光伏電池最大功率跟蹤算法的研究

1 引言

傳統(tǒng)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，同時全球還有20億人得不到正常的能源供應(yīng)。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?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。太陽能以其獨有的優(yōu)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(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。因此，研究并網(wǎng)逆變器的設(shè)計有著廣闊的前景和意義。限制光伏系統(tǒng)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(zhuǎn)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驗條件下也只能達(dá)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(xué)術(shù)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(shù)學(xué)模型

光伏電池是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)制作而成的。所謂光伏效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料吸收光能，由光子激發(fā)出電子―空穴對，經(jīng)過分離而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)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(jù)電子學(xué)理論，當(dāng)負(fù)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(yīng)的I-V函數(shù)如下：

（1）

其中－二極管結(jié)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(shù)量級為10-4A），q-電子電荷（1.6×10-19C），K-玻耳茲曼常數(shù)（1.38×10-23J/K），T-絕對溫度（T=t+273K），A-二極管品質(zhì)因子（當(dāng)T=330K時，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(shù)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