[发明专利]一种太阳能充电系统及其最大功率点跟踪装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，更具体地说，涉及一种太阳能充电系统及其最大功率点跟踪装置和方法。

背景技术

随着社会的不断发展能源问题已经变得越来越重要，特别是不可再生能源的不断减少导致的能源危机的加聚，这就使开发新能源成了目前的主要任务，太阳能作为一种新能源，具有取之不尽、用之不竭以及无污染等优点，是未来解决能源问题的重要途径之一。

太阳能光伏发电是通过太阳能电池板将太阳光能转化为电能的一种方式，由太阳能电池的输出特性可知，太阳能电池存在唯一的最大功率点。图1A是相同光强(1000W/m²)不同温度下功率与电压的曲线图，图1B是相同温度(25℃)不同光强下功率与电压的曲线图，结合图1A和图1B，太阳能电池的输出特性受光强和温度的变化影响很大，这就使太阳能的输出特性不断改变，最大功率点也在不断改变，另外实际应用中负载的变化也会导致最大功率点的改变，在目前硅太阳能电池的转换效率还不是很高而价格又比较高的情况下，高效率的使用太阳能电池板是非常重要的，因此MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率点的跟踪)已经成为太阳能光伏发电的热点问题。MPPT是指能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。近些年来人们对最大功率跟踪技术进行了深入的研究，研究出了很多最大功率跟踪算法，下面简单介绍一下现有的最大功率跟踪算法。

一、基于太阳能自身特性的算法

这些算法都是基于太阳能电池的输出特性和对理论模型分析和论证得到的，如恒压法、开路电压法、短路电流法等方法。

(1)、恒电压法

恒电压法根据太阳能电池在不同的日照强度和一定的温度下最大功率点电压Vmpp基本不变的原理，通过控制光伏阵列的输出电压Vo恒定工作在电压Vmpp来完成对最大功率点的跟踪。恒电压法控制简单，成本低，但在实际应用中很难保证光伏阵列的温度一直不变，特别是在一些温差很大的地域，恒电压法的弊端就更加明显了。

(2)、开路电压法

开路电压法的基本原理是：当光伏阵列工作在最大功率点时，它的工作电压Vop跟它的开路电压Voc总是成一定的线性比例关系，即Vop＝k×Voc，比例系数k一般都取为0.78(误差在±2％)，因此可以让光伏阵列的工作电压设定为0.78倍的开路电压，此时光伏阵列即工作在最大功率点。这种方法类似于定电压跟踪法，但恒电压跟踪法是跟踪恒定的电压，而开路电压法跟踪变化的电压。开路电压法存在的主要问题是需要检测开路电压这样会带来供电短时中断和干扰，另外就是实际中开路电压和最大功率点电压之间的比例关系会因电池板的材料以及生产厂家的不同而不同。

(3)、短路电流法

短路电流法的基本原理和开路电压法类似，根据最大功率点电流和短路电流之间近似的比例关系，即Iop＝k×I步骤Sc，通过检测短路电流来使太阳能电池工作在最大功率点附近。短路电流法的缺点和开路电压法也基本相同，检测短路电流会带来干扰，并且最大功率点电流和短路电流之间的比例关系也不好确定。

二、基于dP/dV＝0的算法

这些算法根据太阳能电池的P-V曲线特性，在最大功率点时dP/dV＝0，在最大功率点的左侧dP/dV＞0，在最大功率点右侧dP/dV＜0来实现最大功率跟踪的，如扰动观察法、增量电导法等方法。

(1)、扰动观察法

扰动观察法主要是依据最大功率点时dP/dV＝0，在最大功率点左侧dP/dV＞0，在最大功率点右侧dP/dV＜0。dP、dV分别代表相邻两个采样周期光伏器件的输出功率和输出电压的变化。该方法通过不断调节光伏器件MPPT电路的工作状态来比较电路调整前后光伏器件输出功率和输出电压来寻找最大功率点，扰动观察法的缺点就是始终存在扰动，并且当光强突变时算法的最大功率跟踪有可能会失败。

(2)、增量电导法