[发明专利]用于控制最大功率点跟踪控制器的系统和方法

说明书

背景技术

光伏电池产生随电流、电池操作条件、电池物理性质、电池缺陷和电池照明发生变化的电压。如图1所示，用于光伏电池的一种数学模型将输出电流模型化为：

I=IL-I0{exp[q(V+IRS)nkT]-1}-V+IRSRSH]]>    方程1

其中

I_L＝光生电流

R_S＝串联电阻

R_SH＝分流电阻

I₀＝反向饱和电流

n＝二极管理想因子(对于理想二极管为1)

q＝元电荷

k＝波耳兹曼常数

T＝绝对温度

I＝电池端子处的输出电流

V＝电池端子处的电压

对于25℃下的硅，kT/q＝0.0259伏特。

典型的电池输出电压较低并且取决于用于制造电池的材料的带隙。电池输出电压可能仅是硅电池的一半伏特，远低于为蓄电池充电或驱动大部分其它负载所需的电压。由于这些低电压，通常将电池串联连接在一起以形成模块或阵列，其具有比单个电池产生的电压高得多的输出电压。另外，有时将多个光伏电池的两个或更多串并联电耦合以增大容量。

现实的光伏电池常常具有一种或多种微观缺陷。这些电池缺陷可能导致串联电阻R_S、分流电阻R_SH和光生电流I_L在模块中的不同电池之间的失配。此外，电池照明可能在光伏电池的系统中的不同电池之间发生变化，并且甚至可能在模块中的不同电池之间发生变化，原因包括树木投下的阴影、电池或模块的鸟粪阴影部分、灰尘、污垢以及其它影响。照明中的这些失配可能每天都变化并且可能每天都随时间变化，阴影可能在一天内移动通过模块，并且雨水可能冲走遮蔽电池的灰尘或污垢。

从方程1可知，输出电压在零输出电流处最大，并且输出电压V随着输出电流I增大而非线性地下降。图2示出了在恒定照明下增大从光伏器件汲取的电流的效果。在电流I在恒定照明下增大时，电压V缓慢下降，但在电流I增大到接近光电流I_L的输出电流时，输出电压V急剧下降。类似地，电池功率(电流和电压之积)随电流I增大而增大，直到下降的电压V克服了增大电流的效果，此时进一步增大从电池汲取的电流I导致功率P迅速减小。因此，对于给定照明，每个电池、模块以及电池和模块的阵列具有最大功率点(MPP)，其表示来自器件的输出功率被最大化处的电压和电流组合。电池、模块或阵列的MPP将随着温度和照明而变化，并且因此，光生电流I_L改变。电池、模块或阵列的MPP还可能受到诸如电池、模块或阵列的遮蔽和/或老化之类的其它因素的影响。

已经提出了用于在光伏器件的最大功率点处或附近操作光伏器件的最大功率点跟踪(MPPT)控制器。这些控制器通常确定连接到其输入的光伏器件的MPP电压和电流并且调整控制器自己的有效阻抗以将光伏器件保持在MPP处。