一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法
【專利摘要】一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法，包括：檢測得到太陽能電池的開路電壓和短路電流，套用公式計算得到太陽能電池上邊界功率-電壓曲線的最大功率點處電壓，以此電壓作為初始工作點電壓，引入包含有步長因子的步長公式計算得到每一步的擾動步長，向左側(cè)進行功率跟蹤，根據(jù)采樣點處斜率的大小分階段定義步長因子的取值區(qū)間，自行調(diào)節(jié)擾動步長大小。本發(fā)明通過對初始電壓點的設定和跟蹤方式的改進，縮短了掃描范圍，減少了跟蹤時間，能夠快速而又平滑的靠近最大功率點，并且能夠減輕最大功率點附近的功率震蕩，減少功率損耗。
【專利說明】一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法。
【背景技術】:
[0002]近些年隨著大量化石燃料的使用，給人類的生存環(huán)境帶來了嚴重的后果，產(chǎn)生大量的溫室效應氣體，造成極為嚴重的大氣污染。而太陽能因其取之不盡，用之不竭的特點，將在未來的能源利用上占據(jù)重要地位。
[0003]而太陽能電池輸出功率受光照強度、環(huán)境溫度和負載情況影響，并且其輸出特性具有非線性特征。在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，光伏陣列模塊可以工作在不同的輸出電壓，但只有在某一輸出電壓值時，光伏陣列模塊的輸出功率才能達到最大值，如果超過或者低于這個電壓值，輸出功率就會下降。為了提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率，必須采用適當?shù)淖畲蠊β庶c跟蹤算法控制光伏發(fā)電變換器，保證系統(tǒng)總是運行在光伏陣列最大功率點(MPP)。
[0004]目前常用的太陽能電池最大功率點跟蹤算法是擾動觀察法(P&Q)。擾動觀察法(P&Q)的原理是先設定一個初始電壓，然后每隔一定的時間增加或減少電壓，將本次太陽能電池的輸出功率和上次的輸出功率進行比較，然后再確定增加或減少太陽能電池的工作電壓來實現(xiàn)太陽能電池的最大功率點跟蹤。常規(guī)的擾動觀察法(P&Q)采用恒定的步長進行運算，無論實際工作點與最大功率點距離的遠近，始終以固定步長進行調(diào)節(jié)，導致太陽能電池的輸出功率會在最大功率點兩側(cè)發(fā)生反復，功率易產(chǎn)生振蕩，掃描范圍大，跟蹤時間長，且步長不易設置，不能很好的完成最大功率點跟蹤。
[0005]現(xiàn)有的變步長擾動觀察法在常規(guī)擾動觀察法(P&Q)的基礎上，根據(jù)工作點距離最大功率點距離的遠近，自動調(diào)整步長，與常規(guī)擾動觀察法(P&Q)相比，精確性和穩(wěn)定性有較大提高。中國發(fā)明專利(申請?zhí)枮?01010590678.1)光伏電池最大功率點跟蹤控制方法，提出利用經(jīng)驗法設定初始電壓，分工作點在最大功率點左右兩種情況進行變步長功率跟蹤，中國發(fā)明專利(申請?zhí)枮?00910184287.7) 一種光伏發(fā)電最大功率點跟蹤裝置的跟蹤方法，采用利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫設置初始工作點，然后進行全局最大功率點跟蹤。盡管上述掃描方式可以跟蹤到最大功率點，但是設定的初始電壓多由經(jīng)驗確定，初始電壓所對應的工作點可能位于最大功率點的兩側(cè)，掃描區(qū)間不確定，導致掃描區(qū)間過大，跟蹤時間長，且不能避免在最大功率點處輸出功率的反復問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有擾動觀察法及其改進方法初始工作點電壓位置不定，掃描區(qū)間大，跟蹤時間長，易產(chǎn)生震蕩等問題，提供一種自適應初始電壓和變步長擾動的太陽能電池的最大功率點跟蹤方法。
[0007]按此目的提供的一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法，擬采用以下技術方案:
[0008]本文提供一種太陽能電池的最大功率點跟蹤方法，其特征是針對任意一種環(huán)境條件下的太陽能電池，引入該環(huán)境條件下的理想上邊界功率-電壓曲線，得出該曲線的最大功率點處電壓up，以該電壓作為初始工作點電壓，然后針對真實情況，利用電壓值Up與該電壓值所對應工作點處功率-電壓曲線的斜率，利用變步長公式計算步長，向左側(cè)進行最大功率點的跟蹤。不僅縮短了掃描范圍，減少了跟蹤時間，還能減少最大功率點附近的震蕩。所述的自適應初始電壓和變步長方法包括以下步驟:
[0009]步奏一:太陽電池是利用P-N結的光生伏特效應將光能轉(zhuǎn)化為電能的，在光照情況下，電流的1-V特性表現(xiàn)為二極管的特點，即電流隨電壓指數(shù)變化。如果將太陽能電池視為恒流源，將半導體材料電阻、電極與半導體材料接觸電阻和界面處載流子的復合電阻視為串聯(lián)電阻，將太陽能電池邊緣漏電流和太陽能電池金屬橋漏電流等效為并聯(lián)電阻，則可獲得太陽能電池等效電路如圖1所示，根據(jù)等效電路得出太陽能電池輸出特性的電流方程表達式如公式(I):
【權利要求】
1.一種用于太陽能電池的最大功率點電壓跟蹤方法，通過引入公式計算得到太陽能電池上邊界功率-電壓曲線的最大功率點電壓Up,以Up作為初始工作點電壓，向左側(cè)利用變步長擾動觀察法尋得最大功率點，其特征在于包括以下步驟: 步奏一:由太陽能電池等效電路，引出太陽能電池輸出特性曲線方程
2.如果外界環(huán)境條件發(fā)生變化，則返回權利要求1中的步驟二，重新進行最大功率點跟蹤。
【文檔編號】G05F1/67GK103838291SQ201410102416
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權日:2014年3月13日
【發(fā)明者】衛(wèi)東, 趙磊, 賴小龍 申請人:中國計量學院