太阳能光伏组件与spe电解槽的直接耦合优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能光伏组件与S阳电解槽的直接禪合优化方法，属于能源领域。
【背景技术】
[0002] 氨能作为一种高级能量载体，是一种清洁、高效并且可再生的能源，在能源危机的 当下，被视为可W解决未来能源问题的一种重要能源之一。
[0003] 根据国家能源局统计，截止2015年6月，全国已有光伏发电装机容量达到3578万千 瓦，2015年上半年，全国光伏累计装机容量为7730MW。
[0004] 然而，由于电网配套建设及规划布局等多方面原因，光伏产业在高速发展的同时， 还存在着严重的"弃光"现象，因为在现有技术条件下，电能无法大规模存储，决定了 一旦电 网调度部口对光伏电站实施拉闽，太阳能电站只能让部分光伏组件停止发电。2015年上半 年全国光伏发电量为190亿千瓦时，弃光电量约18亿千瓦时，弃光率约为9.5%，最严重的是 甘肃和新疆，分别弃光11.4亿千瓦时、5.41亿千瓦时，弃光率分别达到28 %和19 %。
[0005] 若在光电无法并网时，利用转换技术将其离网发电，用"弃电"进行电解水制氨，即 可变废为宝，将本来要浪费的电能转换为另一种高级能源加 W利用，从而有效缓解弃光问 题。
[0006] 太阳能电解水制氨系统中，光伏组件与电解槽的禪合方法主要有两种：间接禪合 和直接禪合，目前绝大多数系统采用间接禪合连接方式，间接禪合连接方式将光伏组件与 电解槽通过控制器、蓄电池及DC/DC变换器连接，直接禪合连接方式将光伏组件直接与电解 槽相连或通过DC/DC变换器与电解槽相连，省去了蓄电池装置，该方法结构简单，经济性较 好，增强了系统的可靠性，但对电解槽与光伏组件电压、电流的禪合跟踪性能要求较高。
【发明内容】
[0007] 针对上述技术问题，本发明提供一种太阳能光伏组件与S阳电解槽的直接禪合优 化方法，思路是将SPE电极平均电流曲线与光伏组件的I-V曲线在MPP处拟合，可W解决在光 伏组件与电解槽直接禪合连接过程中，最佳禪合区域难W精确确定串联光伏板数量难W准 确计算的问题。
[000引具体技术方案为：
[0009] 太阳能光伏组件与SPE电解槽的直接禪合优化方法，包括W下步骤：
[0010] (1)测量光伏电池板表面的垂直光照强度和环境溫度；
[0011] (2)使用光伏组件厂商提供的光伏组件，用MATLAB采用牛顿-拉夫逊法计算所禪合 的光伏组件的最大功率点；
[001^ (3)使用公式（1)计算电解槽的标称电流IwE和光伏组件的最大功率点电流Imp込间 的比率，绘制W采样频率为纵坐标、MPP电流为横坐标的直方图，用直方图的像素多少代 表能量密度，从而清楚的表示光伏组件和电解槽的I-V之间的最佳禪合区域；
[0013]
[0014] (4)估计所有满足Impp<Iw的所有光伏组件最大功率点；
[001引（5)偏差值I Vmpp-Vwe I最小的最大功率跟踪曲线上的点即为最优的工作点，从而根 据该工作点对应的Impp确定最优的串联电解池个数；
[0016] 其中，Vw为电解槽的标称电解电压，定义为：
[0017]
[001引式中，nc-电解槽中的串联电解池数量，Vrev-可逆电压，R-气体常数，8.3144J/ kmol，T-环境溫度，F-法拉第常数，i。一燃料电池实时溫度下的交换电流密度，A/cm2，I?i- SPE电解槽内阻，Isca -MPPT曲线上某一点的交换电流密度，计算公式为
为标准测试条件lOOOW/m2，化。C。
[0019] 本方法没有计算电解槽的并联电解池组数，因为在商业电解系统中，SPE电解池并 联组数通常不能随意改变。
[0020] 本发明提供的太阳能光伏组件与SI^电解槽的直接禪合优化方法，可W有效的解 决"弃光"带来的能源浪费问题，将本要浪费的电能转换为氨能进行输送或储存加 W利用。 该方法可W精确的对采用直接禪合连接方式的光伏发电制氨系统中的串联光伏电池板数 量进行计算确定，从而提高制氨系统的整体工作效率，减少能源浪费。在确定了优化的串联 光伏电池板数量后，可W将光伏组件精确的分组连接S阳电解槽，太阳能光伏组件与SI^电 解槽的直接禪合优化方法既可W减少光伏组件及电解槽的资源配置浪费，又可W省去中间 的变压及控制器环节，降低设备成本。
【附图说明】
[0021] 图1为实施例光伏组件厂家提供的组件两年内测试的MPP曲线；
[0022] 图2为实施例直方图计算的Impp的值；
[002引图3为实施例拟合出作光伏组件的MPP曲线及电解槽的I-V曲线。
【具体实施方式】
[0024] 结合实施例说明本发明的具体技术方案。
[0025] 垂直光照强度800W/V，环境溫度20°C条件下，光伏组件厂家提供组件数据资料如 表1和图1。
[00%]表1光伏组件性能数据
[0027]__
~图2中，箭头所指的顶点表明的是在最佳负荷时的电流即IwE与光伏组件在标准条胃 件下的Impp间的最佳关系：？> = 〇.917。
[0029] 根据Iw = 0.917 · Impp,stc进行非线性拟合得出nc = 0.409 · Vmpp,stc。
[0030] 根据方程(2)计算电解槽的电压VwE，拟合出作光伏组件的MPP曲线及电解槽的I-V 曲线如图3所示。
[0031] 图3中，灰色区域为电解槽禁止工作的区域。曲线交点处近似存在口 = 〇.9!7,说明 该方法较好的将电解池的V-I特性与光伏组件的MPP进行了匹配。
【主权项】
1.太阳能光伏组件与SPE电解槽的直接耦合优化方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 测量光伏电池板表面的垂直光照强度和环境温度； (2) 使用光伏组件厂商提供的光伏组件，用MATLAB采用牛顿-拉夫逊法计算所耦合的光 伏组件的最大功率点； (3) 使用公式（1)计算电解槽的标称电流Iwe和光伏组件的最大功率点电流Impp之间的比 率货 > 绘制以采样频率为纵坐标、MPP电流为横坐标的直方图，用直方图的像素多少代表能 量密度，从而清楚的表示光伏组件和电解槽的I-V之间的最佳耦合区域；(4) 估计所有满足Impp < Iwe的所有光伏组件最大功率点； (5) 偏差值| Vmpp-Vwe |最小的最大功率跟踪曲线上的点即为最优的工作点，从而根据该 工作点对应的Impp确定最优的串联电解池个数； 其中，VWE为电解槽的标称电解电压，定义为：(2) 式中，nc-电解槽中的串联电解池数量，Vrev-可逆电压，R-气体常数，8.3144 J/kmo 1， T一环境温度，F-法拉第常数，i。一燃料电池实时温度下的交换电流密度，A/cm2，I^-SPE电 I I 解槽内阻，Isca-MPPT曲线上某一点的交换电流密度，计算公式为U =:TMPP* '，STC Ψ 1.MPP^STC 为标准测试条件l〇〇〇W/m2，25°C。
【专利摘要】本发明涉及太阳能光伏组件与SPE电解槽的直接耦合优化方法，属于能源领域，包括测量光伏电池板表面的垂直光照强度和环境温度；计算所耦合的光伏组件的最大功率点；计算电解槽的标称电流IWE和光伏组件的最大功率点电流IMPP之间的比率绘制直方图，直方图的像素多少代表能量密度，表示光伏组件和电解槽的I-V之间的最佳耦合区域；估计所有满足IMPP＜IWE的所有光伏组件最大功率点；偏差值|VMPP-VWE|最小的最大功率跟踪曲线上的点即为最优的工作点，根据该工作点对应的IMPP确定最优的串联电解池个数。该方法有效的解决“弃光”带来的能源浪费问题，精确的对采用直接耦合连接方式的光伏发电制氢系统中的串联光伏电池板数量进行计算确定，提高制氢系统的整体工作效率，减少能源浪费。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105631230
【申请号】CN201610049026
【发明人】徐立军, 徐蕾, 代元军, 段友莲, 董晓红, 杨峰, 汪继伟, 侯晓静
【申请人】新疆工程学院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月25日