太陽能最大功率跟蹤研究綜述

張廣慧+尹常永

摘 要：太陽能具有無污染、無噪音、取之不盡、用之不竭等優點，為光伏并網和完善電網提供了前提，高性能的太陽能發電不但能減少污染，還可以解決能源危機的問題。太陽能發電存在的主要問題是太陽能電池的輸出特性受外界環境和轉換效率的問題，溫度和光照許多因素都會影響輸出功率，而且初期成本比較高。因此需要提高太陽能電池的利用率。

關鍵詞：太陽能；最大功率跟蹤；效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.076

1 太陽能光伏發電的意義

能源問題越來越為人們所關注，作為一種具有綠色、安全、清潔等優點的太陽能被認為是最具發展潛能的新科技能源之一，其可再生性，清潔型及取之不盡，用之不竭等特點，目前其在太空研究領域得到廣泛應用，同時也成為宇宙飛船、太空站等太空設備的后續能量來源。

太陽能的利用在國內來說，其應用領域正在不斷向大眾化邁進。如現在城市一些路燈都實現了太陽能跟風能結合供電，大城市綠化帶、風景區等亦是如此。現在的農業也在朝自動化、無公害等方向發展，太陽能這一新興能源在農業方面也得到了應用。為太陽光照充足的偏遠地區提過電能，可以避免水、火電網進行電能輸送的高成本，而且偏遠地區的住房分散，加大了輸電的難度。利用太陽能來供電，可以節約用電成本，方便供電。

2 太陽能光伏發電的原理以及主要形式

太陽能光伏發電的原理就是光生伏特效應，太陽的光能直接轉化為可用的電能。光伏發電系統的發展到現在，主要有四種類型的應用：家庭使用的網絡系統，非家庭使用的離網系統，分布式和網格連接系統。

3 太陽能電池特性

光伏電池會因光照強度、溫度、濕度等多種因素影響輸出發生變化。而且不同條件下的輸出功率點也不同。而且在常溫下，同一光照強度時太陽能電池板的輸出總存在一個最大功率點，便是該溫度光照強度下最大功率點。

4 最大功率點以及跟蹤的意義

太陽能電池板的P-V曲線是非線性的，因此在某一電壓值時候，存在一點功率最大，當電壓達到一定值時，功率可達到最。此時功率因為電壓的影響而變化。太陽能電池輸出功率達到最大的點即為太陽能電池的最大功率點。

為了更好地利用太陽能，我們可以根據太陽能電池板的特性，提高電池板的轉換輸出效率。太陽能電池板的轉換特性：在相同光照的條件下，其輸出電壓與電流呈現一種非線性的關系，在一段電壓范圍內電流的變化很緩慢，在一個電壓點電流急劇下降，因此就會存在一個最大的功率點。找到這個最大功率點，讓太陽能電池板一直以其最大功率輸出，從而達到提升太陽能的轉換輸出效率，效率是光伏發電系統的關鍵指標之一，常用光伏電池的光伏轉換效率較低（8%-16%），因此對光伏變換的效率要求很高。光伏運行的效率包括最大功率點跟蹤（MPPT）效率（太陽能到電能的轉換）和電能變換效率（電能到電能的轉換）兩個方面。通常，逆變片所給出的MPPT效率是指MPPT的穩態性能，及穩態是光伏電池的輸出效率與當前環境下光伏電池最大輸出的效率值比。

5 最大功率點跟蹤方法

方法一：恒電壓控制法。在相同溫度時，各種光照下的最大功率點在一條直線上。這就說明最大功率點應該是固定的電壓值。這種方法的優點是，可以避免因為光伏電池老化而失去準確度，也可以準確的把握外界條件的變化得到的最大功率點的參數。缺點是會帶來額外的成本消費在溫度或光照強度變化劇烈時，不能及時準確的測量最大功率點。同時，對于由多種性能指標光伏電池組成的大型光伏發電系統，獲取的數據參數價值有限。

方法二：擾動觀察法。先測太陽能電池第i時刻的電壓Vi和電流Ii，計算出功率Pi，然后與第i-1時刻的功率進行比較。根據比較的結果調節太陽能電池的工作點，這里引入一個參考電壓VREF，當進行比較后，調節參考電壓使之逐漸接近最大功率點的電壓。在調節太陽能電池工作點時，依據這個參考電壓進行調節。該方法的的特點硬件成本低，算法實現容易，不能判定何時達到最大功率點，因此會存在震蕩。

方法三：電導增量法是通過比較光伏電池的電導來改變控制信號。該方法具有誤報率低、跟蹤精度高、誤報率低和跟蹤精度高的特點，但操作復雜，成本。

6 選取系統

通過對了解與分析，選取擾動觀察法進行大功率跟蹤研。根據方案的原理，此系統既需要硬件電路對太陽能電池板的信號進行處理，也需要軟件程序來進行擾動控制，實現算法。通過監測電壓與電流太，得到電池板的實時輸出功率，。所以硬件的設計包括控制核心、DC/DC、AD轉換等幾個大的模塊。通過初始系統設計到A/D轉換到MPPT到LED顯示，用擾動觀察法進行計算。

7 結語

太陽能作為一種儲量大、無污染的新型的可再生能源，已經成為人們普遍研究的對象。在太陽能光伏發電技術的基礎上，對MPPT太陽能控制器的系統結構、工作機理和MPPT控制策略和MPPT技術進行了簡單的介紹，提出了一種適合于實際應用的MPPT控制算法，提高了太陽能電池的利用率。

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作者簡介：張廣慧（1991-），男，碩士研究生，研究領域：電氣工程領域。