孫 曉 李 然 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：太陽光發(fā)電作為潔凈的和未來最有希望發(fā)光電方式之一，越來越受到人們的重視。光伏發(fā)電系統(tǒng)各個方面的研究都在不斷地深入進(jìn)行著，本文討論的太陽光發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤控制就是其中一個重要的研究課題。從實際應(yīng)用角度出發(fā)，詳細(xì)論述了采用功率對電壓微分法進(jìn)行最大功率點跟蹤控制的過程，并通過實驗驗證其可行性和有效性。

     關(guān)鍵詞：太陽能電池

     太陽光發(fā)電系統(tǒng) 最大功率點跟蹤 升壓電路

     太陽能電池的最大功率點跟蹤控制是為充分利用太陽能，使太陽能電池始終輸出最大電功率的控制，有登山法、功率數(shù)字模型法等。功率數(shù)字模型法是建立功率對占空比的數(shù)字模型，當(dāng)日射量和溫度有變化時要重新求得數(shù)字模型的參數(shù)，通過改變占空比達(dá)到最大功率點。因為是用4次方程定義功率對占空比的特性曲線，所以有一定的近似程度。登山法是最常用的控制法，通常的登山法是在最大功率點附近逐點計算、比較功率值來尋找最大功率點。當(dāng)日射強(qiáng)度和溫度急劇變化時，太陽能電池的輸出特性也會有相應(yīng)的變化，這就造成最大功率點的快速跟蹤難以實現(xiàn)。

     本文介紹的登山法在太陽能電池的輸出特性有變化時也能快速地達(dá)最大功率點。此控制系統(tǒng)以阻性負(fù)載的獨立運行太陽光發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)太陽能電池的輸出功率對電壓微分在最大功率點必然是0這一原理實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制。這種微分控制法，可以不考慮幅射強(qiáng)度和太陽能電池的溫度變化對控制的直接影響。把導(dǎo)出的非線性狀態(tài)方程經(jīng)線性化處理后，將檢測出的太陽能電池的輸出功率和電壓值代入求解，計算其微分及誤差，然后根據(jù)誤差結(jié)果通過自動控制使上述微分值始終趨向和保持為0。由此可見，如何高精度、快速地求得太陽能電池的輸出功率對電壓的微分是問題的關(guān)鍵所在。本文從對狀態(tài)方程的分析，得出了改變斬波器的占空比就可以改變太陽能電池的輸出電壓的結(jié)論，然后利用太陽能電池在最大功率點的輸出功率對電壓微分是0，的大批量進(jìn)行控制。

     1 太陽光發(fā)電系統(tǒng)

     1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

     圖1為純電阻負(fù)載的太陽光發(fā)電控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)實現(xiàn)最大功率控制的斬波器由電容cs、電感cs、電感ic、功率開關(guān)tc、二極管dc以及濾波電容cd構(gòu)成。其中與太陽能電池并聯(lián)的濾波電容cs為斬波器產(chǎn)生的高頻電流提供通路，以確保太陽能電池保持近似穩(wěn)態(tài)電流輸出，這樣就可以不考慮太陽能電池的滯后性，而僅通過改變功率開關(guān)的開通占空比來進(jìn)行最大功率控制。

     1.2 太陽能電池的輸出特性

     太陽能電池的電壓-電流（es-is）特性在忽略太陽能電池內(nèi)部小的串聯(lián)和并聯(lián)電阻以后可以表示為：

     式中，iph是太陽能電池的短路電流，i0為二極管反包飽和電池，q為電子電荷，k為波耳茲最曼常數(shù)，t是絕對溫度。

     圖2是太陽能電池的es-is特性隨日射強(qiáng)度和溫度變化的關(guān)系。由圖可見，es-is特性是非線性的，并存在最大功率點，而且最大功率點也隨日射強(qiáng)度和太陽能電池溫度的變化而變化。因此，為獲得太陽強(qiáng)電池最大輸出，最大功率點跟蹤是必要的。

     1.3

     太陽能電池的最大功率和功率對電壓的微分的關(guān)系

     太陽能電池輸出功率ps及功率對電壓微分dps/de，可由下式表示：