[发明专利]一种太阳能发电系统的峰值功率跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电系统，特别涉及一种在太阳能发电系统中最充分地利用太阳能电池阵列所产生的电能的方法。

背景技术

随着全球经济的发展，能源问题日益尖锐，越来越多的国家开始关注能源利用及转换效率的问题。光伏发电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点，因而越来越受关注。但是由于光伏系统本身非线性和光电池制造工艺复杂的特点，导致其转换效率一般为14％～15％。为了让太阳能电池阵列在同样日照、温度的条件下输出更多的电能，提出了最大功率点跟踪(MPPT)问题。

最大功率点跟踪(MPPT)是根据现有的太阳能电池阵列和现有的照情况，使太阳能电池阵列输出的功率始终在最大值。

光伏电池相当于具有与受光面平行的极薄PN截面的大面积等效二极管，其等效电路如图1所示。

在图1中，I为太阳能电池输出电流；I_d为二极管工作电流；I_Rsh为漏电流；I_LG为光电池电流源；R_sh为光伏电池的并联等效电阻；R_s为光伏电池的串联等效电阻，R_L是负载电阻。根据本图我们可以知道：

式中：I为光伏电池输出电流；V为光伏电池输出电压；I_os为光伏电池暗饱和电流，T为光伏电池的表面温度；K为波尔兹曼常数(1.38×10-23J／K)；λ为日照强度；q为单位电荷(1.6×10-19C)；

当负载R_L从0变化到无穷大时，即可得到太阳能电池的输出特性曲线。调节负载电阻R_L到某一值R_m时，在曲线上得到一点M，其对应的工作电压和工作电流之积最大，即P_m=I_mV_m。

现将此M点定义为最大功率输出点(MPP)。

在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池阵列输出功率也会变化，但是存在一个最大功率点以及与最大功率点相对应的电压和电流。当工作环境变化时，特别是日光照度和环境温度变化时，太阳能电池阵列的输出特性曲线也随之变化，与之相对应的最大功率点也随之改变，通常来讲，太阳能电池输出特性曲线的变化与日光照度的变化是成比例的。但在实际应用中，日光照度的变化再加上工作温度的变化，使得太阳能电池输出特性的变化很复杂。

在光伏系统中，通常要求光伏电池的输出功率保持在最大，也就是让光伏电池工作在最大功率点，从而提高光伏电池的转换效率。MPPT就是一个不断测量和不断调整以达到最优的过程，它不需要知道光伏阵列精确的数学模型，而是在运行过程中不断改变可控参数的整定值，使得当前工作点逐渐向峰值功率点靠近，使光伏系统运作在峰值功率点附近。

对于电阻型负载，其负载线与I-V曲线的交叉点决定了光伏电池的工作点。不同的负载RL决定了不同的工作点。因此在不同温度、日照强度条件下，当最大功率点发生漂移时，可通过调整负载使光伏电池重新工作在最大功率点处。关于光伏电池的最大功率点跟踪算法，先前许多文献已提出过多种方法，如电压回授法、扰动观察法、功率回授法、直线近似法、实际测量法和增量电导法。

然而，在光伏组件环境变化复杂的情况下，这些方法不能即时追踪，迅速反应。常规方法只能收敛到局部最高运行点，却不是P-V曲线的真正最高点。于是提出了占空比扰动法。

发明内容

本发明的发明目的是设计一种在太阳能发电系统中始终使太阳能电池阵列的输出功率处于最大值的方法。

本发明为了实现其技术目的而采用的技术方案是：一种太阳能发电系统的峰值功率跟踪方法，通过改变太阳能电池阵列的输出电流，获得太阳能电池阵列的输出最大功率，包括以下步骤：

A、测量输入电压和输入电流，计算输入功率，并将其暂时定为最大功率；

B、增加输入电流，测量此时的输入电流为第二输入电流，输入电压为第二输入电压，计算输入功率，并将其暂时定为第二输入功率；

C、比较最大功率和第二输入功率，若第二输入功率大于最大功率，则将所述的第二输入功率暂时定为最大功率，且将输入电压和输入电流替换为此时的第二输入电流和第二输入电压，转向步骤B，否则，转向到步骤D；

D、减小输入电流，测量此时的输入电流为第三输入电流，输入电压为第三输入电压，计算输入功率，并将其暂时定为第三输入功率；