基于變步長電導(dǎo)增量法的光伏最大功率跟蹤控制

　　能源、環(huán)境日漸成為世界性問題，人類為了能可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)積極開發(fā)可再生能源。太陽能具有清潔、無污染、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點，所以對其利用正得到人們越來越多的關(guān)注。最近幾十年，太陽能光伏發(fā)電得到了迅猛的發(fā)展，其在緩解能源危機和環(huán)境保護(hù)方面都做出了巨大的貢獻(xiàn)。但目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)存在太能能光伏電池轉(zhuǎn)換效率低、成本高，前期投資大等缺點;控制太陽能電池一直工作在最大功率輸出狀態(tài)是有效的解決方法之一。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤問題已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界的研究熱點。

　　小型離網(wǎng)型光伏系統(tǒng)

　　小型離網(wǎng)型光伏系統(tǒng)是利用光伏陣列發(fā)電，經(jīng)過光伏控制器對蓄電池進(jìn)行充放電控制，并給直流負(fù)載供電或通過逆變器給交流負(fù)載提供電能的一種新型電源，其功率一般為0.5-5KW。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境惡劣的高原、偏遠(yuǎn)山區(qū)及野外作業(yè)，也可作為路燈、偏遠(yuǎn)基站等供電電源。

　　如圖1所示，小型離網(wǎng)型光伏系統(tǒng)由以下部分組成：光伏陣列，MPPT控制單元和蓄電池充放電單元。太陽能照射在光伏陣列上，產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能;光伏陣列輸出的電能接入帶MPPT控制的BOOST電路中，通過MPPT控制實現(xiàn)升壓及最大功率跟蹤，提高光伏陣列的效率;蓄電池充放電單元能在有光照時儲存光伏陣列發(fā)出的電能，在帶負(fù)載時輸出蓄電池儲存的能量，實現(xiàn)能量的管理控。

　　太陽能光伏電池特性

　　太陽能光伏電池的基本原理為光生伏特效應(yīng)，即光子打在半導(dǎo)體材料表面時，在一定條件下，光能會被半導(dǎo)體吸收，在導(dǎo)帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子——電子空穴對，在內(nèi)建電場的作用下使電子和空穴拉向了不同側(cè)使PN結(jié)兩端形成了光生電動勢，如果PN結(jié)與外電路相連，只要有光照，就會有電流流過電路。如圖2所示。

　　圖3所示為光伏陣列的輸出功率P-V曲線，由圖可知光伏陣列存在一個最大功率點。當(dāng)光伏陣列工作電壓小于Umax時，其輸出功率隨著Upv的增大而升高;當(dāng)光伏陣列工作電壓大于Umax時，其輸出功率隨著Upv的增大而減小。最大功率跟蹤的實質(zhì)就是通過一定的算法找出這個最大功率點。

　　最大功率點跟蹤(MPPT)控制

　　常用的光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤算法有：定電壓法(CVT)、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。這些方法都依照太陽能光伏電池的特性曲線，搜索最大功率點對應(yīng)的電壓值，各有優(yōu)缺點，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行選用。

　　電導(dǎo)增量法是最常用的最大功率跟蹤算法，其原理為：分析太陽能光伏電池輸出功率P-V曲線，如圖3所示，電壓由0逐漸增大，dP/dV的數(shù)值由大于0變到小于0，當(dāng)dP/dV=0時取得最大功率點Pmax。