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利用NICompactRIO制作MPPT编制

发布时间:2020-11-20 16:37:56

利用 NI CompactRIO 制作 MPPT 太阳能发电系统之设计与研制

挑战:太阳能电池有其最佳工作点,于此点可获得最大之输出功 率,但最佳工作点往往随着周围环境而改变,如果将太阳能电池之输出电压固定,则无法持续地产生最大输出功率。故目前在太阳光能电池之应用技术中,最大功率 点追踪(Max Power Point Tracking, MPPT)可提升发电的整体效率。本研究的目的,在于建构一套系统进行实时演算,确保瞬息万变的大气环境下皆可达成最大之功率输出。

解决方案:本文设计一套太阳能最大功率追踪器;软件方面,选择以NI LabVIEW 8.2作为开发接口撰写算法,由cRIO之FPAG模块采用DMA方式进行讯号撷取,再由Real Time模块执行MPPT;硬件方面,从NI CompactRIO(cRIO)量测模块量得太阳能电池电流与电压变化情形,接着由FPGA透过I/O模块进行数据撷取,传递数据至Real Time模块进行实时运算处理,最后自PWM模块输出最大功率点之Duty Cycle至降压型电路,此时输出电压即为最大功率点下所产生之电压,并可提供电池供电或马达等负载;透过以上来到朝阳门桥西南角的中国银行大楼一层过程可实现太阳能电池最大功率追踪。

作者:

Ru-Min Chao - Electromechanical Research Institute, National Cheng Kung University

摘要

本研究之目的在改善现有太阳光电池之最大功率追纵控制设计,发展出功率量测型之最大功率追踪系统。由于追踪功率所使用的电压转换器需配合高频PWM 切换讯号,故必须具备高速PWM讯号与撷取之能力,同时考虑系统的可移植性以便日后运用于船舶做为动力系统,以嵌入式的运算系统为首要考虑。因此本研究使用 国家仪器公司之Compact RIO模块,此模块运用LabVIEW程序烧入FPGA芯片,使得开发之运算法得以达到稳定、高效率的整合型系统;并与自行制作之降压电路,以调整功率开 关导通时间进而控制输出,以达到最大功率要求,由模拟与实测结果可得知本文系统之可行性。

系统架构说明

图一为系统架构说明,由25W之太阳能电池提供电能,经降压转换器(converter)降压后将转换后得到的电能储存至充电电池并提供给6V 10AH之铅酸充电电池与作为负载的马达,其中由PWM模块, cRIO-9474提供的PWM切换讯号作为Converter之输入端与输出端之电压调变,Solar cell之输出功率则由电压模块, cRIO-9221量测、并透过FPGA模块, cRIO-9101进行数据撷取后,将撷取所得之功率提供Real Time Controller, cRIO-9002以便进行MPPT之运算并输出PWM讯号。由由于对市场规模快速扩张的强烈渴望于太阳能电池特性线(Solar P-D curve)在某一工作周期(duty)具有最高的输出功率(power),故将converter之PWM讯号操作于该duty点,将得最大功率点所对 应的Duty cycle并将其输出至Converter即可得到最大的太阳能电池输出功率,此追踪最大功率的过程即为MPPT。

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