光伏电池最大功率点跟踪方法的研究.pdf

新能源及工艺

光伏电池最大功率点跟踪方法的研究

张国荣,项若轩
(教育部光伏系统工程研究中心,合肥工业大学能源研究所,安徽合肥230009)

摘要:在光伏发电系统中,为了提高光伏电池的利用效率,需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪。分析了
在跟踪控制中常见的扰动跟踪法和功率数学模型法,比较了它们的优缺点,并基于这两种方法提出了一种改进
的跟踪方法,利用MATLAB对该方法进行了仿真研究,仿真结果验证了该方法的有效性。
关键词:光伏系统;光伏电池;最大功率点跟踪
中图分类号:TM914.4文献标识码:A文章编号:1004-3950(2009)01-0013-04

ResearchontheMPPTofphotovoltaiccells
ZHANGGUO2rong,XIANGRuo2xuan
(EngineeringResearchCenterofPhotovoltaicSystemofMinistryofEducation,
EnergyInstitute,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)
Abstract:Themaximumpowerpointtrackingisoftenusedinthephotovoltaicsystemtoimprovetheefficiencyofphoto2
voltaiccells.TwoMPPTmethods,P&O(perturbationandobservationmethod)andmathematicalmodelofpower,were
analyzed,whicharecommonmethodsofsearching.Theadvantagesanddisadvantagesofbothmethodswerepointed
out,andanimprovedmethodbasedonthemwasproposed.ThenewmethodwassimulatedbyMATLABandthesimu2
lationresultsshoweditsvalidity.
Keywords:photovoltaicsystem;photovoltaiccells;maximumpowerpointtracking

0引言1光伏电池的等效模型及特性

随着社会经济的高速发展,能源和资源的需1.1光伏电池的等效模型
求越来越大,人们的目光正转向可再生能源的开太阳能光伏电池光照特性数学模型[3-4]如式
发和利用。光伏发电是一种公认的技术含量高、(1)所示:
有发展前途的新能源技术。太阳能取之不尽,用
q(U+RsI)U+RsI
之不竭不产生任何废弃物没有噪声等污染对I=Iph-I0{exp[]-1}-
,,,nkTRsh
[1]
环境无不良影响,是理想的清洁能源。但是,(1)
光伏电池输出特性具有明显的非线性,只有在某
式中:Iph—光生电流;I0—二极管反向饱和电流;I、
一电压下才能输出最大功率。为了充分利用光伏
U—光伏电池工作电流、电压;n—二极管特性因
电池所转化的能量,必须在光伏发电系统中使用
子;k—波尔兹曼常量;q—电子的电荷量;T—太阳
最大功率点跟踪技术。目前,国内外提出了很多
能电池温度;Rs、Rsh—光伏电池的串联、并联电阻。
种跟踪方法,可分为自寻优和非自寻优两大类
光伏电池的等效电路模型[3]如图1所示。
型[2]。其中,自寻优方法主要包括扰动观测法、
恒压法等,非自寻优方法主要有功率数学模型法
等。本文将详述常见的两种跟踪方法的原理和特
点,分析它们的优缺点,并提出一种改进的跟踪方
法———“山峰”逼近法。
图1光伏电池等效电路模型
收稿日期:2008-12-19
作者简介:张国荣(1963-),男,江苏张家港人,博士,副研究员,硕士生导师,研究方向为电力电子技术,计算机应用技术。

能源工程2009年,第1期-13-
新能源及工艺

通过对上述光伏电池的数学模型和电路模型
的分析,可以得出光伏电池的输出是一个随光照
条件以及温度等因素变化的复杂量,且输出电压
和输出电流存在非线性关系。
1.2光伏电池的输出特性曲线
光伏电池在不同外部条件下的输出曲线[3](a)扰动方向不改变(b)改变扰动方向
图3扰动方向与P的改变
如图2所示:其中图2a为同温度(T)不同日照强
度(S)时光伏电池的输出P-U特性曲线;图2b现。缺点是稳态时只能在最大功率点附近振荡运
为同日照强度不同温度下光伏电池的输出
P-U行;跟踪步长对跟踪精度和相应速度无法兼顾
特性曲线。通过观察可以得出在外部条件变化
:(步长较小时响应速度慢,步长较大时跟踪精度
时光伏电池输出的最大功率点有很大差异因此
,,低);由于本身算法的不严谨