光伏電池最大功率跟蹤算法的研究

1 引言

傳統的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時(shí)全球還有20億人得不到正常的能源供應。這個(gè)時(shí)候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變人類(lèi)的能源結構，維持長(cháng)遠的可持續發(fā)展。太陽(yáng)能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點(diǎn)，越來(lái)越多的國家開(kāi)始實(shí)行“陽(yáng)光計劃”，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動(dòng)力。因此，研究并網(wǎng)逆變器的設計有著(zhù)廣闊的前景和意義。限制光伏系統的主要因素有兩點(diǎn)：⑴初期投資比較大；⑵太陽(yáng)能光伏電池的轉換效率低。目前我們通常使用的光伏電池效率在15%左右，即使世界上最先進(jìn)技術(shù)的光伏電池在特殊的實(shí)驗條件下也只能達到40%，因此光伏電池最大功率跟蹤就變得十分重要，所以長(cháng)期以來(lái)都是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。

2 光伏電池陣列特性分析

2.1 光伏電池的數學(xué)模型

光伏電池是利用半導體材料的光伏效應制作而成的。所謂光伏效應是指半導體材料吸收光能，由光子激發(fā)出電子―空穴對，經(jīng)過(guò)分離而產(chǎn)生電動(dòng)勢的現象。光伏電池的I-V特性隨日照強度S（W/O）和電池溫度t（℃）而變化，即I=f（V,S,t）。根據電子學(xué)理論，當負載為純電阻時(shí)，光伏電池的實(shí)際等效電路如圖1所示。

圖1 光伏電池等效電路

對應的I-V函數如下：

（1）

其中－二極管結電流（A），IL－光伏電流（A），I0－反向飽和電流（對于光伏單元而言，其數量級為10-4A），q-電子電荷（1.6×10-19C），K-玻耳茲曼常數（1.38×10-23J/K），T-絕對溫度（T=t+273K），A-二極管品質(zhì)因子（當T=330K時(shí)，約為2.80±0.152），Rs-串聯(lián)電阻（為低阻值，小于1Ω），Rsh－并聯(lián)電阻（為高阻值，數量級為KΩ）[1]。

2.2 光伏電池輸出的最大功率點(diǎn)

圖2 光伏電池電壓/電流曲線(xiàn)和電壓/功率曲線(xiàn)