[发明专利]太阳能电池最大功率点跟踪方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，更特别地是涉及一种太阳能电池最大功率点跟踪方法和装置。

背景技术

光伏发电技术是根据“光生伏特效应”原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能的一种技术。光伏发电系统与常用的火力发电系统相比具有无污染、无噪音、维护简单等优点，在各种需要电能的场合得到了越来越广泛的应用。

在光伏发电系统中的关键元件是太阳能电池。太阳能电池价格昂贵、转换效率低，因此如何提高太阳能电池的能量转换效率、如何使得系统以最高的效率对蓄电池充电是光伏发电系统中的重要研究课题。太阳能电池的输出功率受日照强度和工作温度等因素的影响，图1和图2分别示出了在相同温度不同光照条件下太阳能电池的I-V曲线和P-V曲线，图3和图4分别示出了在相同光照不同温度条件下太阳能电池的I-V曲线和P-V曲线，如图1-图4所示，在一定的日照强度和工作温度下，太阳能电池电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，太阳能电池的输出功率才能达到最大值，此时太阳能电池的工作点就达到了太阳能电池的输出功率曲线的最高点，该点即为最大功率点(Maximum Power Point，MPP)，最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)就是要找到该最大功率点，并实时调整太阳能电池的工作点，使得系统始终工作在最大功率点附近区域，保证系统以最高的效率对蓄电池充电。

如图5所示，目前常用的光伏发电系统可包括太阳能电池1、蓄电池3、DC/DC装置2以及最大功率点跟踪控制装置4，太阳能电池1通过DC/DC装置2连接到蓄电池3，所述最大功率点跟踪(MPPT)控制装置4包括电压采集电路41、电流采集电路42、控制单元43以及PWM生成器44，控制单元43用于控制PWM生成器44生成不同占空比D的PWM信号来驱动DC/DC装置2。通过改变PWM信号的占空比D能够调节DC/DC装置2的输入电压Ui，该DC/DC装置2的输入电压Ui即为太阳能电池的输出电压，所以通过改变PWM信号的占空比D能够调节太阳能电池1的输出电压。由于DC/DC装置2的输出电压Uo固定，D＝Uo/Ui，所以若要增大太阳能电池的输出电压，则通过减小占空比D即可实现，相反，若要减小太阳能电池的输出电压，则通过增大占空比D即可实现。

太阳能电池最大功率点跟踪方法是采用实时监测光伏发电系统的输出功率，通过一定的控制算法预测当前工作情况下的最大功率点，并通过调节PWM信号的占空比对太阳能电池的输出电压进行不断调节，从而使系统工作在最大功率点附近区域。目前常用的太阳能电池最大功率点跟踪方法主要有增量导纳法、爬山式扰动观测法和三点比较法等。

增量导纳法的思想是利用最大功率点处功率对电压导数为零的思想进行判断是否是最大功率点，即由太阳能电池的P-V曲线可以得出在最大功率点处的斜率为0，则有：dPdV=I+V·dIdV=0,]]>根据导数的正负判断搜索方向。这种方法一定程度上解决了系统在最大功率点附近震荡的问题，但是由于导数的计算只能由差分形式来近似，所以其精确程度还是取决于步长的大小。由于步长固定，搜索速度有限，步长大的话还有可能产生振荡的问题。

爬山式扰动观测法是每隔一定的时间增加或减小太阳能电池的电压，每个周期的改变步长是一定的，观测其后的功率变化方向，若功率变大则继续此扰动方向，否则改变方向。这种方法的步长不易确定，步长大可以较快跟踪到最大功率，但在最大功率点附近的振荡较大，如果步长较小，虽然在最大功率点附近振荡较小，但跟踪的速度又太慢。

三点比较法是爬山式扰动观测法的改进方法，其改进了爬山式扰动观测法易产生误判的问题，但是其电压变化步长也是一定的，而步长的大小也不易确定，因而目前的三步比较法还是无法克服爬山式扰动观测法所存在的步长大时在最大功率点附近的振荡较大，而步长较小时跟踪的速度太慢的问题。

发明内容