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。

(温度为25℃)

图错误!文档中没有指定样式的文字。.2硅太阳能电池的伏安特性曲线

什么是最大功率点跟踪

因为太阳能硅电池的输出受温度、日照强度和负载的影响，在一定的环境温度和光照强度下，太阳能硅电池可以工作在不同的输出电压。很显然由于硅太阳能电池的伏安特性呈现非线性的原因，只有硅太阳能电池在某一输出电压值时其输出的功率才能达到最大值。因此，在光伏发电系统中，为了让硅光伏电池能工作在最大输出功率点，该光伏发电系统就必须根据当前的光照强度和环境温度调整硅光伏电池的工作点，这个调整的过程就称为“最大功率点跟踪(MPPT,Maximum Power Point Tracking)”。

图错误!文档中没有指定样式的文字。.3硅光伏电池最大功率点

如图错误!文档中没有指定样式的文字。.3所示，在温度恒定的情况下，当光照强度改变时，硅光伏电池的伏安特性曲线也随之改变，当光照强度由600W/m2变成800W/m2时最大功率点将由C点变成B点，这时硅光伏电池的工作点也需要改变到最大功率点上才能获取到最大输出功率。

最大功率点跟踪过程

根据最大功率传输定理，在直流电路中含源线性电阻Ro单口网络向可变电阻负载RL

传输最大功率的条件是负载电阻RL与单口网络的输出电阻Ro相等，满足RL=Ro条件时称为最大功率匹配，此时负载电阻RL获得最大功率。

在硅光伏电池系统中，太阳能电池的伏安特性曲线受光照强度、温度和负载的影响下呈现非线性特性，其本质是电池内阻受光照强度、温度和负载的影响下不断变化。因此，根据最大功率传输定理，最大功率点跟踪的过程实际上是让负载等效电阻（直流系统）不断跟踪太阳能电池内阻并且使它们相等的过程。

目前硅光伏发电系统中，最大功率点跟踪的实现是在太阳能光伏电池阵列和负载之间加入一级DC/DC变换器，MPPT控制器通过改变DC/DC变换器的等效阻抗来实时调整硅太阳能电池工作在最大功率点，如图错误!文档中没有指定样式的文字。.4所示。

硅太阳能电池

图错误!文档中没有指定样式的文字。.4 MPPT系统构成

MPPT效率评估

下一专题将介绍MPPT的效率评估方法，敬请期待。