[发明专利]一种太阳能电池的最大功率点跟踪方法

摘要

一种太阳能电池的最大功率点跟踪方法，包括：检测得到太阳能电池的开路电压和短路电流，套用公式计算得到太阳能电池上边界功率-电压曲线的最大功率点处电压，以此电压作为初始工作点电压，引入包含有步长因子的步长公式计算得到每一步的扰动步长，向左侧进行功率跟踪，根据采样点处斜率的大小分阶段定义步长因子的取值区间，自行调节扰动步长大小。本发明通过对初始电压点的设定和跟踪方式的改进，缩短了扫描范围，减少了跟踪时间，能够快速而又平滑的靠近最大功率点，并且能够减轻最大功率点附近的功率震荡，减少功率损耗。

主权项

1.一种用于太阳能电池的最大功率点电压跟踪方法，通过引入公式计算得到太阳能电池上边界功率-电压曲线的最大功率点电压U_p，以U_p作为初始工作点电压，向左侧利用变步长扰动观察法寻得最大功率点，其特征在于包括以下步骤：步奏一：由太阳能电池等效电路，引出太阳能电池输出特性曲线方程I=Iph-Io[eq(U+IRs)AKT-1]-(U+IRs)Rp---(1)]]>公式(1)中：I输出电流，U输出电压，I_ph光生电流，R_s串联电阻，R_p并联电阻，A二极管理想常数，I_o二极管反向饱和漏电流，q电荷量，K玻尔兹曼常数，T环境温度；引入短路电流I_sc和开路电压U_oc将式(1)中光生电流I_ph和二极管反向饱和电流I_o进行替换，利用Lambert函数将其转化为显示表达式，并将方程两边同时乘以输出电压U，得到P=[UIsc(Rs+Rp)-U2]Rs+Rp-AKTUqRsW(Y)]]>Y=qRs[Isc(Rs+Rp)-Uoc]AKT(Rs+Rp)exp{q(Rs+Rp)(U-Uoc)-qRs[U-Isc(Rs+Rp)]AKT(Rs+Rp)}---(2)]]>在最大功率点处有解得最大功率点处电压如式：Um=[qRsIsc-AKT](Rs+Rp)[1+W(Ym)]2qRs[1+W(Ym)]+qRpW(Ym)---(3)]]>检测太阳能电池的开路电压U_oc与短路电流I_sc；对于不同的太阳能电池，有参数A∈[1，2]，R_s∈[0，∞]，R_P∈[∞，0]，利用参数A、R_s和R_P对太阳能电池功率-电压曲线的单调影响规律，将参数A=1，R_s=0，R_p=∞代入公式(2)-(3)，计算得到上边界功率-电压曲线最大功率点电压U_p，将U_p作为初始电压；步奏二：测量初始电流I_p，将采集得到的电压U_p与电流I_p传输到控制器内，计算得到初始点功率P_p=U_p*I_p，向U_p左侧进行最大功率点跟踪，记U(1)=U_p，I(1)=I_p，P(1)=P_p；步奏三：利用公式K(n)=dP(n)dU(n)=I(n)+U(n)dI(n)dU(n)---(4)]]>计算此电压U(n)处功率-电压曲线的斜率；公式(4)中：K(n)是第n(n=1，2，3...)次采样的斜率，U(n)是第n(n=1，2，3...)次采样的输出电压，I(n)是第n(n=1，2，3...)次采样的输出电流；采用公式：ΔU(n)=λ*K(n)*U(n)    (5)计算每一步的的扰动步长，以控制太阳能电池的输出功率；公式(5)中：λ是步长因子，取值区间为[10^-4，10^-2]；步奏四：利用公式U(n+1)=U(n)+ΔU(n)(6)得到修正后的输出电压U(n+1)，测量电压U(n+1)对应的输出电流I(n+1)，使I(n+1)代替I(n)，重新计算得到斜率K(n+1)代替K(n)；步奏五：根据K(n)的大小分为以下两种情况进行处理：①|K(n)|≤δ(δ是一个定义的阈值量，取值区间为[10^-4，10^-3])，则U(n)即为功率-电压曲线最大功率点处电压，利用固定电压法将电压固定在U(n)；②|K(n)|≥δ，依据K(n)的大小步长因子λ选取不同的取值范围，i.|K(n)|≥1时，步长因子λ取值范围设为[10^-3，10^-2]ii.|K(n)|<1时，步长因子λ取值范围设为[10^-4，10^-3]然后返回步奏三，直到满足条件①，则步长ΔU(n)=0，得到U(n)即为功率-电压曲线最大功率点处电压。