光伏系统最大功率点跟踪方法概要
由太阳电池的输出特性所决定，随着光照强度、温度等自然条件的改变，最大输出功率点也相应改变。为了提高光伏发电效率、降低成本，光伏发电系统必须考虑最大功率点的跟踪问题。
１太阳能电池的伏安特性
太阳能光伏阵列光照特性解析式如下［１］：
Ｉ＝Ｉｇ－Ｉｄｅｘｐ
ｑ（Ｖ０＋Ｉ０Ｒｓ" ）－#$
１－Ｖ０＋Ｉ０Ｒ
ｓｓｈ
（１）式中：Ｉ０，Ｖ分别为太阳能电池的输出电流和输出电压；Ｉｄ为二极管饱和电流；Ｉｇ为光生电流；ｑ为电子的电荷量（１×１０－１９Ｃ）；Ａ为二极管特性因子；
Ｋ为波尔兹曼常量（１．３８×１０－２３Ｊ／ｋＷｈ）；Ｔ为太阳能
电池温度；Ｒｓ，Ｒｓｈ分别为太阳能电池的串联、并联
电阻。
对于太阳能电池来说，式（１）中的（Ｖ０＋Ｉ０Ｒｓ）／
Ｒｓｈ数值很小，可以忽略不计。Ｉ—Ｕ特性可近似表
达为
Ｉ＝Ｉｓ－Ｉｄｅｘｐ
ｑ
（Ｖ０＋Ｉ０Ｒｓ" ）－#$
１（２）
开路状态时，Ｉ＝０，Ｕ＝Ｕｏｃ；短路状态时，Ｉ＝Ｉｓｃ，
Ｕ＝０；在最大功率点，Ｉ＝Ｉｍ，Ｕ＝Ｕｍ，ｄＰ／ｄＵ＝０。
根据系统在最大功率点处和开路状态下的条件，最后可以求得太阳能电池阵列的体系模型。Ｉ－
Ｕ特性、
Ｐ－Ｕ特性都是温度和光强的函数，它们都随这２个因素的改变而变化，其中，温度主要影
响输出电压，光强主要影响输出电压。
２最大功率点的跟踪方法
为追踪光伏系统的最大功率点，我们在参考
国内外经验和方法的基础上，依据太阳能电池的
Ｉ－Ｕ和Ｐ－Ｕ输出特性，得出下列最大功率点的追
踪方法。
２．１恒定电压跟踪法
收稿日期：２００６－１１－０１。作者简介：李
玲（１９８０－），女，硕士研究生，从事光伏技术的应用和研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｌｉｎｇ１３８８８６３４６６０＠１２６．ｃｏｍ
光伏系统最大功率点跟踪方法
李
玲，谢
建，杨祚宝
（云南师范大学太阳能研究所，云南省农村能源工程重点实验室，昆明云南
６５００９２）
摘
要：最大功率点跟踪是光伏发电系统中重要的问题。在对太阳电池特性曲线分析的基础之上，阐述了几种
常用的光伏系统最大功率点的追踪方法。文章总结并分析了各种方案的优缺点。关键词：光伏系统；最大功率追踪中图分类号：ＴＭ６１５
文献标志码：Ｂ
文章编号：１６７１－５２９２（２００７）０２－００８５－０３
Ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｇｉｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍ
ＬＩＬｉｎｇ，ＸＩＥＪｉａｎ，ＹＡＮＧＺｕｏ－ｂａｏ
（ｓｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＹｕｎｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒｔｈｅｐｈｏｔ
ｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍ．Ｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｃｕｒｖｅｏｆｓｏｌａｒａｒｒａｙ，ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｓｏｍｅｏｆｔｈｅＭａｘｉ－ｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｅｎｕｍｅｒａｔｅｄａｎｄｔｈｅｍｅｒｉｔａｎｄｄｅｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍ；ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｇ
图１太阳能电池的Ｕ－Ｉ特性曲线图
Ｆｉｇ．１Ｖ－ＩｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰＶａｒｒａｙ
输出电流Ｉ／Ａ
１０００Ｗ／ｍ２８００Ｗ／ｍ
６００Ｗ／ｍ４００Ｗ／ｍ２００Ｗ／ｍ
ＬＡＢＣＤＥ
Ｐｍａｘ
Ａ′Ｂ′Ｃ′Ｄ′Ｅ′
输出电压Ｕ／Ｖ
Ｕｍ
可再生能源
ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｓｏｕｒｃｅｓ
第２５卷第２期２００７年４月
Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．２Ａｐｒ．２００７
图１为太阳能电池的Ｕ－Ｉ曲线图，其中曲线
Ｌ为负载特性曲线，它与伏安特性曲线的交点
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）即为光伏阵列的工作点［２］。如果最大限度地提高光伏阵列的发电效率，从电路的匹配角度看，就需要一个阻抗变换器。为了实现这一阻抗变化，即设法将光伏阵列的工作点移至光伏阵列伏安特性曲线的最大功率点Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′，Ｅ′
。对于大多数太阳电池组件来说，温度保持固定值时，最大功率点基本在一根垂线的两侧，即在开路电压的（７８±２）％处。这样就可以把最大功率跟踪器简化为一个稳压器，来实现最大功率点的跟踪。但此法忽略了温度对开路电压的影响。以常规单晶硅太阳能电池而言，每当环境温度升高１℃时，其开路电压下降率约为０．３５％～０．４５％。这个因温度的变化而带来的能耗不容忽视，然而，这个问题却是恒定电压追踪法无法克服的。
２．２扰动观察法
在逆变器开始工作前，测定其开路电压，取开路电压的（７８±２）％处作为逆变器开始工作的跟踪电压Ｕｒｅｆ，这样逆变器开始工作就在最大功率点附近。当逆变器工作点稳定之后，给系统一个电压扰动△Ｕ，若此时逆变器输出功率的变化为△Ｐ，根据Ｐ－Ｕ特性曲线图（图２）可知，当△Ｐ／△Ｕ＝０，系统运行在最大功率点；当△Ｐ／△Ｕ＞０，系统运行在最大功率左边；当△Ｐ／△Ｕ＜０，系统运行在最大功率点右边。为了追踪到最大功率点，可以通过不断调节开关管的占空比Ｄ来增大或减小光伏阵列的输出电压，从而达到△Ｐ／△Ｕ＝０，来追踪到最大功率点。
２．３导纳微增法
导纳微增法是基于Ｐ—Ｕ特性曲线性质的自寻优的过程。通过对太阳阵列当前输出电压与电
流的检测，得到当前太阳阵列输出功率，再与已被存储的前一时刻的阵列功率相比较，舍小取大，再检测，再比较……如此不断地周而复始，便使光伏电池动态地工作在最大功率点上。
从图２可以看出，在任何太阳辐照强度及温度下，只要保持光伏电池的输出电压Ｕ′，都能实时地保持相应的最大功率点所对应的电压值，当检测到负载特性与光伏阵列的伏安特性曲线的交点在最大功率点所对应的电压Ｕｍ之左时，导纳微增法的作用是使交点处的电压升高；当交点在最大功率点相应电压Ｕｍ之右时，导纳微增法的作用是使交点处的电压下降。这样就可以保证在任何时刻都输出其最大功率。
导纳微增法控制流程如图３所示［３］。
２．４间歇扫描跟踪法
间歇扫描跟踪法是定时地扫描一段的光伏系统的输出电压（一般为０．５～０．９倍的开路电压），同时记录不同电压下对应的输出功率，经过比较不同点的光伏系统的输出功率，就可以方便地得出最大功率点［４，［５］。
在一天的运行过程中，光伏阵列在短时间内的工作点变化不大，根据太阳能电池的伏安特性曲线，并结合光伏发电系统的实际运行情况，在较短时间间隔内只在缩小的跟踪范围内扫描一次；每隔较长一段时间后，才在整个跟踪范围内对各工作点扫描一次，间歇扫描法的算法流程图如图４所示。其中Ｎ表示为长、
短时间的倍数比，其值可根据当地的光照变化情况而定，Ｔｋ，Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎ分别为扫描控制周期的当前值、最大值和最小值。这
图３导纳微增法的控制流程图
Ｆｉｇ．３ＣｏｎｔｒｏｌｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＭＰＰＴ
开始
检测光伏电池输出电压电流
计算输出功率Ｐ
Ｐ（ｋ）≥Ｐ（ｋ－１）
ｎ（ｋ－１）≥０
ｎ（ｋ－１）≤０
ｎ（ｋ）＝△Ｖ
ｎ（ｋ）＝－△Ｖｎ（ｋ）＝－△Ｖ
ｎ（ｋ）＝△Ｖ
Ｖｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ（ｋ－１）＋△Ｖ
返回
Ｙ
Ｙ
Ｙ
ＮＮ
Ｎ
图２太阳能电池的Ｐ－Ｕ特性曲线图
Ｆｉｇ．２Ｐ－ＶｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰＶａｒｒａｙ输出功率Ｐ／Ｗ
Ｐ０
Ｐ１
Ｐｍ
Ｐ１
Ｐ０
Ｖ０Ｖ１Ｖｍ
Ｖ１Ｖ０
输出电压Ｕ／Ｖ
可再生能源
２００７，２５（２）
８６
样控制的目的是当光照变化不大时，就延长扫描间隔时间，从而进一步减少工作点被扰动的次数，提高系统运行的稳定性，从而智能地改善系统控制性能。通过试验验证，改进后的间歇扫描法，既保持了跟踪的控制精度，又提高了系统运行的稳定性。
３
结论
恒定电压跟踪法操作简单，但受环境温度的
影响比较大，曾用于早期的光伏系统。这种方法基本能够跟踪最大功率点，但随着微电子技术的不断发展和微电子器件的大幅度降价，这种方法已显得很不经济［６］。
目前，太阳能电池最大功率跟踪技术多采用脉宽调制法，硬件的实现均是利用晶体管开关工作在开关状态，将太阳电池阵列的直流输出信号变换成一个有可变占空比的方波信号来改变太阳阵列的等效负载。作为功率调节的变换器，ＤＣ／ＤＣ的开关调节通常采用脉宽调制，它与太阳能电池板串连，通过改变ＰＷＭ波的占空比来控制充电电压，实现最大功率点的追踪。
扰动观察法、导纳微增法、间歇扫描跟踪法的原理都是基于Ｐ－Ｕ曲线的特性。所不同的只是软件上的实现方法。
扰动观察法的算法结构简单，检测参数少，应用比较普遍。但在环境温度变化不大和轻载的条件下，由于传感器的精度等原因，即使改变电池的
输出电压Ｕｒｅｆ，也很难检测到逆变器的输出功率的变化，这使得追踪逆变器的最大功率点变得十分困难，甚至整个光伏系统变得不稳定。所以当功率小到一定程度而检测变得困难时，我们仍然考虑使用恒定电压跟踪法，
设定的Ｕｒｅｆ约为开路电压的（７８±２）％，这样基本能使系统工作在最大功率点附近。
现行的间歇扫描法，虽然在原扫描法的基础上进行了改进，确实有效地提高了跟踪的控制精度，但在记录和比较不同电压下对应的阵列输出功率值时，仍需要针对不同型号的太阳能电池建立电压与输出电流、功率关系的数学模型，导出最大功率的表达式。在实现的过程中需要对光照、温
度进行采样，需要精度很高的传感器，增加了控制器的成本。
虽然导纳微增法可以动态地实现最大功率点
的追踪，但是在温度及光照变化快时，跟踪的速度较慢，造成充电时间过长。另外，在自寻优过程中需不断地调整参考电压，太阳电池的工作点始终在最大功率点附近振荡，造成一定的功率损失。当光照强度快速变化时，由于硬件的精确度是有限的，满足Ｄｉ／Ｄｖ＝Ｉ／Ｕ的概率也是有限的，不可避免地产生误差，因而，主要用于如太阳能热水器和静止的太阳电池发电系统。
参考文献：
［１］李安定．太阳能光伏发电系统工程［Ｍ］．北京：北京工业
大学出版社，２００１．
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杨海柱，金新民．最大功率跟踪的光伏并网逆变器研究［Ｊ］．北方交通大学学报，２００４，２８（２）：６６－６８．
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图４间歇扫描算法流程图
Ｆｉｇ．４Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｓｃａｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ
开始计数器赋初直ｋ＝０定时器中断进入
ｋ＞Ｎ
Ｎ
Ｙ
在小的跟踪范围内扫描一次
在整个跟踪范围内扫描一次
ｋ＝ｋ＋１ｋ＝０
工作点是否变化
Ｔｋ＝Ｔｋ－△Ｔ
Ｔｋ＝Ｔｋ＋△ＴＮ
ＹＹ
Ｎ
Ｎ
Ｙ
Ｔｋ＜ＴｍｉｎＴｋ＞Ｔｍａｘ
Ｔｋ＝Ｔｍｉｎ
Ｔｋ＝Ｔｍａｘ
返回
李玲，等光伏系统最大功率点跟踪方法８７
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪（MPPT）方法 2011年12月29日作者：周建华李冰郭玲田苗苗陈增禄来源：《中国电源博览》总第128期编辑：孙伟 摘要：最大功率点跟踪（MPPT）是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。 1 引言 日本福岛核电站事故之后，多国陆续宣布暂停核电建设，而太阳能是永不枯竭的清洁能源，并且更加稳定、安全。据国家权威数据，在“十二五”期间，中国光伏发电装机容量达到2000万千瓦。但由于光伏组件本身特性的非线性，受环境温度、日照强度、负载等因素的影响，均会使其输出最大功率点发生变化，导致光伏组件转换效率很低。而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率，这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。本文首先讨论了光伏组件本身的P-V,I-V特性，以及温度、光照的影响；然后具体分析了几种常用的MPPT控制方法，并对3种MPPT控制方法作简单的比较。 2 光伏组件的特性 A. 物理数学模型 根据半导体物理学理论，太阳能组件的等效物理模型如图1所示。 其中： IPH 与日照强度成正比的光生电流； I0 光伏组件反向饱和电流，通常其数量级为10-4A；
n 二极管因子； q 电子电荷，； K 玻尔兹曼常数, J/K； T绝对温度（K）； RS光伏组件等效串联电阻； RP光伏组件等效并联电阻； 式（1）中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关，而且确定这些参数也十分困难。 B. 温度、光照对输出特性的影响 受外界因素(温度、光照强度等)影响，光伏组件输出具有明显的非线性，图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。 由以上两图可知，光伏组件的输出短路电流（Isc）、最大功率点电流（Im）随光照强度的增强而增大。光照强度的变化对组件开路电压影响不大，最大功率点电压（Um）变化也不大，如图3-A所示。温度对光伏组件的输出电流影响不大，短路电流（Isc）随温度升高而略微增加。但开路电压（Uoc）受温度影响较大，开路电压随温度升高近似线性地下降，因此温度对光伏组件最大输出功率有明显影响，从图2-B曲线的峰值变化可以看出。
太阳能自动跟踪系统的设计
太阳能自动跟踪系统的设计 1引言 开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展最快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求(见图1)。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。 所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。 图1 太阳能的收集装置现场 从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，但是符合运行情况，应用较广泛。 从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由专业人员编写开发，一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。
光伏电池及其最大功率点跟踪讲解学习
光伏电池及其最大功率点跟踪 1光伏电池 1.1 光伏电池简介 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能即时转化为电能的器件。当太阳光照在半导体p-n结上，由于吸收了光子的能量，会形成电子--空穴对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，这使得相应区域的主载流子的浓度在靠近p-n结部分增加，而这种局部浓度的增加必然使得主载流子朝着外部接触面的方向扩散，导致外部端子上产生电压，接通电路后就形成电流。单体的单晶硅光伏电池的输出电压在标准照度下只有0.5V左右，常见的单体电池输出功率一般在1W左右，一般不能直接作为电源使用。单体电池除了容量小以外，其机械强度也较差。因此在实际应用中，将若干光伏电池单体串并联并封装起来成为有比较大的输出功率（几瓦到几百瓦不等）的太阳能电池组件。光伏电池组件再经过串并联就形成了光伏电池阵列，可以作为大型光伏并网逆变器的功率输入。 图2.1 太阳能电池单体、组件、方阵示意图
1.2 光伏电池数学模型 光伏电池的数学模型[12]可以由图2.2所示的单二极管等效电路[13]来描述。 图中L R 为光伏电池的外接负载，负载电压为L U ，负载电流为L I 。s R 和sh R 为光伏电池内阻。s R 为串联电阻，通常阻值较小，取决于体电阻、接触电阻、扩散电阻以及电极电阻等；sh R 为旁路电阻，一般阻值较大，取决于电池表面污染和半导体晶体缺陷引起的边缘漏电以及耗尽层内的复合电流等。VD I 为通过p-n 结的总扩散电流。sc I 代表光子在光伏电池中激发的电流，取决于辐照度、电池面积和本体温度T 。 L I L 图2.2 光伏电池的单二极管等效电路 )1(0-=AKT qE D VD e I I (2.1) 式中0D I 为光伏电池在无光照时的饱和电流。 旁路电阻两端电压s L L sh R I U U +=，流过旁路电阻的电流为 ()sh s L L sh R R I U I /+=。 由以上各式可得负载电流为： sh s L L AKT R I U q D sc L R R I U e I I I s L L +-??? ? ??--=+1)(0 (2.2) 一般s R 很小，sh R 很大，可以忽略不计。可得理想光伏电池特性：
关于编制太阳能光伏发电自动跟踪系统项目可行性研究报告编制说明
太阳能光伏发电自动跟踪系统项 目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 编制时间：https://www.wendangku.net/doc/e04222742.html, 高级工程师：高建
关于编制太阳能光伏发电自动跟踪系统项 目可行性研究报告编制说明 （模版型） 【立项 批地 融资 招商】 核心提示： 1、本报告为模板形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。 2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 专 业 撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书 商业计划书可行性研究报告
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (8) 2.1项目提出背景 (8) 2.2本次建设项目发起缘由 (8) 2.3项目建设必要性分析 (8) 2.3.1促进我国太阳能光伏发电自动跟踪系统产业快速发展的需要 (9) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (9) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (9) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (9) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (10) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (11) 2.4项目可行性分析 (11) 2.4.1政策可行性 (11) 2.4.2市场可行性 (11) 2.4.3技术可行性 (12) 2.4.4管理可行性 (12) 2.4.5财务可行性 (13) 2.5太阳能光伏发电自动跟踪系统项目发展概况 (13)
太阳能电池最大功率点跟踪系统
课程设计报告 课程 题目 学院 年级专业 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间
目录 一、摘要 (3) 二、绪论 (3) 三、内容 (3) 2.1光伏电池的特性 (3) 2.2 MPPT基本原理 (4) 2.3 MPPT控制的实现 (5) 2.3.1控制算法 (5) 2.3.2硬件实现 (6) 2.3.3 软件实现 (7) 2.4实验结果分析 (7) 四、结论 (8) 五、参考文献 (8)
一、摘要 太阳能光伏阵列的输出特性受外界环境的影响具有强烈的非线性，为了提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，进行最大功率点跟踪(MPPT)，使之始终工作在最大功率点附近。本文通过对太阳能电池伏安特性的分析，采用自适应扰动观察算法，基于TMS320F2812设计了MPPT控制系统。实验结果表明，在此算法控制下，系统能够准确地跟踪最大功率点。 二、绪论 随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，能源问题已成为人类需要迫切解决的问题，大力发展新的可替代能源已成为当务之急。太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿色能源，太阳能发电具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿性及维护性等其它常规能源所不具备的优点。光伏发电虽然具有以上的优势，但是实际应用中还存在很多的问题。光伏发电的主要缺点之一是太阳能电池阵列的光电转换效率太低。为了解决该问题，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，进行最大功率点跟踪(MPPT)，使之始终工作在最大功率点附近。目前，光伏系统的最大功率点跟踪问题已成为学术界研究的热点。 高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏发电控制系统成为可能。本论文就是在此背景下，采用TI公司生产的TMS320F2812进行控制，开展了太阳能发电系统的理论和试验研究，具有重要的现实意义。 三、内容 2.1光伏电池的特性 太阳能电池的输出特性是非线性的，它受到光照强度、环境温度等因素的影响。太阳能电池的等效电路如图1所示，图2是光伏电池在不同温度下的I-V、P-V特性，图3为光伏电池在不同日照强度下的I-V、P-V特性。[1][4][7]
自动跟踪太阳能光伏发电系统方案
自动跟踪太阳能光伏发电系统方案 方案需求 ?光伏发电管理急需精细化，降本增效。 ?传统光伏支架未能最大化利用太阳能，无法跟踪光照。 ?光伏板依靠本地维护人员巡检管理，人工成本高，且存在漏检现象。 方案介绍 宇飞太阳能自主研发的自动跟踪太阳能光伏发电系统，是一种能随着太阳角度变化，按照一定的算法，控制太阳能板转动，增加有效受光面积，从而增加电厂发电量带来更高收益的自动化控制系统，可以理解为“向日葵”。 自动跟踪太阳能光伏发电系统其实是一套负反馈控制系统，工控机采集角度传感器信息后，根据当前角度与目标角度的差异，下发控制指令驱动电机带动推拉杆运动使太阳能板旋转，直至采集回来的当前角度与目标角度吻合。 系统组成 自动跟踪太阳能光伏发电系统由：太阳能跟踪支架，太阳能组件，带监控模块的MPPT控制器，蓄电池，逆变器及连接线缆组成。 太阳能跟踪支架规格参数
1、立柱直径：φ220mm 2、立柱高度：650mm 3、安装容量：最大6块450W 4、光伏板倾角：25度角度固定 5、抗风能力：14级，带细钢丝绳斜拉结构； 6、材料：不锈钢材料 7、旋转精度：1度 8、旋转速率：12分钟旋转半圈 9、旋转角度：220度， 10、提高发电量：天气晴好情况下，冬季提高发电量15%；春秋季提高30%；夏季提高45%；综合全年提高25-35%（不同地区发电量提高有区别） 11、控制器电源：12V由光伏板输出供电（或者提供集中12V 直流供电） 12、控制方式：将光伏板固定好，并将追日控制器接好电源线后，天气晴朗条件下旋转立柱自动带着光伏板跟踪太阳；在天阴时，自动转入时控控制状态，每隔5分钟自动旋转1度； 13、而且每个旋转立柱内部都有同步控制系统，确保每台旋转立柱每次旋转的角度完全一致，光伏板以最强光强功率发电。晚上天黑，自动回东。 14、由多个旋转立柱组成的各种规模的光伏电站，由于旋转立柱的东限位位置全部一致，旋转立柱内置机械同步装置，可以确
光伏最大功率点跟踪系统MPPT的设计【文献综述】
毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 光伏最大功率点跟踪系统MPPT的设计 1前言部分 随着社会生产的日益发展，人们对能源的需求每天都在增加，全世界对能源的消耗在1970年约为83亿吨标准煤，而在1995年，这种消耗达到了140亿吨标准煤，25年间增长了69.7%，到2020年，全世界对能源的消耗预计将达到195亿吨标准煤。如果人类对能源的需求以目前的速度增长，根据公式计算，全世界的石油将在40年后被消耗殆尽，天然气和煤业最多能维持60年和200年左右。由此可见，研究和开发新能源的需求十分迫切，采用新能源和可再生能源不仅能解决能源短缺的问题，还能保护生态环境，减少污染，是走经济社会可持续发展的重大措施。太阳能资源丰富、分布广发、可再生、无污染，是当今国际社会公认的理想能源替代品[1]。能源危机迫在眉睫。根据对石油储量的综合估算，可支配的传统能源的极限大约为1180到1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2040左右年宣告枯竭;天然气储备估计在131800到152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在60年内枯蝎;煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年;铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期;核聚变到2050年还没有实现的希望。传统能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终将葬送现代市场经济[2]。事实上，近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由传统能源的重新配置与分配而引发。总之，能源危机随时会爆发，它的爆发将具有爆炸性[3]! 当今世界太阳能光伏技术的利用，特别是在非洲、美洲、澳洲、亚洲各国，其增长幅度相当大，只要原因是近几年来太阳能电池、电力电子及微电子技术的快速发展，以及人们环保意识的不断增强[4]。太阳能发电与其他发电系统相比具有许多优点： 1.太阳能取之不尽，用之不竭，每天照射到地球上的太阳能是人类消耗的能量 的6000倍。
太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨
第31卷 第4期 2008年8月 电子器件 Chinese J ournal Of Elect ron Devices Vol.31 No.4Aug.2008 Study T echnology of Maximum Pow er Point T racker on the Solar Cell 3 YA N G Fan 3 ,P EN G Hong 2w ei ,H U W ei 2bi n g ,L I Guo 2pi ng ,J I A N G Yan (College of Elect ronic and I nf ormation Engineering ,W uhan I nstit ute of Technology ,W uhan 430073,Chi na ) Abstract :Outp ut characteristic of t he solar battery in p hotovoltaic power 2generation system and t he princi 2ple of Maximum Power Point Tracker are int roduced.Bot h t he merit s and flaws of several t racing met hods in common usage are analysed.The emp hasis of t he st udy is Maximum Power Point Tracker based on quadratic interpolation.A system is designed to ascertain t he maximum power outp ut (M PO ),which is based on regular empirical approach and t he quadratic interpolation.The result of t he test indicates t hat t he M PO of solar battery can be ascertained very soon in t he quadratic interpolation.K ey w ords :solar cell ;quadratic interpolation ;Maximum Power Point Tracker EEACC :8250 太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨 3 杨 帆3,彭宏伟,胡为兵,李国平,姜 燕 (武汉工程大学电气信息学院,武汉430074) 收稿日期:2007208220 基金项目:湖北省教育厅基金资助(20060271)作者简介:杨 帆(19662),女,硕士,硕士生导师,教授,主要研究方向为智能仪器与测控技术,yangfan188@https://www.wendangku.net/doc/e04222742.html,. 摘 要:介绍了光伏发电系统太阳能电池的输出特性及最大功率点跟踪技术的基本原理。分析了多种常用的跟踪方法的优 缺点。重点研究了二次插值法的最大功率点跟踪技术。并设计了一个系统,应用常规实验方法及二次插值法寻找太阳能电池的最大输出功率,试验结果表明二次插值法能快速寻找太阳能电池的最大输出功率。 关键词:太阳能电池;二次插值;最大功率点跟踪 中图分类号:TP331 文献标识码:A 文章编号:100529490(2008)0421081204 太阳能作为绿色能源,具有无污染,无噪音,取之不尽,用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。由于光伏系统目前的主要问题是电池的转换效率低且价格昂贵,因此,如何进一步提高太阳能电池的转换效率,如何充分利用光伏阵列转换的能量,一直是光伏发电系统研究的重要方向。太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪控制M PP T (Maximum Power Point Tracker )就是其中一个重要的研究课题。 最大功率点跟踪是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术,它是指,为充分利用太阳能,控制改变太阳能电池阵列的输出电压或电流的方法,使阵列始终工作在最大功率点上,根据太阳能电池的特性,目前实现的跟踪方法主要有以下三种:太阳追踪、最大功率点跟踪或两种方法综合使用。出于经 济方面的考虑,在小规模的系统中经常使用最大功率点跟踪的方法[1]。M PP T 能使太阳能电池阵列的输出功率增加约15%～36%。 1 太阳能电池的伏安特性分析 太阳能电池的伏安(p 2u )特性如图1所示,图1(a )为温度变化时的p 2u 特性曲线,图1(b )是日照强度变化时的p 2u 特性曲线。从图可以看出太阳能电池具有明显的非线性。太阳能电池的输出受日照强度、电池结温等因素的影响。当结温增加时,太阳能电池的开路电压下降,短路电流稍有增加,最大输出功率减小;当日照强度增加时,太阳能电池的开路电压变化不大,短路电流增加,最大输出功率增加。在一定的温度和日照强度下,太阳能电池具有唯一
最大功率跟踪控制在光伏系统中的应用
最大功率跟踪控制在光伏系统中的应用3X 赵庚申33,王庆章 (南开大学光电所,天津300071) 摘要:对最大功率跟踪控制中DC2DC变换器的原理和控制方法进行了实验研究,利用DC2DC转换电路和单片机控制系统实现最大功率点跟踪,使太阳电池始终保持最大功率输出;和普通的控制器相比增加输出功率5%～15%。 关键词:光伏(PV);最大功率点跟踪(MPPT);DC2DC变换器 中图分类号:TP206 文献标识码:A 文章编号:100520086(2003)0820813204 T racing and Control of Maximum Pow er Point in a PV System ZHAO G eng2shen33,WAN G Qing2zhang (Institute of Photoelectronics,Nankai University,Tianjin300071,China) Abstract:Principle and control method of DC2DC conversion for MPPT in a solar cell system experi2 mentally discussed.MPPT was implemented with a DC2DC conversion circuit and a MCU control system,and more output power of5to15percent than common control mathod was achieved. K ey w ords:photovoltaics system(PV);maximum power point tracking(MPPT);DC2DC conversion 1 引 言 独立光伏系统一般是由储能蓄电池电压来选择太阳电池输出电压,而对蓄电池的充放电控制则是通过监控蓄电池的电压实现,控制工作电压在一定程度上可以调节太阳电池的输出。但太阳电池的最大功率点是变化的。当太阳电池的最大功率点超出所控制的范围时,就会浪费一部分能源。因此,为了有效利用太阳能,就必须跟踪控制太阳电池的最大功率点来调节太阳电池的输出;同时将蓄电充电电压限制在一定的范围,以保证蓄电池有稳定的电压。在并网发电光伏系统中,通过跟踪控制太阳电池的最大功率点来调节太阳电池的输出,可以随时将系统富裕的电能馈送到常规电网,最大限度地利用太阳能。 DC2DC变换器是通过控制电压的方法将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路,被广泛应用于开关电源、逆变系统和用直流电动机驱动的设备中[1]。用DC2DC变换器可以实现最大功率点的跟踪(MPPT)。实际使用中用DC2DC变换器实现MPPT有不同的方法,其中谐振法是利用开关型电压逆变器的输出电压,通过电感、电容产生谐振,电感上的电压通过变压器和桥式整流向蓄电池充电。该方法可以通过改变工作频率来调节输出电压和电流,实现MPPT,但线路较复杂,需用中间变压器,本文将DC2DC变换器接入太阳电池的输入回路,并将对DC2DC变换器的输入、输出电压和电流测量结果通过单片机的分析运算,由单片机输出PWM脉冲调节DC2DC转换器内部开关管的占空比来控制太阳电池的输出电流,从而使蓄电池电压保持恒定。同时通过控制开关管的占空比也可调节太阳电池输出。由于采用了升降压式(buck2boost)DC2DC转换电路[2]来实现MPPT,所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活。 2 MPPT原理和控制方法[3] 2.1 升降压式DC2DC变换电路 升降压式DC2DC转换电路原理如图1。在开关管Q1处于导通状态时,电源给电感L充电,L上的 光电子?激光 第14卷第8期 2003年8月 J ournal of Optoelectronics?L aser Vol.14No.8 Aug.2003 X收稿日期:2003203212 3 基金项目:“十五”国家重大科技攻关资助项目(2002BA901A44) 33E2m ail:zhaogs@https://www.wendangku.net/doc/e04222742.html,
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪（MPPT）方法 12月29日作者：周建华李冰郭玲田苗苗陈增禄来源：《中国电源博览》总第128期编辑：孙伟 摘要：最大功率点跟踪（MPPT）是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。 1 引言 日本福岛核电站事故之后，多国陆续宣布暂停核电建设，而太阳能是永不枯竭的清洁能源，而且更加稳定、安全。据国家权威数据，在“十二五”期间，中国光伏发电装机容量达到万千瓦。但由于光伏组件本身特性的非线性，受环境温度、日照强度、负载等因素的影响，均会使其输出最大功率点发生变化，导致光伏组件转换效率很低。而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率，这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。本文首先讨论了光伏组件本身的P-V,I-V特性，以及温度、光照的影响；然后具体分析了几种常见的MPPT控制方法，并对3种MPPT控制方法作简单的比较。 2 光伏组件的特性
A. 物理数学模型 根据半导体物理学理论，太阳能组件的等效物理模型如图1所示。 其中： IPH 与日照强度成正比的光生电流； I0 光伏组件反向饱和电流，一般其数量级为10-4A； n 二极管因子； q 电子电荷，； K 玻尔兹曼常数, J/K； T绝对温度（ K）； RS光伏组件等效串联电阻； RP光伏组件等效并联电阻；
式（1）中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关，而且确定这些参数也十分困难。 B. 温度、光照对输出特性的影响 受外界因素(温度、光照强度等)影响，光伏组件输出具有明显的非线性，图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。 由以上两图可知，光伏组件的输出短路电流（Isc）、最大功率点电流（Im）随光照强度的增强而增大。光照强度的变化对组件开路电压影响不大，最大功率点电压（Um）变化也不大，如图3-A所示。温度对光伏组件的输出电流影响不大，短路电流（Isc）随温度升高而略微增加。但开路电压（Uoc）受温度影响较大，开路电压随温度升高近似线性地下降，因此温度对光伏组件最大输出功率有明显影响，从图2-B曲线的峰值变化能够看出。
光伏发电系统中的最大功率点跟踪
光伏发电系统中的最大功率点跟踪 摘要：所谓MPPT(最大功率点跟踪)，即是指控制器能够实时侦测太阳能电池板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使得光伏组件工作在最大功率点输出状态下，实现光伏逆变器的最大功率输入，提高阳光的利用率。 光伏电池输出特性具有明显的非线性,受到外部环境包括日照强度、温度、负载以及本身技术指标如输出阻抗等影响，只有在某一电压下才能输出最大功率，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点。由于目前光伏电池的光电转换效率比较低，为了有效利用光伏电池，对光伏发电进行最大功率跟踪 (MaximumPowerPointTracking ，简称MPPT)显得非常重要。 太阳能光伏并网发电系统 太阳能电池原理 太阳能电池由硅半导体PN 结构成，在硅半寻体中从硅原子的价电子层中分离出一个电子需要一定的能量，该能量称为硅的禁带宽度（在室温下硅的禁带宽度为1.12eV ），当一定强度的光照射到硅半导体时，能量大于硅的禁带宽度的光子将使硅半导体中的价电子受到激发而成为自由电子，从而在半导体内形成光生电子－空穴对，这些电子－空穴对由于热运动会向各个方向扩散。当这些电子、空穴扩散到PN 结边界时在内建电场作用下，在N 区的电子－空穴会进入P 区，而在P 区的电子则在电场作用下进入N 区，从而在PN 结的两侧产生正负电荷的积累，使P 型层带正电，N 型层带负电，因此在PN 结上产生了电动势。这个现像被称为“光生伏特效应”。 R 光照 图错误!文档中没有指定样式的文字。.1光伏电池原理 太阳能电池特性 目前光伏系统中使用的电池多为硅太阳电池，包括单晶硅、多晶硅以及多晶硅薄膜电池，这些硅电池的输出具有强烈的非线性特性，他们的输出受太阳光照强度、环境温度以及负载的影响，如图错误!文档中没有指定样式的文字。.2所示是在恒度温度下，不同光照强度时太阳能硅电池的输出特性。
分布式最大功率点跟踪系统提高光伏系统效率
如何利用分布式最大功率点跟踪系统提高光伏系统效率 太阳能是市场上最有前景的可再生能源之一。由于政府推出激励政策和传统电力成本不断攀升的影响，越来越多的家庭开始转向太阳能，并在屋顶安装光伏（PV）系统。按照目前的光伏系统价格计算，用户通常在 7-8 年后才能获得投资回报。政府激励政策和光伏系统的使用寿命必须能持续 20 年或更久。太阳能光伏系统的投资回报取决于该系统每年的发电量，因此用户需要的光伏系统必须具备高效、可靠和易于维护等特性，从而可以获得最大限度的发电量。 如今，很多安装太阳能光伏系统的用户已经意识到部分或间歇性的遮蔽会影响到系统的发电量。 部分阴影遮蔽对太阳能光伏系统的影响： 当树木、烟囱或其他物体投射的阴影遮挡住光伏系统时，就会导致系统造成“失配”问题。即使光伏系统只受到一点点阴影的遮挡都会导致发电量的大幅下跌。部分遮蔽导致的系统失配对发电量的实际影响很难通过简单的计算公式获得。因为影响系统发电量的因素很多，包括内部电池模块间互连、模块定向、光伏电池组间的串并联问题以及逆变器的配置等。光伏模块通过多个电池串相互连接而成，每个电池串被称为一个“组列”。每个组列由一个旁路二极管来保护，以免一个或多个电池被遮蔽或损坏时导致整个电池串因为过热而受到损坏。这些串联或并联的电池组列能够使电池板产生相对较高的电压或电流。本文来自环球光伏网 光伏阵列由串联在一起的光伏模块通过并联构成。每串光伏模块的的最大电压必须低于逆变器的最大输入电压额定值。 当光伏系统部分被遮蔽时，未被遮蔽的电池中的电流流经被遮蔽部分的旁路二极管。 当光伏阵列受到遮蔽而出现上述情况时，会产生一条具有多个峰值的 V-P 电气曲线。图 1 显示了具有集中式最大功率点跟踪系统( MPPT) 功能的标准并网配置，其中一个组列的两个电池板被遮蔽。集中式 MPPT无法设置直流电压，因此无法令两个组列的输出功率都达到最大。在高直流电压点 (M1)，MPPT 使未遮蔽组列的输出功率达到最大。在低直流电压点 (M2)，MPPT 将使遮蔽组列的输出功率达到最大：旁路二极管绕过遮蔽电池板，此组列的未遮蔽电池板将提供全量电流。阵列的多个 MPP 可能导致集中最大功率点跟踪（MPPT）配
基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案
基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案 跟踪系统设计方案 2.1控制方法的确定 2.1.1该领域现有的控制方法 太阳电池方阵的发电量与入射角有关，光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，改变入射角，发电量明显下降。基本原理与结构：由两台电动机和减速机分别构成方位角转动机构和高度角转动机构，光电传感器置放大，与太阳电池板方阵平面垂直安装。随着光线方向的细微改变，传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，方向开关电路启动，执行机构开始进行纠正，使光电传感器重新达到平衡，即太阳能电池板方阵平面与光线成90度角而停止转动，完成一次调整周期。如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成一个闭路负反馈系统，实现了跟踪。该系统不需设定基准位置，跟踪器永不迷失方向。系统设有防杂光干扰及夜间停止跟踪电路，并附有手动控制开关，以方便调试[4]。系统结构如图2-1所示。 阴天或太阳被云层遮挡时，光线很弱，发电量极小，跟踪将无意义，系统会自动停止跟踪。即使天边某处透出相对较亮的光线，跟踪器也不会被误导跟踪，实现了防杂光干扰。云散日出时，自动跟踪器即时响应，找到太阳，跟踪到位。傍晚光线消失，已不能发电，传感器会发出信号，夜间停止电路启动，并转回到，转动机构上下终点共设 4个限位开关，以防万一出轨。 图2-1 双轴光伏发电自动跟踪系统结构框图 跟踪器所用传感器有三种：方位和仰角太阳传感器，风力传感器，日光开关。太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太线的角度信号转变为电信号的装置，它是跟踪系统的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度。太阳传感器测量太阳的方位，如有偏向，通过驱动电机的运转使电池阵列对准太阳。风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定强度（如
最大功率跟踪原理及控制方法
最大功率跟踪原理及控制方法 2.1最大功率跟踪原理 太阳能电池的输出特性如图一所示，从图中的P/V特性曲线可以看出，随着端电压的增加输出功率先增加后减小，说明存在一个端电压值，在其附近可获得最大功率，因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率,一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,这一过程就称之为最大功率点跟踪-MPPT。 图一光伏电池的特性曲线 2.2 最大功率跟踪的控制方法 MPPT的控制方法：光伏系统中的最大功率点跟踪的控制方法很多，使用最多的是自寻优的方法，即系统不直接检测光照和温度，而是根据光伏电池本身的电压电流值来确定最大功率点。这种方法又叫做TMPPT(True Maximum Power Point Tracking)。在自寻优的算法中，最典型的是扰动观察法和增量电导法。本论文使用扰动观察法，扰动观察法主要根据光伏电池的P-V特性，通过扰动端电压来寻找MPPT，其原理是周期性地扰动太阳能电池的工作电压值( ),再比较其扰动前后的功率变化，若输出功率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向(+ )扰动；若输出功率值减小，则往相反(- )方向扰动。通过不断扰动使太阳能电池输出功率趋于最大，此时应有[8]。此过程是由微处理器即C8051F320控制完成的。 3、系统的总体结构 3.1系统的结构图 系统的结构图如图二所示。其中单片机要采集太阳能电池的输出电压和输出电流及蓄电池的充电电流和开路电压，通过一定的控制算法（即改变占空比），调节太阳能电池的输出电压和电流，从而实现太阳能电池在符合马斯曲线的条件下以最佳功率对蓄电池充电，系统的硬件主要由核心控制模块、采样模块、驱动模块、升压式DC/DC变换器模块组成。
最大功率点跟踪(MPPT)
电子知识 最大功率点(2)MPPT(14) MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking)太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。下面我们用一种机械模拟对比的方式来向大家解释MPPT太阳能控制器的基本原理。 要想给蓄电池充电，太阳板的输出电压必须高于电池的当前电压，如果太阳能板的电压低于电池的电压，那么输出电流就会接近0。所以，为了安全起见，太阳能板在制造出厂时，太阳能板的峰值电压(Vpp)大约在17V左右，这是以环境温度为25°C时的标准设定的。这样设定的原因，(有意思的是，不同于我们普通人的主观想象，下面的结论可能会让我们吃惊)在于当天气非常热的时候，太阳能板的峰值电压Vpp会降到15V左右，但是在寒冷的天气里，太阳能的峰值电压Vpp可以达到18V! 现在，我们再回头来对比MPPT太阳能控制器和传统太阳能控制器的区别。传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速箱，当发动机的转速增高的时候，如果变速箱的档位不相应提高的话，势必会影响车速。但是对于传统控制器来说，充电参数都是在出厂之前就设定好的，这就像车的档位被固定设置在了1档。那么不管你怎样用力的踩油门，车的速度也是有限的。MPPT控制器就不同了，它是自动挡的。它会根据发动机的转速自动调节档位，始终让汽车在最合理的效率水平运行。就是说，MPPT控制器会实时跟踪太阳能板中的最大
的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。 理论上讲，使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%，但是跟据我们的实际测试，由于周围环境影响与各种能量损失，最终的效率也可以提高20%-30%。 从这个意义上讲，MPPT太阳能充放电控制器，势必会最终取代传统太阳能控制器 为什么要使用MPPT ? 太阳能电池组件的性能可以用U-I曲线来表示。电池组件的瞬时输出功率(U*I)就在这条U-I曲线上移动。电池组件的输出要受到外电路的影响。最大功率跟踪技术就是利用电力电子器件配合适当的软件，使电池组件始终输出最大功率。 如果没有最大功率跟踪技术，电池组件的输出功率就不能够在任何情况下都达到最佳(大)值，这样就降低了太阳能电池组件的利用率。 IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析
太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计 发表时间：2019-09-21T11:56:42.470Z 来源：《基层建设》2019年第18期作者：廖春华 [导读] 摘要：为了提高太阳能的利用效率，设计了太阳能光伏发电自动跟踪控制系统。 广东保威新能源有限公司 528000 摘要：为了提高太阳能的利用效率，设计了太阳能光伏发电自动跟踪控制系统。本文首先对光伏发电进行了简述，介绍了光伏电池的发电原理及光伏发电的优点和不足；其次对光电跟踪和太阳运动轨迹跟踪这两种自动跟踪方式进行了探讨；最后对自动跟踪控制系统设计进行分析。 关键词：太阳能；自动跟踪；视日运动跟踪；光电跟踪；硬件；软件 引言 随着全球工业的快速发展，全球能源匮乏和大气污染日益严重。太阳能作为一种清洁可再生能源，对解决以上问题起到了不可替代的作用。我国太阳能资源丰富，分布广泛，提高太阳能的利用率，可为我国经济的可持续发展提供强有力的动力支援。当前，如何提高太阳能的接收效率成为研发的重点。 一、光伏发电 1.1光伏电池 太阳能光伏发电主要通过光伏电池进行光能和电能之间的转化，通过PN结的电场效应产生电能。当前光伏电池的种类很多，制作工艺也有很多种，其原理是一致的，如图1所示。 图1光伏电池的发电原理图 光伏电池的发电效率随着太阳光谱分布、太阳光强度及电池自身温度等的变化而不断变化。 1.2光伏发电的优点 光伏电池是以PN结半导体为主，在地球上拥有丰富的半导体制作原材料——硅，因此光伏发电与传统的发电设备相比，有以下优点：（1）太阳能非常丰富，取之不尽，用之不竭，在当前看来，太阳能是一种可以“无限”使用的可再生免费能源。 （2）光伏发电不会产生噪声、有害气体、磁场、光等对人体造成影响的污染物，是真正的绿色环保能源。 （3）适合于各种有太阳光照的环境，一旦安装调试成功，无需进行材料的运输。 （4）当前的光伏设备的使用寿命一般长达25年以上，随着工艺和技术的提高，其使用寿命还会不断增长。 1.3光伏发电的不足 光伏发电的能力与太阳光的强度有着直接的关系，当前社会上的光伏设备一旦安装，在一天之中，其发电的能力随着太阳的转动而不同，这使得发电的效率受到极大的影响。另外，自然界中的风也可能改变光伏电池原有的位置，严重影响光伏电池的发电效率。 二、太阳能跟踪控制方法 目前国内外太阳能跟踪控制方法有很多种，常用的跟踪控制方法主要有视日运动轨迹跟踪和光电跟踪两种方法。 2.1视日运动轨迹跟踪方法 太阳运行的轨迹是有规律可循的，通过计算可以得出任何时间和地点的太阳位置，从而完成对日跟踪。可以认为，早上太阳从东方升起经正南方向向西运动并落山，太阳在方位角上以15°/h匀速运动，24h移动一周。高度角等于当地纬度作为一个极轴不变。跟踪过程是将固定在极轴上的太阳能电池板以地球自转角速度15°/h的速度转动，即可达到跟踪太阳，保持太阳能电池板平面与太阳光线垂直的目的。该方法控制简单，但安装调整困难，初始角度很难确定和调节，受季节等因素影响较大，控制精度较差等。 2.2光电跟踪方式 图2光电跟踪控制示意图 光电跟踪是国内外常用的跟踪方式。高度角和方位角分别利用两只光敏管进行太阳跟踪。4只光敏管安装在一个透光的玻璃试管中。如图2所示，每对光敏管被中间隔板隔开，对称地放在隔板两侧。当太阳光线垂直照射光伏阵列时，两只光敏管的感光量在误差允许的范围
最大功率跟踪控制原理
最大功率跟踪的控制原理 最大功率跟踪（MPPT）是并网发电中的一项重要的关键技术，它是指控制改变太阳电池阵列的输出电压或电流的方法使阵列始终工作在最大功率点上，根据太阳电池的特性，目前实现的跟踪方法主要有以下三种： （1）恒电压法，因为太阳电池在不同光照条件下的最大功率点的电压相差不大，近似为恒定。这种方法的误差很大，但是容易实现，成本较低； （2）爬山法，通过周期性的不断的给太阳电池阵列的输出电压施加扰动，并观察其功率输出的改变，然后决定下一次扰动的方向。这种方法的追踪速度较慢，只适合于光强变化较小的环境； （3）导纳微分法(又称增量电导法)，认为太阳电池阵列的的最大功率点处，输出功率对输出电压的一阶倒数等于零。因此在环境光强发生改变时，根据dI/dV的计算结果是否等于－I/V，决定是否继续调整输出电压，既可实现最大功率点的跟踪。该方法相对于恒电压法和爬山法有高速稳定的跟踪特性。 上述三种方法各有特点，但是都不同时具有低成本、高稳定性、快速追踪的特性。第一种方法只是粗略估计了最大功率点的位置，在光强变化到很大或较小时都会产生很大的误差。后两种方法本质上都是通过判断当前工作点是否处于最大工作点来决定是否继续调整及调整的方向，因此最终的结果是逆变器始终工作在最大功率点的左右，来回振荡，而不是真正的工作在最大功率点处，反应在太阳电池阵列的输出上就是，太阳电池阵列的输出电压或电流总是以一个直流电平为中心上下跳跃，波形很不稳定，而且在光强变化速度较快时，不能及时反应。 三、太阳能电池功率追踪访法及算法 扰动观察法是目前太阳能电池最大功率追踪技术中最为成熟以及被采用最多的方法，其系统方块图如图12所示。由图中可以很明显的看出此法的硬件需求较少，模拟／数字转换器节省得相当多，因此在制造的成本上将大为降低。扰动观察法之缺点在于最大功率追踪过程中，当大气条件迅速改变时，由于响应速度未能因应调整，会使追踪的速度变缓，造成功率的损失，不过此一缺点可以用软件技术来加以改善，赋予系统自我调整响应速度之功能，这也是本文的研究重点，亦即以软件算法来达到太阳能电池最大功率的追踪，并分析系统操作于较高频率下，其追踪的性能。 依电路理论而言，当太阳能电池的等效输出阻抗等于负载端的等效输入阻抗时，太阳能电池所送出的功率为最大，这就是最大功率转移定理。因此当太阳能电池模块串接直流－直流转换器之后如图13，若要得到太阳能电池的最大功率，则转换器的输入阻抗必须和太阳能电池的输出阻抗相等，但是太阳能电池的输出功率受到大气条件的影响，使得其等效输出阻抗并不会固定在某一定值。对转换器而言，其输入阻抗是随着工作周期的改变而有所不同，所以转换器若要维持太阳能电池于最大功率下操作，就必须随时地调整其工作周期。 图片附件: fig12.JPG (2006-3-23 23:42, 26.31 K)