光伏發電最大功率跟蹤控制器的設計

摘 要：近年來隨著我國國民經濟的迅速增長，與經濟高速增長想伴隨的是能源的高消耗和高污染，傳統的能源消費結構現在已經不能滿足我國經濟發展和社會經濟質量的提高，而且據調查顯示目前我國能源的使用已經超過了環境的負載能力，我國的能源可持續使用能力遠低于國際水平，這勢必會影響到我國的經濟平穩增長。基于我國同國外能源生產和消費模式的進行比對通過建設光伏產業來改善我國的能源產出和消費機制使其發揮能源合理的配置是一個迫在眉睫的現實問題。

關鍵詞：單晶硅；光伏發電；跟蹤器設計

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 18-0000-01

我國的化石燃料的儲量豐富而且是我國長期以來的主要消費能源，然而上世紀以來的能源危機使全球所有國家由此認識到常規能源的局限性、有限性和不可再生性。而在幾十年后各個國家的化石燃料也將面臨估計，由此人們認識到新能源的建設與研發對于一個國家的能源安全是十分重要的，加之人們對環境保護的意識逐漸提高，使得光伏產業得以迅速發展。太陽能具有無限性、可再生性等可持續特性，我國的太陽能年理論儲量高達一萬七千億噸標準煤的燃量。因此我國的光伏產業經濟成為了我國能源可持續發展的重點發展對象。

一、光伏發電模型跟蹤控制相關組件設計

光伏電池的使用性質為光伏電池的使用奠定了整體理論基礎，文章的這一部分主要對文章的工作原理和工作時的屬性進行了比較詳細的介紹。首先光伏電池是利用太陽輻射能量進行發電的，這種能量要通過能量的轉換器才能轉化為電能，這種轉換器就是光伏電池。光伏電池的主要工作原理就是光電原理。一般情況下，光伏電池的主要制作材料是一種介于導體和絕緣體的半導體材料，這種材料的組成原子和其他的物體都是一樣的，硅原子的外層電子按照固定的軌道繞著原子核進行運動。當原子受到外來巨大的力量沖擊時有些電子就會脫離原有的預定軌道成為自由運動的原子，同時在原子原定的位置上留有一個空位，在比較純凈的單晶硅中，自由電子的數量和空穴的數量是大致相當的，但是如果在單晶硅中摻入一些硼、鉀等微量元素就會導致單晶硅中的自由電子被復活，從而形成空穴型半導體，而當單晶硅當中摻入適當的能夠放出電子的磷元素和砷元素等元素就會形成了電子型半導體，如果將這兩種半導體結合起來就會形成一個導體流通節點，光伏電池的最主要就是這個節點，在這個節點上阻礙著電子和空穴的移動，當光伏電池受到陽光直射時電子接收到光能就會向空穴型半導區移動，同時空穴的電子向電子半導區進行移動，這種移動就形成了一種電子動能，從而形成電壓，這也就是上文提出的光電效應，這時在兩端接好金屬導線后接通負載就會產生電流，本身也會形成一個電池原件，將這些原件連接起來就可以產生一定的電壓和電流，輸出功率。目前技術上比較成熟同時具有比較好的商業價值的光伏電池就是太陽能硅電池了。光伏電池的屬性主要包括了電池的輸出屬性、光照特性以及溫度方面的屬性。太陽能光電方面的特性也叫做光伏電池的電壓和電流特性。

二、光伏電池的最大功率跟蹤設計

因為光伏電池在電流輸出的整個過程中，輸出的電流總量和輸出效率是受到陽光強度、環境溫度以及電力負載等多方面影響。只有在一定條件的溫度和光照強度下才能保證光伏電池穩定地輸出電壓，當電池工作達到某個特殊的電壓時能實現光伏電池功率的最大值輸出，從而達到電壓曲線的最高點，這個點也被稱為光伏電池的最大功率點。所以在進行光伏發電的過程中要提高發電系統的整體效率，其中一個非常重要的方法就是對光伏電池的工作點進行全時段調整，保證光伏電池的工作始終處于最大功率點，這一工作過程就是光伏電池的最大功率點跟蹤，因為目前的光伏電池的整體價格和相關成本都特別高，在整個光能發電系統中的整體投資中光伏電池成本占較大比例，因此提高光伏電池的使用效率就是降低發電系統的整體投資總量。光伏電池在進行工作的過程中產生的電壓會因為光照強度和環境溫度的變化而不斷發生變化，最大功率跟蹤的目的就是通過控制光伏電池的最大功效點電壓實現光伏電池各種環境中都能夠輸出最大的功率，在光伏電池最大功率的左邊電池的輸出功率和電壓的變化成正相關，在光伏電池最大功率的右邊電池的輸出功率和電壓的變化成反比。而在這個調試過程中就要做好調試工作，其中MPPT控制的主要作用就是當光伏電池的輸出功率最大功率點在左邊時會使得光伏電池的實際工作電壓升高，從而逼近輸出的最大功率點。當最大功率點在電流輸出點的左邊時會使得光伏電池的總體電壓降低，從而實現逐漸靠近最大功率點。MPPT的工作能夠實質實際上是一個自動尋找最優化輸出點的工作過程，通過光伏電池矩陣尋找最佳電流和電壓的組合，以此得到最佳的排列功率輸出從而和之前的功率進行比較，這樣反復進行比對，知道找出該組電池的最大功率點。在找出最大功率點之后記錄好周圍和環境因素，如氣溫、氣壓等同時做好相關記錄，做出該最大功率點對應的實際情況，在日后進行光伏電池組裝的過程中進行合理的利用，在遇到情況和記錄情況相似或相同時就直接采用記錄的情況進行設置，從而實現最大功率的輸出，提高光伏電池的輸出效率，降低光電生產的中體成本。

三、結束語

總而言之，通過對幾種比較常見的最大功率輸出點測定的方法進行研究比較可以看出，恒定的電壓控制方法比較簡單而且具有較強的可操作性，但是在跟蹤精度上較差，在外環境發生比較大的變化時難以進行及時的跟蹤從而會產生較大的誤差。而爬山法簡單實用跟蹤效率較高，但是在輸出最大功率點的過程中會發生輸出震蕩。電導增量的方法比較快速穩定，但是因為實際光伏伐蒂娜系統中的電流和電壓傳感精度比較有限，這就會導致電導增量難以達到預期的跟蹤效果。本文一般采用對傳統爬山法進行改進，通過對試驗數據進行模擬性仿真，通過仿真的試驗來證明改進后的方法能夠克服傳統爬山法存在的震蕩現象和總體能量的損失，從而實現了電路啟動過程中最快速和最穩定的最大功率輸出跟蹤，提高光伏電池的工作效率。

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