据中国能源统计年鉴的数据，中国可再生能源在中国总能源生产中的应用迅速增长，具体数据如下：

1.2018年，中国可再生能源总发电量达到1,865TWh，占国内总发电量的27%。其中，水电发电量最大，达到1,210TWh，风电和光伏发电分别为377TWh和178TWh。

2.中国光伏发电在全球光伏市场中占比最大，2019年上半年，中国新增光伏装机容量18.7GW，同比增长19%。

3.2019年，中国国家能源局发布了《可再生能源发展规划（2019-2030年）》，计划到2030年，可再生能源总发电量将达到4,500TWh，占能源总量的25%。

以上数据表明，中国已经成为全球可再生能源市场的领导者，未来可再生能源在中国的应用前景广阔。

三、光伏发电系统

在可再生能源中仅以太阳能光伏发电技术作为应用研究对象，根据全球光伏产业协会（GlobalSolarCouncil）和国际能源署的数据，光伏发电系统的应用越来越广泛，具体数据如下：

1.2018年，全球光伏装机容量达505GW，其中中国占比40%以上，是全球最大的光伏市场。

2.全球光伏市场的总投资额达到1680亿美元，2018年新增光伏装机容量为94GW，其中中国新增光伏装机容量为44GW，位居全球第一。

3.全球光伏市场总就业人数为约3.1万人，其中中国占比最大，达到约1.6万人。

以上数据表明，光伏发电系统的应用已经非常广泛，在全球各地都得到了充分的发展和应用。

四、光伏系统的成本

光伏系统的成本是光伏技术应用发展的关键因素。根据国际可持续能源机构（IRENA）的报告和各国实践数据，光伏系统的成本正在逐步降低，具体数据如下：

1.2018年，全球光伏发电系统的装机价格约为1100美元/kWp，比2010年降低了70%左右，光伏发电成本已经与传统能源相当。

2.2019年，中国光伏制造成本在全球领先，组件生产成本约为0.21-0.23美元/W，光伏光热综合成本比传统火力发电还要低。

3.2020年，全球新能源平价上网比例达到约70%，预计到2030年，光伏发电系统的成本可以进一步降低40%-50%。

以上数据表明，随着技术进步和产业化规模的不断扩大，光伏系统的成本正在逐步降低。

五、环保效益

光伏系统具有非常明显的环保效益，根据各方实践数据分析，光伏系统的环保效益具体如下：

1.光伏发电系统的使用是减少温室气体排放和污染物质排放的有效手段之一，每1kW的光伏发电可减少约1.5吨二氧化碳排放量。

2.光伏发电是一种低噪音的发电方式，与传统火力发电相比几乎不产生噪音污染。

3.光伏发电技术是一种非常安全的发电方式，不会产生火灾和爆炸事故，避免了因化石燃料的使用而带来的火灾隐患。

以上数据表明，光伏系统作为一种环保清洁的新能源技术，在环保效益方面具有非常明显的优势。

六、结论

综上所述，通过对相关数据进行分析，我们可以得出以下结论：

1.全球可再生能源的应用正在不断扩大，可再生能源的发展前景广阔。

2.中国已成为全球可再生能源市场的领导者，未来可再生能源在中国的应用前景广泛。

3.光伏发电系统作为可再生能源的重要组成部分，已经非常广泛地应用于全球各地。

4.光伏系统的成本正在逐步降低，随着技术进步和产业化规模的不断扩大，成本还将进一步降低。

5.光伏系统作为一种环保清洁的新能源技术，在环保效益方面具有非常明显的优势。引言

可再生能源已成为全球能源发展的新方向，尤其是太阳能光伏、风能等技术的逐步成熟，逐步替代传统能源，已经成为全球可持续发展的有力之策，也成为各国政府促进经济发展的有力抓手。那么，光伏系统在具体应用中的效果如何呢？笔者将从国内外应用案例中进行分析。

一、国内外光伏案例分析

1.1国内案例

首先，中国的光伏发展空前地快，政府也大力扶持光伏行业的发展，中国的光伏市场规模已经远远超过其他国家。在中国，光伏发电已经在不少地方得到广泛应用。

例如:一个名为蓝田超市的商场，在家居园区、餐饮广场、室外花园等地都安装了大面积的光伏板，并投入使用。商场的屋顶和外墙都安装了大面积的光伏板，总功率达到106KW。由此，蓝田超市就能根据采购价格节省10%以上的电费。此外，蓝田超市还可将多余发电量并网，向国家电网出售。

此外，国内还有很多光伏项目的建设和实施，其中最具代表性的是青海省的大规模太阳能电站。青海省的这些电站建设具有许多特点，例如不但在满足电力需求上有一定的规模，而且还能增加当地的产业和就业，因此在全国引起了很大的反响。

1.2国外案例

除了国内，在全球的许多国家和地区，光伏系统也得到了广泛应用。例如，荷兰的奇瓦斯农业合作社，在运用光伏板设计的农业温室中，良好的使用了阳光，提供了实现农业和环保共赢的新模式。

在澳大利亚，太阳能发电是满足电力需求最多的可再生能源来源之一。澳大利亚一家名为WA射线医学科学公司的医疗技术中心正通过塔式太阳能设备来清洗冷库区。这台设备由太阳能电池板支持，以实现冷库温控。

总的来说，光伏系统在国外的应用更多，应用范围也更广，除了商业领域，还涉及到许多领域，展现了它广泛的应用前景。

二、分析光伏系统在实际应用中可能面临的问题

除了不可避免的发展和应用中的问题，不少实践表明，光伏发电、光伏产品应用等等方面还面临着不小的问题，就我国情况，可分以下两点：

2.1国内目前光伏市场面临的挑战

1.资金缺口：虽然国家政策推动了光伏市场，但资金缺口仍存在。如何为光伏市场提供足够的资金，仍然是重要的任务。

2.技术附件仍存在难题：虽然技术的进步在不断推动着光伏市场的发展，但仍然存在不同品牌协调不足信息传达难度更大后续环节不支持或不到位等等问题，这对于光伏体系的完整性也是很大挑战。

3.成本过高：虽然光伏发电的成本已经大幅降低，但不少地区的太阳能发电仍然比传统能源更昂贵，影响了大规模开展光伏发电的速度。

2.2怎么应对光伏的问题，解决其中的限制因素？

1.深入研究技术，掌握核心技术，提升综合实力

如何解决技术问题的，企业应该重点考虑技术创新、技术下沉，通过技术创新，企业可以在制造工艺上有所创新，从而降低产品的成本。通过技术下沉，企业可以在细节环节优化产品性能，提升企业竞争力。

2.调优节能，强化管理，保证资源和设备的正常运转

在调优和节能上，企业需要对光伏设备进行维护和管理，及时调整光伏设备的性能。在此基础上开展定期检验和检测，维护设备全面性能的稳定和可靠性。除此