光伏发电最大功率跟踪控制器的设计

摘 要：近年来随着我国国民经济的迅速增长，与经济高速增长想伴随的是能源的高消耗和高污染，传统的能源消费结构现在已经不能满足我国经济发展和社会经济质量的提高，而且据调查显示目前我国能源的使用已经超过了环境的负载能力，我国的能源可持续使用能力远低于国际水平，这势必会影响到我国的经济平稳增长。基于我国同国外能源生产和消费模式的进行比对通过建设光伏产业来改善我国的能源产出和消费机制使其发挥能源合理的配置是一个迫在眉睫的现实问题。

关键词：单晶硅；光伏发电；跟踪器设计

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 18-0000-01

我国的化石燃料的储量丰富而且是我国长期以来的主要消费能源，然而上世纪以来的能源危机使全球所有国家由此认识到常规能源的局限性、有限性和不可再生性。而在几十年后各个国家的化石燃料也将面临估计，由此人们认识到新能源的建设与研发对于一个国家的能源安全是十分重要的，加之人们对环境保护的意识逐渐提高，使得光伏产业得以迅速发展。太阳能具有无限性、可再生性等可持续特性，我国的太阳能年理论储量高达一万七千亿吨标准煤的燃量。因此我国的光伏产业经济成为了我国能源可持续发展的重点发展对象。

一、光伏发电模型跟踪控制相关组件设计

光伏电池的使用性质为光伏电池的使用奠定了整体理论基础，文章的这一部分主要对文章的工作原理和工作时的属性进行了比较详细的介绍。首先光伏电池是利用太阳辐射能量进行发电的，这种能量要通过能量的转换器才能转化为电能，这种转换器就是光伏电池。光伏电池的主要工作原理就是光电原理。一般情况下，光伏电池的主要制作材料是一种介于导体和绝缘体的半导体材料，这种材料的组成原子和其他的物体都是一样的，硅原子的外层电子按照固定的轨道绕着原子核进行运动。当原子受到外来巨大的力量冲击时有些电子就会脱离原有的预定轨道成为自由运动的原子，同时在原子原定的位置上留有一个空位，在比较纯净的单晶硅中，自由电子的数量和空穴的数量是大致相当的，但是如果在单晶硅中掺入一些硼、钾等微量元素就会导致单晶硅中的自由电子被复活，从而形成空穴型半导体，而当单晶硅当中掺入适当的能够放出电子的磷元素和砷元素等元素就会形成了电子型半导体，如果将这两种半导体结合起来就会形成一个导体流通节点，光伏电池的最主要就是这个节点，在这个节点上阻碍着电子和空穴的移动，当光伏电池受到阳光直射时电子接收到光能就会向空穴型半导区移动，同时空穴的电子向电子半导区进行移动，这种移动就形成了一种电子动能，从而形成电压，这也就是上文提出的光电效应，这时在两端接好金属导线后接通负载就会产生电流，本身也会形成一个电池原件，将这些原件连接起来就可以产生一定的电压和电流，输出功率。目前技术上比较成熟同时具有比较好的商业价值的光伏电池就是太阳能硅电池了。光伏电池的属性主要包括了电池的输出属性、光照特性以及温度方面的属性。太阳能光电方面的特性也叫做光伏电池的电压和电流特性。

二、光伏电池的最大功率跟踪设计

因为光伏电池在电流输出的整个过程中，输出的电流总量和输出效率是受到阳光强度、环境温度以及电力负载等多方面影响。只有在一定条件的温度和光照强度下才能保证光伏电池稳定地输出电压，当电池工作达到某个特殊的电压时能实现光伏电池功率的最大值输出，从而达到电压曲线的最高点，这个点也被称为光伏电池的最大功率点。所以在进行光伏发电的过程中要提高发电系统的整体效率，其中一个非常重要的方法就是对光伏电池的工作点进行全时段调整，保证光伏电池的工作始终处于最大功率点，这一工作过程就是光伏电池的最大功率点跟踪，因为目前的光伏电池的整体价格和相关成本都特别高，在整个光能发电系统中的整体投资中光伏电池成本占较大比例，因此提高光伏电池的使用效率就是降低发电系统的整体投资总量。光伏电池在进行工作的过程中产生的电压会因为光照强度和环境温度的变化而不断发生变化，最大功率跟踪的目的就是通过控制光伏电池的最大功效点电压实现光伏电池各种环境中都能够输出最大的功率，在光伏电池最大功率的左边电池的输出功率和电压的变化成正相关，在光伏电池最大功率的右边电池的输出功率和电压的变化成反比。而在这个调试过程中就要做好调试工作，其中MPPT控制的主要作用就是当光伏电池的输出功率最大功率点在左边时会使得光伏电池的实际工作电压升高，从而逼近输出的最大功率点。当最大功率点在电流输出点的左边时会使得光伏电池的总体电压降低，从而实现逐渐靠近最大功率点。MPPT的工作能够实质实际上是一个自动寻找最优化输出点的工作过程，通过光伏电池矩阵寻找最佳电流和电压的组合，以此得到最佳的排列功率输出从而和之前的功率进行比较，这样反复进行比对，知道找出该组电池的最大功率点。在找出最大功率点之后记录好周围和环境因素，如气温、气压等同时做好相关记录，做出该最大功率点对应的实际情况，在日后进行光伏电池组装的过程中进行合理的利用，在遇到情况和记录情况相似或相同时就直接采用记录的情况进行设置，从而实现最大功率的输出，提高光伏电池的输出效率，降低光电生产的中体成本。

三、结束语

总而言之，通过对几种比较常见的最大功率输出点测定的方法进行研究比较可以看出，恒定的电压控制方法比较简单而且具有较强的可操作性，但是在跟踪精度上较差，在外环境发生比较大的变化时难以进行及时的跟踪从而会产生较大的误差。而爬山法简单实用跟踪效率较高，但是在输出最大功率点的过程中会发生输出震荡。电导增量的方法比较快速稳定，但是因为实际光伏伐蒂娜系统中的电流和电压传感精度比较有限，这就会导致电导增量难以达到预期的跟踪效果。本文一般采用对传统爬山法进行改进，通过对试验数据进行模拟性仿真，通过仿真的试验来证明改进后的方法能够克服传统爬山法存在的震荡现象和总体能量的损失，从而实现了电路启动过程中最快速和最稳定的最大功率输出跟踪，提高光伏电池的工作效率。

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