การควบคุมการสร้างกำลังไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ภายใต้ความเข้มแสงไม่สม่ำเสมอ

Abstract

In this dissertation, an approach to maximizing output power of photovoltaic (PV) arrays under each weather condition including uneven irradiance on the array is presented, by which the array operating point is moved to the array maximum power point (MPP). Analysis of output electrical characteristics of the array depended on mathematical models. The proposed maximum-power-point tracking (MPPT) technique detected partial shading, which caused uneven irradiance on the array, by using a linear relationship between the MPP current and the short-circuit current of the array, and a linear relationship between the MPP conductance and the reference conductance calculated from the ratio of short-circuit current to open-circuit voltage of the array under the present weather condition. Inspection of partial shading was evaluated right after the first MPP was found by means of the incremental conductance (IncCond) method with step-size adaptation which depended on the array output power and current variation. When the partial shading was detected, a range of array output voltage was scanned to search for a global maximum power point (GMPP). To save the tracking time, the search area was restricted by using the discovered maximum power, the short-circuit current, and the open-circuit voltage of the array under the present weather condition. The search area was further narrowed during the scan if the newly discovered array power value was higher than the previously recorded one. Simulation results under partial-shading conditions indicated that the proposed MPPT technique performed the partial-shading detection accurately and moved the array operating point to the GMPP successfully. In comparison to the two previously published algorithms, the proposed technique gave the narrower area of GMPP search, the lower swing range of power during the scan, and the higher speed of tracking. In addition, experimental results from hardware implementation on MPPT for a PV module by using the IncCond algorithm showed that variable step-size determination based on the module power and current variation was viable in practice.

วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอวิธีควบคุมการผลิตกำลังไฟฟ้าของกลุ่มแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้มีค่าสูงสุดในแต่ละสภาพอากาศรวมทั้งกรณีที่ความเข้มแสงบนกลุ่มแผงมีค่าไม่สม่ำเสมอโดยย้ายจุดทำงานของกลุ่มแผงไปอยู่ที่จุดกำลังสูงสุด การวิเคราะห์คุณลักษณะทางไฟฟ้าด้านออกของกลุ่มแผงอาศัยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ วิธีติดตามจุดกำลังสูงสุดที่นำเสนอสามารถตรวจพบการบังแสงบางส่วนซึ่งทำให้ความเข้มแสงบนกลุ่มแผงมีค่าไม่สม่ำเสมอโดยอาศัยการแปรผันแบบเชิงเส้นของค่ากระแสที่จุดกำลังสูงสุดกับค่ากระแสวงจรลัดของกลุ่มแผง และการแปรผันแบบเชิงเส้นของค่าความนำที่จุดกำลังสูงสุดกับค่าความนำอ้างอิงซึ่งหาจากอัตราส่วนของกระแสวงจรลัดต่อแรงดันวงจรเปิดของกลุ่มแผงภายใต้สภาพอากาศในขณะนั้น และรู้ผลตรวจหาการบังแสงบางส่วนได้ทันทีหลังจากติดตามจนพบจุดกำลังสูงสุดจุดแรกด้วยวิธีความนำส่วนเพิ่มแบบแปรผันช่วงก้าวที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงของค่ากำลังและกระแสด้านออกของกลุ่มแผง หากตรวจพบการบังแสงบางส่วนจะกราดตรวจเพื่อค้นหาจุดกำลังสูงสุดวงกว้างภายในย่านแรงดันของกลุ่มแผงซึ่งถูกจำกัดเพื่อประหยัดเวลาการค้นหาด้วยค่ากำลังสูงสุดที่พบกับค่ากระแสวงจรลัดและแรงดันวงจรเปิดของกลุ่มแผงภายใต้สภาพอากาศในขณะนั้น โดยย่านจะถูกปรับให้แคบลงอีกเมื่อพบค่ากำลังที่สูงกว่าค่ากำลังสูงสุดเดิม จากการจำลองผล พบว่า วิธีที่นำเสนอสามารถตรวจพบการบังแสงบางส่วนได้อย่างถูกต้อง และสามารถย้ายจุดทำงานของกลุ่มแผงไปยังจุดกำลังสูงสุดวงกว้าง โดยเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีที่คล้ายกันจากการทบทวนวรรณกรรม วิธีที่นำเสนอมีย่านการค้นหาจุดกำลังสูงสุดวงกว้างที่แคบกว่า มีช่วงแกว่งของค่ากำลังด้านออกของกลุ่มแผงระหว่างค้นหาที่แคบกว่า และติดตามจุดกำลังสูงสุดวงกว้างได้เร็วกว่า นอกจากนี้ ผลการทดสอบด้วยชุดวงจรที่สร้างขึ้นเพื่อติดตามจุดกำลังสูงสุดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยวิธีความนำส่วนเพิ่มแสดงให้เห็นว่า การกำหนดช่วงก้าวแบบแปรผันที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงของค่ากำลังและกระแสด้านออกของแผงนั้นสามารถประยุกต์ใช้งานจริงได้