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度和太陽能電池溫度的變化而變化。因此，為獲得太陽強電池最大輸出，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：