[发明专利]最大功率点跟踪控制器及相关系统与方法

说明书

背景技术

光伏电池产生随电流、电池运行条件、电池物理学、电池缺陷和电池照度而变化的电压。如图1所示，用于光伏电池的一个数学模型将输出电流模拟为：

I=IL-I0{exp[q(V+IRSnkT]-1}-V+IRSRSH]]>  等式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＝在电池端子处的输出电流

V＝在电池端子处的电压

针对25℃、kT/q＝0.0259伏的硅。

典型的电池输出电压是低的，并且取决于用于制造电池的材料的带隙。对于硅电池，电池输出电压可以仅为半伏，其远低于对蓄电池充电或驱动大多数其它负载所需的电压。由于这些低电压，典型地将电池串联连接在一起以形成模块或者阵列，具有比由单一电池产生的输出电压高得多的输出电压。

现实世界光伏电池常常具有一个或多个细微的缺陷。这些电池缺陷可以导致模块中从电池到电池的串联电阻Rs、分流电阻R_SH和光生电流I_L的失配。此外，出于包括由树投射的阴影、遮蔽电池或模块的部分的鸟的粪便、灰尘、泥土和其它缺陷的原因，电池照度在光伏电池的系统中从电池与电池会不同，并且可能甚至在模块中从电池与电池之间不同。照度中的这些失配可能在天与天之间和每天的不同时间不同—阴影在一天中会跨模块移动，以及雨水会冲刷掉遮蔽电池的灰尘或泥土。

根据等式1，输出电压在零输出电流时最大，并且输出电压V随着增大的输出电流I而非线性下降。图2示出了从在恒定照度时从光伏器件得到的增大的电流的影响。随着电流I在恒定照度下增大，电压V缓慢地下降，但随着电流I增大到靠近光电流I_L的输出电流，输出电压V急剧下降。类似地，电池功率(电流与电压的乘积)随电流I增大而增大，直到下降的电压V克服了增大的电流的影响，于是从电池得到的电流I的进一步增大导致功率P快速降低。对于给定照度，每一个电池、模块和电池与模块的阵列因而具有最大功率点，所述最大功率点表示使来自器件的输出功率最大化的电压和电流组合。电池、模块或阵列的MPP会随着温度和照度而改变，并且因此光生电流I_L改变。电池、模块或阵列的MPP还会受到诸如阴影和/或电池、模块或阵列的老化之类的因素的影响。

已经提出了用于在光伏电池的最大功率点或附近操作所述光伏电池的最大功率点跟踪(MPPT)控制器。这些控制器典型地针对连接到其输入的光伏器件确定MPP电压和电流，并且调整其有效阻抗以将光伏器件保持在MPP。然而，传统MPPT控制器常常具有一个或多个缺点。例如，一些提出的MPPT控制器在某些条件下会相对缓慢，从而延迟了MPP操作。

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