[發明專利]一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法

有效

• 申請號: 201410102416.4
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103838291A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 衛東;趙磊;賴小龍
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法。

背景技術：

近些年隨著大量化石燃料的使用，給人類的生存環境帶來了嚴重的后果，產生大量的溫室效應氣體，造成極為嚴重的大氣污染。而太陽能因其取之不盡，用之不竭的特點，將在未來的能源利用上占據重要地位。

而太陽能電池輸出功率受光照強度、環境溫度和負載情況影響，并且其輸出特性具有非線性特征。在一定的光照強度和環境溫度下，光伏陣列模塊可以工作在不同的輸出電壓，但只有在某一輸出電壓值時，光伏陣列模塊的輸出功率才能達到最大值，如果超過或者低于這個電壓值，輸出功率就會下降。為了提高系統的能量轉化效率，必須采用適當的最大功率點跟蹤算法控制光伏發電變換器，保證系統總是運行在光伏陣列最大功率點(MPP)。

目前常用的太陽能電池最大功率點跟蹤算法是擾動觀察法(P&Q)。擾動觀察法(P&Q)的原理是先設定一個初始電壓，然后每隔一定的時間增加或減少電壓，將本次太陽能電池的輸出功率和上次的輸出功率進行比較，然后再確定增加或減少太陽能電池的工作電壓來實現太陽能電池的最大功率點跟蹤。常規的擾動觀察法(P&Q)采用恒定的步長進行運算，無論實際工作點與最大功率點距離的遠近，始終以固定步長進行調節，導致太陽能電池的輸出功率會在最大功率點兩側發生反復，功率易產生振蕩，掃描范圍大，跟蹤時間長，且步長不易設置，不能很好的完成最大功率點跟蹤。

現有的變步長擾動觀察法在常規擾動觀察法(P&Q)的基礎上，根據工作點距離最大功率點距離的遠近，自動調整步長，與常規擾動觀察法(P&Q)相比，精確性和穩定性有較大提高。中國發明專利(申請號為201010590678.1)光伏電池最大功率點跟蹤控制方法，提出利用經驗法設定初始電壓，分工作點在最大功率點左右兩種情況進行變步長功率跟蹤，中國發明專利(申請號為200910184287.7)一種光伏發電最大功率點跟蹤裝置的跟蹤方法，采用利用經驗數據庫設置初始工作點，然后進行全局最大功率點跟蹤。盡管上述掃描方式可以跟蹤到最大功率點，但是設定的初始電壓多由經驗確定，初始電壓所對應的工作點可能位于最大功率點的兩側，掃描區間不確定，導致掃描區間過大，跟蹤時間長，且不能避免在最大功率點處輸出功率的反復問題。

發明內容：

本發明的目的是針對現有擾動觀察法及其改進方法初始工作點電壓位置不定，掃描區間大，跟蹤時間長，易產生震蕩等問題，提供一種自適應初始電壓和變步長擾動的太陽能電池的最大功率點跟蹤方法。

按此目的提供的一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法，擬采用以下技術方案：

本文提供一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法，其特征是針對任意一種環境條件下的太陽能電池，引入該環境條件下的理想上邊界功率-電壓曲線，得出該曲線的最大功率點處電壓U_p，以該電壓作為初始工作點電壓，然后針對真實情況，利用電壓值U_p與該電壓值所對應工作點處功率-電壓曲線的斜率，利用變步長公式計算步長，向左側進行最大功率點的跟蹤。不僅縮短了掃描范圍，減少了跟蹤時間，還能減少最大功率點附近的震蕩。所述的自適應初始電壓和變步長方法包括以下步驟：

步奏一：太陽電池是利用P-N結的光生伏特效應將光能轉化為電能的，在光照情況下，電流的I-V特性表現為二極管的特點，即電流隨電壓指數變化。如果將太陽能電池視為恒流源，將半導體材料電阻、電極與半導體材料接觸電阻和界面處載流子的復合電阻視為串聯電阻，將太陽能電池邊緣漏電流和太陽能電池金屬橋漏電流等效為并聯電阻，則可獲得太陽能電池等效電路如圖1所示，根據等效電路得出太陽能電池輸出特性的電流方程表達式如公式(1)：