[实用新型]一种光伏电池最大功率跟踪装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光伏发电装置的应用，尤其是一种光伏电池最大功率跟踪装置。

背景技术

光伏发电系指太阳光照射到光伏电池上，光伏电池将太阳能光的光能转换成电能再加以应用。通常，光伏电池输出的电能需要后接功率变换器进一步处理后方能供给负载使用。

由于光伏电池输出伏安特性呈特殊下降曲线，其输出功率存在最大值，输出功率最大值对应的输出电流和输出电压即是最大功率工作点，如图1所示，图1中，I、U、P分别为光伏电池的输出电流、输出电压和输出功率，P_max、I_MPPT、U_MPPT分别为光伏电池的最大输出功率、最大功率点对应的输出电流和输出电压。

由于光伏电池的光电转换效率太低（实验室条件下最高也未超过30%），为了使光伏电池输出的电能得到充分的利用，应当使光伏电池工作在最大功率输出状态。

为了使光伏电池工作在最大功率输出状态，一般系通过微处理器（DSP、单片机等）执行最大功率跟踪算法（以下简称MPPT，Maximum Power Point Tracking），控制功率变换器工作，使光伏电池输出电压等于最大功率点对应的电压来实现的，其基本原理框图如图2所示。

参照图2，光伏发电系统首先检测光伏电池的输出电压U和输出电流I，得到相应的检测信号U_s、I_s。MPPT环节根据检测到的U_s、I_s信号执行最大功率点跟踪算法，得到最大功率点电压的给定值U_g。电压检测信号U_s作为光伏电池电压控制环节的反馈信号与给定值U_g比较，其偏差送入电压控制器进行闭环控制运算，运算得到控制量U_c。U_c作为功率变换器的控制信号，通过控制功率变换器，使光伏电池电压工作在最大功率点工作电压，从而使光伏电池工作在最大功率输出状态。

2007年41卷第5期的《电力电子技术》刊登了一篇《几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进》的技术文章，公开了几种现有的MPPT技术方案：

技术方案1：

恒压控制法(Constant Voltage Tracking CVT)。恒压跟踪法的基本原理是：当温度一定时，不同光强下光伏电池的最大功率点电压几乎落在同一根垂直线的两侧附近，则该垂线对应的工作电压可近似认为是光伏电池最大功率点电压。使光伏电池工作在此电压点上，可近似认为光伏电池输出最大功率。如图3所示，图3中，P为光伏电池输出功率，U为光伏电池输出电压。由图3可见，光伏电池的恒压跟踪电压轨迹与实际最大功率点轨迹并不重合，只是一种近似跟踪。

技术方案2：

扰动观察法（Perturbation & Observation P&O法，也称爬山法）。扰动观察法的基本原理是：通过比较采样到的光伏电池本次输出功率和上次输出功率的大小来决定增加或减小光伏电池电压来实现MPPT。扰动观察法跟踪原理如图4所示。参照图4，若光伏电池本次输出功率与上次输出功率之差ΔP>0，表明当前电压调整方向代表了功率增大的方向，则下一次应沿着此方向调整光伏电池工作电压；若ΔP<0，表明当前电压调整方向代表功率减小的方向，则下一次应沿着此方向的反方向调整光伏电池工作电压。通过不断的比较调整，使光伏电池的输出功率最终趋近于最大输出功率。

技术方案3：

增量电导法。该方法的基本原理是：由图4可知，当dP/dU>0（即dI/dU>-I/U）时，当前光伏电池工作点在最大功率点的左侧，此时光伏电池工作电压U的调整方向应当是增加,当dP/dU<0（即dI/dU<-I/U）时，当前光伏电池工作点在最大功率点的右侧，此时光伏电池工作电压U的调整方向为减小。直到调整到dP/dU=0（即dI/dU=-I/U）。

但是，现有的三种技术方案都存在着难以克服的缺陷：

技术方案1，该方案的缺点是只能跟踪光伏电池的固定电压，而在不同光照不同温度时，光伏电池最大功率点的电压实际是变化的。因此该方法并不能真正跟踪光伏电池最大功率，存在功率损失。