在圖2中還有幾組不同光照強(qiáng)度的曲線，例如光照強(qiáng)度為400W/m2時(shí)最大功率輸出為125W。

總的特點(diǎn)是當(dāng)光照強(qiáng)度增加時(shí)，太陽(yáng)能電池的開路電壓變化不大，短路電流增加，最大輸出功率增加。

圖3是該組件在光照強(qiáng)度為1000W/m2時(shí)，不同電池溫度時(shí)的電壓功率曲線。當(dāng)電池溫度為10度時(shí)，其伏安特性曲線如粉紅色實(shí)線所示，電壓功率曲線如粉紅色虛線所示，此時(shí)最大輸出功率為340W；當(dāng)電池溫度為55度時(shí)，其伏安特性曲線如綠色實(shí)線所示，電壓功率曲線如綠色虛線所示，此時(shí)最大輸出功率為280W。

可見其主要特點(diǎn)是電池溫度增加時(shí)，太陽(yáng)能電池的開路電壓下降，短路電流稍有增加，最大輸出功率減小。

最大功率點(diǎn)跟蹤控制MPPT使太陽(yáng)能電池板能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下有效地跟蹤最大功率點(diǎn)，是使用合適的MPPT 控制算法控制電池板盡可能地工作在最大功率點(diǎn)上。本課件只就常用的3種方法的工作原理作簡(jiǎn)單介紹。

圖4是太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制主要組成框圖，主要通過(guò)采集電池陣列的輸出電壓與電流，根據(jù)相應(yīng)控制算法，調(diào)整變換器的輸出來(lái)改變電池陣列的輸出電壓，達(dá)到對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤。變換器輸出端的電壓與電流檢測(cè)用于計(jì)算機(jī)對(duì)輸出控制的參考。

在圖2中可看到，當(dāng)溫度一定時(shí)，各曲線的最大功率點(diǎn)基本在一根垂直線上，只要找到這條垂直線，確定電壓值Um，通過(guò)對(duì)負(fù)載的控制使電池板輸出維持在Um，就可以保證電池板在大多數(shù)光照條件下工作在最大功率點(diǎn)。

CVT方法具有控制簡(jiǎn)單,可靠性高,穩(wěn)定性好，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，由于這種跟蹤方式忽略了溫度對(duì)太陽(yáng)能電池開路電壓的影響。以單晶硅太陽(yáng)能電池為例，當(dāng)環(huán)境溫度每升高1 ℃時(shí)，其開路電壓下降率為0.35%～0.45%，對(duì)于四季溫差或日溫差比較大的地區(qū)，該方式不能在所有的溫度環(huán)境下跟蹤最大功率。

CVT方法的優(yōu)點(diǎn)：控制方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性較高、易于實(shí)現(xiàn)。

CVT方法的缺點(diǎn)：由于沒(méi)有考慮太陽(yáng)能電池溫度對(duì)開路電壓的影響，當(dāng)電池溫度變化較大時(shí)能量損失較大。

CVT方法只是一種近似的最大功率跟蹤方法，實(shí)用在環(huán)境溫度變化不大、日照穩(wěn)定的地區(qū)的小型光伏系統(tǒng)。

一個(gè)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單的方法，可在電池板附近設(shè)置環(huán)境溫度檢測(cè)，根據(jù)環(huán)境溫度值與經(jīng)驗(yàn)來(lái)修正Um值，可在一定程度上彌補(bǔ)溫度變化帶來(lái)的功率損失。

擾動(dòng)觀察法也稱為登山法，是一個(gè)自然尋優(yōu)過(guò)程，目前應(yīng)用較多。其原理是在光伏陣列正常工作時(shí)，每隔一定的時(shí)間用較小的步長(zhǎng)改變太陽(yáng)能電池的輸出電壓，方向可以是增加也可以是減少，并檢測(cè)功率變化方向，來(lái)確定尋優(yōu)方向，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”，如果輸出功率減小，就改變其擾動(dòng)方向，如此不停地周而復(fù)始,使太陽(yáng)能電池板動(dòng)態(tài)地工作在最大功率點(diǎn)的附近。

顯然系統(tǒng)工作點(diǎn)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)上，只能在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，而振蕩的幅值則由步長(zhǎng)決定。若擾動(dòng)步長(zhǎng)過(guò)大，跟蹤的速度快，但在最大功率點(diǎn)附近的振蕩幅度比較大，可能造成較大功率損失；若步長(zhǎng)過(guò)小，功率損失會(huì)小些，但跟蹤的速度會(huì)慢，系統(tǒng)的響應(yīng)速度降低。當(dāng)日照隨時(shí)間變化不快時(shí)，此算法是非常有效；當(dāng)光強(qiáng)發(fā)生突變時(shí)，可能得到錯(cuò)誤的跟蹤方向。如果步長(zhǎng)太小時(shí)會(huì)難以引起功率變化，無(wú)法判別尋優(yōu)方向。

擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，測(cè)量參數(shù)少，轉(zhuǎn)換效率高，硬件實(shí)現(xiàn)較為方便。

擾動(dòng)觀察法的缺點(diǎn)：步長(zhǎng)對(duì)控制精度和速度影響較大，系統(tǒng)工作點(diǎn)無(wú)法穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)上，會(huì)導(dǎo)致部分功率損失；對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)能力較差，故只適用于光強(qiáng)變化小的環(huán)境。

改進(jìn)方法是在系統(tǒng)起動(dòng)初期，或擾動(dòng)引起的功率變化太小時(shí)可加大擾動(dòng)步長(zhǎng)，以盡快找到尋優(yōu)方向，待系統(tǒng)穩(wěn)定后再減小步長(zhǎng)。這樣可減小功率的損失。

電導(dǎo)增量法是通過(guò)比較太陽(yáng)能電池的瞬時(shí)電導(dǎo)和電導(dǎo)的變化量來(lái)計(jì)算最大功率點(diǎn)的方法，目前應(yīng)用也較多，其原理如下。

在圖5中有一條太陽(yáng)能電池板的電壓功率曲線，曲線上有3個(gè)點(diǎn)，在曲線最頂處是最大功率點(diǎn)，對(duì)應(yīng)電壓為Um，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)，在最大功率點(diǎn)曲線的斜率為零，也就是dp/du=0；在電池板輸出電壓大于Um時(shí)，曲線的斜率為負(fù)，dp/du＜0，如右側(cè)點(diǎn)；在電池板輸出電壓小于Um時(shí)，曲線的斜率為正，dp/du＞0，如左側(cè)點(diǎn)。

計(jì)算的主要流程見圖6，當(dāng)前時(shí)刻t的電壓為Ut，電流為It；上次計(jì)算后進(jìn)行控制的電壓為Ut-1，電流為It-1；ΔU是電壓修正的步長(zhǎng)，Utk為當(dāng)前計(jì)算后應(yīng)控制的電壓。

首先判斷dU與dI是否同時(shí)為0，同時(shí)為0則表示已工作在最大功率點(diǎn)，保持Utk值仍為Ut-1值；如果dU=0，dI≠0，則通過(guò)判斷dI的正負(fù)來(lái)修正Ut-1值為Utk值；如果dU=0，則根據(jù)dI/dU與-I/U之間的大小關(guān)系來(lái)修正Ut-1值為Utk值。

電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)：在光照和溫度變化時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列的輸出電壓能平穩(wěn)地追隨環(huán)境變化，使太陽(yáng)能光伏陣列最后穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近的某個(gè)點(diǎn)，而不是來(lái)回的跳動(dòng)，電壓波動(dòng)較擾動(dòng)觀察法小，控制精確，響應(yīng)速度較快。

電導(dǎo)增量法的缺點(diǎn)：對(duì)硬件的要求特別是對(duì)傳感器的精度要求比較高，整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)較高。

以上介紹了最大功率點(diǎn)跟蹤控制常用算法恒定電壓法、電導(dǎo)增量法、擾動(dòng)觀測(cè)法的原理，除此之外還有基于擾動(dòng)觀測(cè)法的改進(jìn)自適應(yīng)算法、利用數(shù)學(xué)模型或查表方法確定最大功率點(diǎn)的方法等等，本課件就不一一介紹了，有興趣的網(wǎng)友請(qǐng)另參考資料。