太阳能最大功率跟踪研究综述

张广慧+尹常永

摘 要：太阳能具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点，为光伏并网和完善电网提供了前提，高性能的太阳能发电不但能减少污染，还可以解决能源危机的问题。太阳能发电存在的主要问题是太阳能电池的输出特性受外界环境和转换效率的问题，温度和光照许多因素都会影响输出功率，而且初期成本比较高。因此需要提高太阳能电池的利用率。

关键词：太阳能；最大功率跟踪；效率

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

1 太阳能光伏发电的意义

能源问题越来越为人们所关注，作为一种具有绿色、安全、清洁等优点的太阳能被认为是最具发展潜能的新科技能源之一，其可再生性，清洁型及取之不尽，用之不竭等特点，目前其在太空研究领域得到广泛应用，同时也成为宇宙飞船、太空站等太空设备的后续能量来源。

太阳能的利用在国内来说，其应用领域正在不断向大众化迈进。如现在城市一些路灯都实现了太阳能跟风能结合供电，大城市绿化带、风景区等亦是如此。现在的农业也在朝自动化、无公害等方向发展，太阳能这一新兴能源在农业方面也得到了应用。为太阳光照充足的偏远地区提过电能，可以避免水、火电网进行电能输送的高成本，而且偏远地区的住房分散，加大了输电的难度。利用太阳能来供电，可以节约用电成本，方便供电。

2 太阳能光伏发电的原理以及主要形式

太阳能光伏发电的原理就是光生伏特效应，太阳的光能直接转化为可用的电能。光伏发电系统的发展到现在，主要有四种类型的应用：家庭使用的网络系统，非家庭使用的离网系统，分布式和网格连接系统。

3 太阳能电池特性

光伏电池会因光照强度、温度、湿度等多种因素影响输出发生变化。而且不同条件下的输出功率点也不同。而且在常温下，同一光照强度时太阳能电池板的输出总存在一个最大功率点，便是该温度光照强度下最大功率点。

4 最大功率点以及跟踪的意义

太阳能电池板的P-V曲线是非线性的，因此在某一电压值时候，存在一点功率最大，当电压达到一定值时，功率可达到最。此时功率因为电压的影响而变化。太阳能电池输出功率达到最大的点即为太阳能电池的最大功率点。

为了更好地利用太阳能，我们可以根据太阳能电池板的特性，提高电池板的转换输出效率。太阳能电池板的转换特性：在相同光照的条件下，其输出电压与电流呈现一种非线性的关系，在一段电压范围内电流的变化很缓慢，在一个电压点电流急剧下降，因此就会存在一个最大的功率点。找到这个最大功率点，让太阳能电池板一直以其最大功率输出，从而达到提升太阳能的转换输出效率，效率是光伏发电系统的关键指标之一，常用光伏电池的光伏转换效率较低（8%-16%），因此对光伏变换的效率要求很高。光伏运行的效率包括最大功率点跟踪（MPPT）效率（太阳能到电能的转换）和电能变换效率（电能到电能的转换）两个方面。通常，逆变片所给出的MPPT效率是指MPPT的稳态性能，及稳态是光伏电池的输出效率与当前环境下光伏电池最大输出的效率值比。

5 最大功率点跟踪方法

方法一：恒电压控制法。在相同温度时，各种光照下的最大功率点在一条直线上。这就说明最大功率点应该是固定的电压值。这种方法的优点是，可以避免因为光伏电池老化而失去准确度，也可以准确的把握外界条件的变化得到的最大功率点的参数。缺点是会带来额外的成本消费在温度或光照强度变化剧烈时，不能及时准确的测量最大功率点。同时，对于由多种性能指标光伏电池组成的大型光伏发电系统，获取的数据参数价值有限。

方法二：扰动观察法。先测太阳能电池第i时刻的电压Vi和电流Ii，计算出功率Pi，然后与第i-1时刻的功率进行比较。根据比较的结果调节太阳能电池的工作点，这里引入一个参考电压VREF，当进行比较后，调节参考电压使之逐渐接近最大功率点的电压。在调节太阳能电池工作点时，依据这个参考电压进行调节。该方法的的特点硬件成本低，算法实现容易，不能判定何时达到最大功率点，因此会存在震荡。

方法三：电导增量法是通过比较光伏电池的电导来改变控制信号。该方法具有误报率低、跟踪精度高、误报率低和跟踪精度高的特点，但操作复杂，成本。

6 选取系统

通过对了解与分析，选取扰动观察法进行大功率跟踪研。根据方案的原理，此系统既需要硬件电路对太阳能电池板的信号进行处理，也需要软件程序来进行扰动控制，实现算法。通过监测电压与电流太，得到电池板的实时输出功率，。所以硬件的设计包括控制核心、DC/DC、AD转换等几个大的模块。通过初始系统设计到A/D转换到MPPT到LED显示，用扰动观察法进行计算。

7 结语

太阳能作为一种储量大、无污染的新型的可再生能源，已经成为人们普遍研究的对象。在太阳能光伏发电技术的基础上，对MPPT太阳能控制器的系统结构、工作机理和MPPT控制策略和MPPT技术进行了简单的介绍，提出了一种适合于实际应用的MPPT控制算法，提高了太阳能电池的利用率。

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作者简介：张广慧（1991-），男，硕士研究生，研究领域：电气工程领域。