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(yōu)點，為光伏并網(wǎng)和完善電網(wǎng)提供了前提，高性能的太陽能發(fā)電不但能減少污染，還可以解決能源危機的問題。太陽能發(fā)電存在的主要問題是太陽能電池的輸出特性受外界環(huán)境和轉(zhuǎn)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(guān)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(fā)電的意義

能源問題越來越為人們所關(guān)注，作為一種具有綠色、安全、清潔等優(yōu)點的太陽能被認為是最具發(fā)展?jié)撃艿男驴萍寄茉粗?，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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，同時也成為宇宙飛船、太空站等太空設(shè)備的后續(xù)能量來源。

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

2 太陽能光伏發(fā)電的原理以及主要形式

太陽能光伏發(fā)電的原理就是光生伏特效應(yīng)，太陽的光能直接轉(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(fā)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(jù)太陽能電池板的特性，提高電池板的轉(zhuǎn)換輸出效率。太陽能電池板的轉(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(zhuǎn)換輸出效率，效率是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵指標之一，常用光伏電池的光伏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換）和電能變換效率（電能到電能的轉(zhuǎn)換）兩個方面。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前環(huán)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(yīng)該是固定的電壓值。這種方法的優(yōu)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(shù)。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(fā)電系統(tǒng)，獲取的數(shù)據(jù)參數(shù)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(jù)比較的結(jié)果調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)參考電壓使之逐漸接近最大功率點的電壓。在調(diào)節(jié)太陽能電池工作點時，依據(jù)這個參考電壓進行調(diào)節(jié)。該方法的的特點硬件成本低，算法實現(xiàn)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(dǎo)增量法是通過比較光伏電池的電導(dǎo)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(fù)雜，成本。

6 選取系統(tǒng)

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(jù)方案的原理，此系統(tǒng)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(xiàn)算法。通過監(jiān)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(shè)計包括控制核心、DC/DC、AD轉(zhuǎn)換等幾個大的模塊。通過初始系統(tǒng)設(shè)計到A/D轉(zhuǎn)換到MPPT到LED顯示，用擾動觀察法進行計算。

7 結(jié)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(jīng)成為人們普遍研究的對象。在太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，對MPPT太陽能控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作機理和MPPT控制策略和MPPT技術(shù)進行了簡單的介紹，提出了一種適合于實際應(yīng)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(lǐng)域：電氣工程領(lǐng)域。