[发明专利]一种太阳能电池的最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种太阳能电池的最大功率点跟踪方法。

背景技术：

近些年随着大量化石燃料的使用，给人类的生存环境带来了严重的后果，产生大量的温室效应气体，造成极为严重的大气污染。而太阳能因其取之不尽，用之不竭的特点，将在未来的能源利用上占据重要地位。

而太阳能电池输出功率受光照强度、环境温度和负载情况影响，并且其输出特性具有非线性特征。在一定的光照强度和环境温度下，光伏阵列模块可以工作在不同的输出电压，但只有在某一输出电压值时，光伏阵列模块的输出功率才能达到最大值，如果超过或者低于这个电压值，输出功率就会下降。为了提高系统的能量转化效率，必须采用适当的最大功率点跟踪算法控制光伏发电变换器，保证系统总是运行在光伏阵列最大功率点(MPP)。

目前常用的太阳能电池最大功率点跟踪算法是扰动观察法(P&Q)。扰动观察法(P&Q)的原理是先设定一个初始电压，然后每隔一定的时间增加或减少电压，将本次太阳能电池的输出功率和上次的输出功率进行比较，然后再确定增加或减少太阳能电池的工作电压来实现太阳能电池的最大功率点跟踪。常规的扰动观察法(P&Q)采用恒定的步长进行运算，无论实际工作点与最大功率点距离的远近，始终以固定步长进行调节，导致太阳能电池的输出功率会在最大功率点两侧发生反复，功率易产生振荡，扫描范围大，跟踪时间长，且步长不易设置，不能很好的完成最大功率点跟踪。

现有的变步长扰动观察法在常规扰动观察法(P&Q)的基础上，根据工作点距离最大功率点距离的远近，自动调整步长，与常规扰动观察法(P&Q)相比，精确性和稳定性有较大提高。中国发明专利(申请号为201010590678.1)光伏电池最大功率点跟踪控制方法，提出利用经验法设定初始电压，分工作点在最大功率点左右两种情况进行变步长功率跟踪，中国发明专利(申请号为200910184287.7)一种光伏发电最大功率点跟踪装置的跟踪方法，采用利用经验数据库设置初始工作点，然后进行全局最大功率点跟踪。尽管上述扫描方式可以跟踪到最大功率点，但是设定的初始电压多由经验确定，初始电压所对应的工作点可能位于最大功率点的两侧，扫描区间不确定，导致扫描区间过大，跟踪时间长，且不能避免在最大功率点处输出功率的反复问题。

发明内容：

本发明的目的是针对现有扰动观察法及其改进方法初始工作点电压位置不定，扫描区间大，跟踪时间长，易产生震荡等问题，提供一种自适应初始电压和变步长扰动的太阳能电池的最大功率点跟踪方法。

按此目的提供的一种太阳能电池的最大功率点跟踪方法，拟采用以下技术方案：

本文提供一种太阳能电池的最大功率点跟踪方法，其特征是针对任意一种环境条件下的太阳能电池，引入该环境条件下的理想上边界功率-电压曲线，得出该曲线的最大功率点处电压U_p，以该电压作为初始工作点电压，然后针对真实情况，利用电压值U_p与该电压值所对应工作点处功率-电压曲线的斜率，利用变步长公式计算步长，向左侧进行最大功率点的跟踪。不仅缩短了扫描范围，减少了跟踪时间，还能减少最大功率点附近的震荡。所述的自适应初始电压和变步长方法包括以下步骤：

步奏一：太阳电池是利用P-N结的光生伏特效应将光能转化为电能的，在光照情况下，电流的I-V特性表现为二极管的特点，即电流随电压指数变化。如果将太阳能电池视为恒流源，将半导体材料电阻、电极与半导体材料接触电阻和界面处载流子的复合电阻视为串联电阻，将太阳能电池边缘漏电流和太阳能电池金属桥漏电流等效为并联电阻，则可获得太阳能电池等效电路如图1所示，根据等效电路得出太阳能电池输出特性的电流方程表达式如公式(1)：