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，對環境造成的危害日益突出，同時全球還有20億人得不到正常的能源供應。這個時候，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的能源結構，維持長遠的可持續發展。太陽能以其獨有的優勢而成為人們重視的焦點，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。因此，研究并網逆變器的設計有著廣闊的前景和意義。限制光伏系統的主要因素有兩點：⑴初期投資比較大；⑵太陽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，即使世界上最先進技術的光伏電池在特殊的實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，所以長期以來都是學術界研究的熱點。

2 光伏電池陣列特性分析

2.1 光伏電池的數學模型

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，由光子激發出電子―空穴對，經過分離而產生電動勢的現象。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）。根據電子學理論，當負載為純電阻時，光伏電池的實際等效電路如圖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-二極管品質因子（當T=330K時，約為2.80±0.152），Rs-串聯電阻（為低阻值，小于1Ω），Rsh－并聯電阻（為高阻值，數量級為KΩ）[1]。

2.2 光伏電池輸出的最大功率點

圖2 光伏電池電壓/電流曲線和電壓/功率曲線