太陽(yáng)能最大功率跟蹤研究綜述

張廣慧+尹常永

摘 要：太陽(yáng)能具有無(wú)污染、無(wú)噪音、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，為光伏并網(wǎng)和完善電網(wǎng)提供了前提，高性能的太陽(yáng)能發(fā)電不但能減少污染，還可以解決能源危機(jī)的問(wèn)題。太陽(yáng)能發(fā)電存在的主要問(wèn)題是太陽(yáng)能電池的輸出特性受外界環(huán)境和轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題，溫度和光照許多因素都會(huì)影響輸出功率，而且初期成本比較高。因此需要提高太陽(yáng)能電池的利用率。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；最大功率跟蹤；效率

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

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的意義

能源問(wèn)題越來(lái)越為人們所關(guān)注，作為一種具有綠色、安全、清潔等優(yōu)點(diǎn)的太陽(yáng)能被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)撃艿男驴萍寄茉粗唬淇稍偕裕鍧嵭图叭≈槐M，用之不竭等特點(diǎn)，目前其在太空研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)也成為宇宙飛船、太空站等太空設(shè)備的后續(xù)能量來(lái)源。

太陽(yáng)能的利用在國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷向大眾化邁進(jìn)。如現(xiàn)在城市一些路燈都實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能跟風(fēng)能結(jié)合供電，大城市綠化帶、風(fēng)景區(qū)等亦是如此。現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)也在朝自動(dòng)化、無(wú)公害等方向發(fā)展，太陽(yáng)能這一新興能源在農(nóng)業(yè)方面也得到了應(yīng)用。為太陽(yáng)光照充足的偏遠(yuǎn)地區(qū)提過(guò)電能，可以避免水、火電網(wǎng)進(jìn)行電能輸送的高成本，而且偏遠(yuǎn)地區(qū)的住房分散，加大了輸電的難度。利用太陽(yáng)能來(lái)供電，可以節(jié)約用電成本，方便供電。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理以及主要形式

太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理就是光生伏特效應(yīng)，太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)化為可用的電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展到現(xiàn)在，主要有四種類型的應(yīng)用：家庭使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，非家庭使用的離網(wǎng)系統(tǒng)，分布式和網(wǎng)格連接系統(tǒng)。

3 太陽(yáng)能電池特性

光伏電池會(huì)因光照強(qiáng)度、溫度、濕度等多種因素影響輸出發(fā)生變化。而且不同條件下的輸出功率點(diǎn)也不同。而且在常溫下，同一光照強(qiáng)度時(shí)太陽(yáng)能電池板的輸出總存在一個(gè)最大功率點(diǎn)，便是該溫度光照強(qiáng)度下最大功率點(diǎn)。

4 最大功率點(diǎn)以及跟蹤的意義

太陽(yáng)能電池板的P-V曲線是非線性的，因此在某一電壓值時(shí)候，存在一點(diǎn)功率最大，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，功率可達(dá)到最。此時(shí)功率因?yàn)殡妷旱挠绊懚兓Ｌ?yáng)能電池輸出功率達(dá)到最大的點(diǎn)即為太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)。

為了更好地利用太陽(yáng)能，我們可以根據(jù)太陽(yáng)能電池板的特性，提高電池板的轉(zhuǎn)換輸出效率。太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換特性：在相同光照的條件下，其輸出電壓與電流呈現(xiàn)一種非線性的關(guān)系，在一段電壓范圍內(nèi)電流的變化很緩慢，在一個(gè)電壓點(diǎn)電流急劇下降，因此就會(huì)存在一個(gè)最大的功率點(diǎn)。找到這個(gè)最大功率點(diǎn)，讓太陽(yáng)能電池板一直以其最大功率輸出，從而達(dá)到提升太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換輸出效率，效率是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，常用光伏電池的光伏轉(zhuǎn)換效率較低（8%-16%），因此對(duì)光伏變換的效率要求很高。光伏運(yùn)行的效率包括最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）效率（太陽(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)換）和電能變換效率（電能到電能的轉(zhuǎn)換）兩個(gè)方面。通常，逆變片所給出的MPPT效率是指MPPT的穩(wěn)態(tài)性能，及穩(wěn)態(tài)是光伏電池的輸出效率與當(dāng)前環(huán)境下光伏電池最大輸出的效率值比。

5 最大功率點(diǎn)跟蹤方法

方法一：恒電壓控制法。在相同溫度時(shí)，各種光照下的最大功率點(diǎn)在一條直線上。這就說(shuō)明最大功率點(diǎn)應(yīng)該是固定的電壓值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以避免因?yàn)楣夥姵乩匣?zhǔn)確度，也可以準(zhǔn)確的把握外界條件的變化得到的最大功率點(diǎn)的參數(shù)。缺點(diǎn)是會(huì)帶來(lái)額外的成本消費(fèi)在溫度或光照強(qiáng)度變化劇烈時(shí)，不能及時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量最大功率點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于由多種性能指標(biāo)光伏電池組成的大型光伏發(fā)電系統(tǒng)，獲取的數(shù)據(jù)參數(shù)價(jià)值有限。

方法二：擾動(dòng)觀察法。先測(cè)太陽(yáng)能電池第i時(shí)刻的電壓Vi和電流Ii，計(jì)算出功率Pi，然后與第i-1時(shí)刻的功率進(jìn)行比較。根據(jù)比較的結(jié)果調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)，這里引入一個(gè)參考電壓VREF，當(dāng)進(jìn)行比較后，調(diào)節(jié)參考電壓使之逐漸接近最大功率點(diǎn)的電壓。在調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池工作點(diǎn)時(shí)，依據(jù)這個(gè)參考電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。該方法的的特點(diǎn)硬件成本低，算法實(shí)現(xiàn)容易，不能判定何時(shí)達(dá)到最大功率點(diǎn)，因此會(huì)存在震蕩。

方法三：電導(dǎo)增量法是通過(guò)比較光伏電池的電導(dǎo)來(lái)改變控制信號(hào)。該方法具有誤報(bào)率低、跟蹤精度高、誤報(bào)率低和跟蹤精度高的特點(diǎn)，但操作復(fù)雜，成本。

6 選取系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)了解與分析，選取擾動(dòng)觀察法進(jìn)行大功率跟蹤研。根據(jù)方案的原理，此系統(tǒng)既需要硬件電路對(duì)太陽(yáng)能電池板的信號(hào)進(jìn)行處理，也需要軟件程序來(lái)進(jìn)行擾動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)算法。通過(guò)監(jiān)測(cè)電壓與電流太，得到電池板的實(shí)時(shí)輸出功率，。所以硬件的設(shè)計(jì)包括控制核心、DC/DC、AD轉(zhuǎn)換等幾個(gè)大的模塊。通過(guò)初始系統(tǒng)設(shè)計(jì)到A/D轉(zhuǎn)換到MPPT到LED顯示，用擾動(dòng)觀察法進(jìn)行計(jì)算。

7 結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能作為一種儲(chǔ)量大、無(wú)污染的新型的可再生能源，已經(jīng)成為人們普遍研究的對(duì)象。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)MPPT太陽(yáng)能控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作機(jī)理和MPPT控制策略和MPPT技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，提出了一種適合于實(shí)際應(yīng)用的MPPT控制算法，提高了太陽(yáng)能電池的利用率。

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作者簡(jiǎn)介：張廣慧（1991-），男，碩士研究生，研究領(lǐng)域：電氣工程領(lǐng)域。