光电建筑中的控制与信息技术

专家:徐成(湖南大学计算机与通信学院)

观点:

1、光电建筑中各部件的协同运行、能量管理、人机交互等都离不开控制和信息技术的支持。

2、随着光电建筑朝着深度和广度方向发展,控制和信息技术将会扮演更重要的角色。

3、控制系统是整个光伏系统的核心,它控制协调光伏系统各部件的正常运行。

4、控制系统包括以下功能:监控太阳能电池的发电效率及负载变化情况,保证系统输出效率最大化;自动跟踪太阳,提高发电效率;监控蓄电池的工作状态,合理控制能量管理,延长蓄电池使用寿命;控制逆变器将直流电转换成交流电,提高转换效率及侦测系统工作状态;对负载的自动控制以及人机交互功能;系统通信以及远程监控功能;控制系统的自我保护等。

5、目前,光电建筑中发展比较成熟的信息、控制技术主要有:光伏系统的最大功率点跟踪,保证系统始终工作在最大效率点,提高系统效率;光伏系统对太阳的实时跟踪,有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳,提高发电效率;合理的控制逆变器的转换效率,提高输出电压波形质量;合理的充放电控制策略及蓄电池自我保护功能,延长使用寿命,降低系统成本;整个光伏系统工作状态检测、人机操作界面等。

6、运用信息技术,可以实时的在不同的光照、温度下进行最大功率点跟踪(MPPT,Maximum Power Point Tracking),根据太阳能电池所能产生的电能调节输出功率,使其与负载配合以达到最大的转换效率,使光伏阵列的利用率得到有效提高。

7、光伏阵列的最大功率点跟踪原理是:通过检测光伏阵列在不同工作点下的输出功率,经过比较寻优,找到光伏阵列在不同日照和温度条件下输出最大功率时对应的工作电压。

8、信息采集技术通过传感器采集太阳能电池板的角度,根据实时太阳的位置计算出此时太阳能电池板应有的角度,通过控制步进电机转动以调整电池板的角度,实现对太阳的跟踪。

9、太阳的精确跟踪与非跟踪,能量的接收率相差37.7%。因此其发电量也有很大的差距。现有的双轴跟踪系统可提高发电量35%左右,单轴系统可提高20%左右,聚光型跟踪系统会更高,大大提高了太阳能的利用率;采用信息和控制技术实现的跟踪式系统需要太阳电池的数量较少,可以减少太阳电池费用,从而降低整个光伏系统的成本。

10、信息控制技术对于保证和电网的安全并入、提高逆变器的转换效率、控制输出波形质量,侦测孤岛效应等具有重要作用。

11、控制系统利用合理的电池充放电控制策略,对蓄电池进行智能化管理,可有效的防止蓄电池的过充电和深度放电,避免频繁对蓄电池充放电,有利于延长蓄电池的工作寿命、提高光伏系统的可靠性。同时还包括短路保护、击穿保护、反向放电保护等功能。

12、在无人值守的通信中继站或监控设备等光伏系统中,自动控制和远程通信功能、系统自身的保护功能等需要通过信息与控制技术来实现;在大型光伏阵列的铺设过程中,选择合适的安装方位或对太阳能电池的排布方案,需要通过信息技术来快速的解决;太阳能空调与建筑结合、太阳能路灯等系统中,信息和控制技术也是无处不在。

13、光电建筑中的控制和信息技术展望:光伏系统的智能诊断;人性化操作;远程检测、网络控制;光电建筑和智能建筑的结合。

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