光伏发电系统最大功率点跟踪技术综述张燕东
发表时间：2019-07-05T12:45:52.307Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：张燕东
[导读] 摘要：近年来能源短缺和环境污染问题日益严重，清洁、高效、环保的能源受到市场追捧，正因如此，光伏发电技术重要性越来越凸显。
（中国三峡新能源有限公司内蒙古分公司内蒙古呼和浩特 010000）
摘要：近年来能源短缺和环境污染问题日益严重，清洁、高效、环保的能源受到市场追捧，正因如此，光伏发电技术重要性越来越凸显。光伏发电系统由太阳电池、蓄电池、控制器和逆变器组成，可以将太阳光能转换成电能。系统可靠性高，使用寿命长，不污染环境，能独立发电又能并网运行。对于大型光伏阵列，电能输出具有非线性特征，与外界温度、光照条件和用电负载有关，太阳电池很难一直工作在最大功率点处。因此，为了使光伏发电效率高，需要采用最大功率点跟踪技术(MPPT)，该技术可以预测和跟踪最大功率点，使光伏系统在最大功率点工作。本文综述了近年来逆变器控制策略的研究成果，分析各类控制原理和特点，在此基础上，提出了最大功率点追踪技术的发展方向及改进方法。
关键词：光伏发电系统；最大功率点；跟踪技术综述
最大功率点跟踪技术（MPPT）策略对于光伏发电系统的功率损耗有着重要的影响，针对当下光伏发电研究的热点问题，本文研究了光伏输出特性，对比了三种最为成熟和广泛的控制算法，并且运用电量增导法进行建模和仿真，仿真结果在0.04s时功率达到稳定，说明了电量增导算法的正确性和实用性，具有一定的研究意义。
1改进的MPPT算法
1.1自适应变步长的增量电导
传统增量电导法是固定步长的，这种方法在跟踪速度和稳态精度的要求方面有着很大矛盾，小步长能够提高精度，但系统的跟踪速度很慢；大步长可以有效提高跟踪速率，但这是以降低跟踪精度和系统稳定性为代价的。当光伏系统的运行点离最大功率点较远时，dP/dV较大，此时可以适量增加变量步长以增加系统的动态响应速率。文献[3]提出了对电导增量法的一种改进算法，即：将dP/dV作为步长的变化系数，实现步长的自动调整。与传统的电导增量法相比,该方法通过步长的自动调整，减少了所需的实际运行时间,提高了采样率,具有良好的跟踪精度和快速的收敛速度，降低了系统成本。增量步长由换算系数和dP/dV确定，改进了增量步长的确定方法，增量步长直接由ΔP和一定的换算系数确定；对自适应变步长电导增量法做了验证，用Labview(实验室虚拟仪器工程工作台)实现了增量电导MPPT算法。
1.2模糊控制技术
模糊控制是智能控制方法的一种，其特点是在设计过程中不需事先知道被控对象的精确模型，对难以建立精确模型的复杂对象，可以根据操作经验直接进行控制，因此控制设计简单。提出将模糊逻辑控制技术应用到光伏系统最大功率点追踪中，即基于模糊逻辑控制和光伏系统的模糊逻辑控制算法。并将太阳电池板在Matlab和Simulink中进行了建模分析，对该算法进行了验证。该方法采用基于模糊逻辑的控制器,模糊逻辑控制器具有健壮性和相对简单的设计优点,有两个输入和一个输出。
1.3神经网络技术
神经网络技术是一种仿人思维的控制技术，它不依赖于被控过程的数学模型，抗干扰能力较强，具有黑箱学习模式特点，用于具有非线性特性的光伏系统的MPPT技术十分合适。但神经网络系统的学习模式需要长期训练，且输入、输出数据关系难以表达。由于神经网络控制技术和上文所述模糊控制技术可以实现优势互补，如果把模糊算法和神经网络结合，将能够更好的对MPP进行追踪。提出一种自适应神经-模糊推理系统(ANFIS)的最大功率点跟踪方法。该方法将温度和辐照度确定为反映影响光伏阵列工作点的环境条件的控制系统的输入变量、ANFIS控制器的输出标识为占空比，通过馈送适当占空比给激活转换器的开关来频繁地估计参考电压，使得光伏系统以其MPP电压工作，以实现MPP电压控制光伏系统的功能。该方法通过实测数据提取模糊控制规则，并将其嵌入模糊控制器当中去，确定隶属函数，有效降低了模糊推理函数(FIS)的设计难度，反应速度快、对环境变化适应性强、具有学习能力，针对光伏系统使用过程中的变化，只需记录实测数据训练新的FIS，并将它转换成相应控制程序，即可实MPPT控制器的优化升级，具有很高的实际应用价值。
2最大功率点跟踪技术研究与仿真
MPPT其本质就是通过控制输出变量参数的数值，寻找最优的输出点，使得光伏阵列能够在不同的环境和光强度下保持输出功率的最大。实现最大功率点跟踪控制的方法很多，常用的MPPT方法有：电导增量法、扰动观察法、恒定电压法、滞环比较法、最优梯度法等。较为常用的算法一般是前三种。每种算法都有其优缺点和最试用的场合，本文主要阐述电导增量法控制算法，并根据其理论进行仿真研究。
3阴影下的MPPT算法
传统的MPPT算法可以在均匀的太阳辐射或恒定的环境条件下正确地跟踪MPP，因为在P-V曲线上有一个MPP。在有部分阴影的条件下(PSCS)或快速变化的环境条件下，光伏组件上的太阳辐照度变得不均匀。在这种情况下，P-V曲线上出现了许多局部MPP，其中只有一个是全局最大功率点(GMPP)。GMPP是在多个MPP中拥有最高权力值的点。在P-V曲线中存在多个MPP的情况下，传统的MPPT算法无法跟踪GMPP。提出了基于模糊逻辑控制器的跟踪回路和扫描储存的办法，该方法结合了基于模糊逻辑控制器(FLC)的新的跟踪循环与扫描和存储算法,通过扫描和存储过程识别GMPP及其相应的占空比(DGMPP)，之后激活基于跟踪循环的FLC来跟踪所识别的GMPP。该方法的优点是保证了在复杂阴影、快速瞬态变化的阴影模式下GMPP的准确、快速收敛。大大提高了跟踪效率，并显著降低了响应时间。同时使用电压和电流偏差的快速动态MPPT技术。首先建立了一个简单的光伏系统，MPPT控制器首先根据公式分别计算电压和电流的偏差DVPV和DIPV。然后，计算功率两侧斜率a和b，如果a>0和b<0(MPP的左侧)，则电流IPV通过减小DS而不断降低，反之升高，以将PV模块的工作点移动到MPP。该方法其他MPPT方法相比，提供了最短的收敛时间，即具有非常快的高精度动态响应和最高的MPPT效率。粒子群优化法(POS-MPPT)基于粒子群、目标函数或适应度函数，通过递归与粒子间相互作用，目标函数将当前的光伏发电系统与前一次迭代得到的光伏发电功率进行对比，找到相对更接近的MPP，从而找到GMPP，同时通过使用PSO-MPPT进行全局MPPT技术，克服与局部遮蔽相关的不匹配现象问题。与其他MPPT技术相比，PSO-MPPT始终能够达到GMPP，提高了光伏系统的效率。基于遗产算法的最大功率点跟踪方法。首先选择当前的迭代k期望的输出电压，计算当前功率，考虑局部阴影影响，组合了两个迭代k期望的输出电压以产生一个新的迭代k期望的输出电压，再计算功率，进行对比确定GMPP。该方法解决了古典MPPT算法中扰动观测法或增量电导法在发现的第一个最大功率点中
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪（MPPT）方法 2011年12月29日作者：周建华李冰郭玲田苗苗陈增禄来源：《中国电源博览》总第128期编辑：孙伟 摘要：最大功率点跟踪（MPPT）是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。 1 引言 日本福岛核电站事故之后，多国陆续宣布暂停核电建设，而太阳能是永不枯竭的清洁能源，并且更加稳定、安全。据国家权威数据，在“十二五”期间，中国光伏发电装机容量达到2000万千瓦。但由于光伏组件本身特性的非线性，受环境温度、日照强度、负载等因素的影响，均会使其输出最大功率点发生变化，导致光伏组件转换效率很低。而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率，这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。本文首先讨论了光伏组件本身的P-V,I-V特性，以及温度、光照的影响；然后具体分析了几种常用的MPPT控制方法，并对3种MPPT控制方法作简单的比较。 2 光伏组件的特性 A. 物理数学模型 根据半导体物理学理论，太阳能组件的等效物理模型如图1所示。 其中： IPH 与日照强度成正比的光生电流； I0 光伏组件反向饱和电流，通常其数量级为10-4A；
n 二极管因子； q 电子电荷，； K 玻尔兹曼常数, J/K； T绝对温度（K）； RS光伏组件等效串联电阻； RP光伏组件等效并联电阻； 式（1）中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关，而且确定这些参数也十分困难。 B. 温度、光照对输出特性的影响 受外界因素(温度、光照强度等)影响，光伏组件输出具有明显的非线性，图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。 由以上两图可知，光伏组件的输出短路电流（Isc）、最大功率点电流（Im）随光照强度的增强而增大。光照强度的变化对组件开路电压影响不大，最大功率点电压（Um）变化也不大，如图3-A所示。温度对光伏组件的输出电流影响不大，短路电流（Isc）随温度升高而略微增加。但开路电压（Uoc）受温度影响较大，开路电压随温度升高近似线性地下降，因此温度对光伏组件最大输出功率有明显影响，从图2-B曲线的峰值变化可以看出。
太阳能光电应用技术专业人才培养方案论证报告第一部分：人才培养方案制订的基本过程和依据 一、依据 根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》、《山东省人民政府关于加快建设适应经济社会发展的现代职业教育体系的意见》（鲁政发〔2012〕49号）、《山东省高等教育内涵提升计划(2011-2015年)》等文件精神，依据教育部职业教育与成人教育司制定的《高等职业学校专业教学标准（试行）》，结合我校省级特色名校建设方案，秉承“以教师为主导，以学生为主体，以德育为先导，以能力为本位，以校企合作为平台，以工学结合为切入点，以实现理论实践一体化教学为方向，以培养高素质的技术技能人才为目标”的人才培养理念，通过专业调研，依据专业人才的社会需求和岗位需求，优化专业人才培养方案，实现“专业与产业对接，课程内容与职业标准对接，教学过程与生产过程对接，学历证书与职业资格证书对接，职业教育与终生教育对接”。 二、基本过程 （一）专业调研 2014年4月至2014年6月，太阳能光电应用技术专业教师先后到德州市科技局、新能源产业办公室、大海新能源有限公司、山东力诺太阳能电力集团、山东禹城汉能光伏有限公司、山东旭光太阳能光电有限公司、东营职业技术学院等企事业单位和兄弟院校深入调研，了解了企业对专业人才的需求现状，听取了企业对专业人才的培养意见及建议。 通过调研，确定了本专业学生的就业面向： 太阳电池、光伏组件生产企业、LED产品生产企业、光伏发电系统工程建设企业、大中小型光伏发电运营企业的设备操作、现场工艺和技术管理、系统软件电路SCH、PCB 设计、单片机及PLC光伏发电系统软硬件应用、器件检测、系统调试、安装、使用等岗位技术工作和管理工作。 初始工作岗位： 生产设备运行（太阳电池、组件生产设备操作；光伏发电系统运行；电气元件检测；太阳电池及LED生产线质量检验等岗位）。 光伏发电系统设备安装与调试（光伏发电系统设备安装、调试岗位）。 光伏发电系统设备检测与维修（太阳电池、蓄电池、LED、存储逆变控制器、电路、
光伏电池及其最大功率点跟踪 1光伏电池 1.1 光伏电池简介 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能即时转化为电能的器件。当太阳光照在半导体p-n结上，由于吸收了光子的能量，会形成电子--空穴对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，这使得相应区域的主载流子的浓度在靠近p-n结部分增加，而这种局部浓度的增加必然使得主载流子朝着外部接触面的方向扩散，导致外部端子上产生电压，接通电路后就形成电流。单体的单晶硅光伏电池的输出电压在标准照度下只有0.5V左右，常见的单体电池输出功率一般在1W左右，一般不能直接作为电源使用。单体电池除了容量小以外，其机械强度也较差。因此在实际应用中，将若干光伏电池单体串并联并封装起来成为有比较大的输出功率（几瓦到几百瓦不等）的太阳能电池组件。光伏电池组件再经过串并联就形成了光伏电池阵列，可以作为大型光伏并网逆变器的功率输入。 图2.1 太阳能电池单体、组件、方阵示意图
1.2 光伏电池数学模型 光伏电池的数学模型[12]可以由图2.2所示的单二极管等效电路[13]来描述。 图中L R 为光伏电池的外接负载，负载电压为L U ，负载电流为L I 。s R 和sh R 为光伏电池内阻。s R 为串联电阻，通常阻值较小，取决于体电阻、接触电阻、扩散电阻以及电极电阻等；sh R 为旁路电阻，一般阻值较大，取决于电池表面污染和半导体晶体缺陷引起的边缘漏电以及耗尽层内的复合电流等。VD I 为通过p-n 结的总扩散电流。sc I 代表光子在光伏电池中激发的电流，取决于辐照度、电池面积和本体温度T 。 L I L 图2.2 光伏电池的单二极管等效电路 )1(0-=AKT qE D VD e I I (2.1) 式中0D I 为光伏电池在无光照时的饱和电流。 旁路电阻两端电压s L L sh R I U U +=，流过旁路电阻的电流为 ()sh s L L sh R R I U I /+=。 由以上各式可得负载电流为： sh s L L AKT R I U q D sc L R R I U e I I I s L L +-??? ? ??--=+1)(0 (2.2) 一般s R 很小，sh R 很大，可以忽略不计。可得理想光伏电池特性：
人教版物理高二选修3-1 2.2电动势同步检测卷C卷（考试） 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共20题；共42分) 1. （3分）(2016·吉林模拟) 如图所示,动圈式话筒能将声音信号转化为电流信号（交变电流）,产生的电流信号再经过阻抗变压器后输出到扩音机,阻抗变压器除可进行阻抗匹配外,还可以减少信号沿导线传输过程中的电能损失,关于话筒内的这只阻抗变压器,下列说法中正确的是（） 【考点】 2. （2分）两个小灯泡的标识分别是L1“6 V,6 W”，L2“6 V,9 W”，把它们串联后接在同一直流电源上(电源内阻可忽略不计)，L1消耗的功率恰好为6 W，则L2消耗的功率为（） A . 6 W B . 9 W C . 4 W D . 条件不足，不能确定 【考点】 3. （2分）夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调器运转1 h用电（）
A . 1.0度 B . 1.5度 C . 2.0度 D . 2.5度 【考点】 4. （2分） (2018高二上·黑龙江月考) 如图所示，R1和R2都是4W、100Ω的电阻，R3是1W、100Ω的电阻，A、B两端允许消耗的最大电功率是（） A . 1.5W B . 3W C . 9W D . W 【考点】 5. （2分）从安全用电的角度出发，下列做法存在安全隐患的有 A . 用电器金属外壳应该有接地线
B . 不要在同一插座上同时使用几个大功率用电器 C . 洗衣机、洗碗机等易潮湿用电器不用接地线 D . 要定期检查用电器插头，特别是大功率用电器插头 【考点】 6. （3分） (2018高二上·杭锦后旗月考) 关于电功和焦耳热，下列说法正确的是（） A . 在纯电阻电路中，计算电功可用公式W=I2Rt B . 在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W= I2Rt C . 在非纯电阻电路中，计算焦耳热用Q= I2Rt D . 在纯电阻电路中，计算焦耳热可用Q=UIt 【考点】 7. （2分） (2020高二下·宁波期中) 能源问题是当今社会重要的一个难题。关于节约能源已经深入到我们的家庭生活中。现有两盏节能灯A和B，其额定功率相同，额定电压A灯大于B灯，则（） A . 两灯正常发光时，IA > IB B . 两灯电阻RA < RB C . 将两灯串联后接入电路中，灯的功率PA > PB D . 将两灯并联后接入电路中，灯的功率 【考点】 8. （2分） (2020高二上·贵阳期末) 一定值电阻两端加上某一稳定直流电压，某段时间内通过该电阻的电荷量为0.2C，消耗的电能为0.6J。若相同时间内通过该电阻的电荷量为0.4C，则该电阻两端所加的电压和消耗的
文献综述二零一二年六月
文献综述 太阳能制冷系统研究现状及其进展 引言： 在完成太阳能制冷系统研究现状及其进展的论文过程中，我参考了诸多文献，引用了它们的思想或者结论，现将其中一些比较主要的文献作为完成本文的研究依据做一个综述。 1.太阳能吸收式空调及供热综合系统 太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成。吸收式制冷的基本原理是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来进行的。这两种物质在同一压强下有不同的沸点, 其中高沸点的组分称为吸收剂, 低沸点的组分称为制冷剂。常用的吸收剂) 制冷剂组合有两种: 一种是溴化锂—水, 通常适用于大型中央空调; 另一种是水—氨, 通常适用于小型空调。 在夏季, 被集热器加热的热水首先进入储水箱, 当热水温度达到一定值时, 由储水箱向制冷机提供热媒水; 从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱, 再由集热器加热成高温热水; 制冷机产生的冷媒水通向空调箱, 以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热媒水时, 可由辅助锅炉补充热量。在冬季, 同样先将集热器加热的热水进入储水箱,当热水温度达到一定值时, 由储水箱直接向空调箱提供热水, 以达到供热采暖的目的。当太阳能不能够满足要求时, 也可由辅助锅炉补充热量。在非空调采暖季节, 只要将集热器加热的热水直接通向生活用储水箱中的热交换器, 就可将储水箱中的冷水逐渐加热以供使用。二空调及供热综合示范系统。 2.热管式真空管集热器的热性能研究 热管式真空管集热器是一种新型的太阳能集热装置。由于运用了真空技术，大幅度地降低了集热器的热损失，因而使其在高工质温度或低环境温度的运行条件下仍具有良好的热性能。同时，由于运用了热管技术，被加热工质不直接流经真空管，因而跟普通真空管集热器比较，热管式真空管集热器还具有许多其它优点：热容量小，在瞬变的太阳辐照条件下可提高集热器输出能量；热二极管效应．当太阳辐照较低时可减少被加热工质向周围环境散热；防冻，在冬季夜间一20％时真空管本身不会冻裂；另外，系统承压高，易于安装、维修等等。 3.新型高效太阳能制冷技术 对传统太阳能制冷技术进行分类总结,指出其热力学局限性,提出一种太阳能制冷新模式。对光纤小碟太阳能聚光集热系统进行介绍,并对其性能进行初步评价,指出利用光纤小碟太阳能聚光集热系统同时驱动气体透平机发电制冷和两级吸收式制冷机,实现太阳能的梯级利用,是获得高效太阳能制冷的新途径。对一
毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 光伏最大功率点跟踪系统MPPT的设计 1前言部分 随着社会生产的日益发展，人们对能源的需求每天都在增加，全世界对能源的消耗在1970年约为83亿吨标准煤，而在1995年，这种消耗达到了140亿吨标准煤，25年间增长了69.7%，到2020年，全世界对能源的消耗预计将达到195亿吨标准煤。如果人类对能源的需求以目前的速度增长，根据公式计算，全世界的石油将在40年后被消耗殆尽，天然气和煤业最多能维持60年和200年左右。由此可见，研究和开发新能源的需求十分迫切，采用新能源和可再生能源不仅能解决能源短缺的问题，还能保护生态环境，减少污染，是走经济社会可持续发展的重大措施。太阳能资源丰富、分布广发、可再生、无污染，是当今国际社会公认的理想能源替代品[1]。能源危机迫在眉睫。根据对石油储量的综合估算，可支配的传统能源的极限大约为1180到1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2040左右年宣告枯竭;天然气储备估计在131800到152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在60年内枯蝎;煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年;铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期;核聚变到2050年还没有实现的希望。传统能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终将葬送现代市场经济[2]。事实上，近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由传统能源的重新配置与分配而引发。总之，能源危机随时会爆发，它的爆发将具有爆炸性[3]! 当今世界太阳能光伏技术的利用，特别是在非洲、美洲、澳洲、亚洲各国，其增长幅度相当大，只要原因是近几年来太阳能电池、电力电子及微电子技术的快速发展，以及人们环保意识的不断增强[4]。太阳能发电与其他发电系统相比具有许多优点： 1.太阳能取之不尽，用之不竭，每天照射到地球上的太阳能是人类消耗的能量 的6000倍。
光伏系统中蓄电池的充电保护IC电路设计 1.引言 太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源越来越受到重视。太阳能发电已经在很多国家和地区开始普及，太阳能照明也已经在我国很多城市开始投入使用。作为太阳能照明的一个关键部分，蓄电池的充电以及保护显得尤为重要。由于密封免维护铅酸蓄电池具有密封好、无泄漏、无污染、免维护、价格低廉、供电可靠，在电池的整个寿命期间电压稳定且不需要维护等优点，所以在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中有着广泛的应用。采用适当的浮充电压，在正常使用(防止过放、过充、过流)时，免维护铅酸蓄电池的浮充寿命可达12~16年，如果浮充电压偏差5%则使用寿命缩短1/2。由此可见，充电方式对这类电池的使用寿命有着重大的影响。由于在光伏发电中，蓄电池无需经常维护，因此采用正确的充电方式并采用合理的保护方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。传统的充电和保护IC是分立的，占用而积大并且外围电路复杂。目前，市场上还没有真正的将充电与保护功能集成于单一芯片。针对这个问题，设计一种集蓄电池充电和保护功能于一身的IC是十分必要的。 2.系统设计与考虑 系统主要包括两大部分:蓄电池充电模块和保护模块。这对于将蓄电池作为备用电源使用的场合具有重要意义，它既可以保证外部电源给蓄电池供电，又可以在蓄电池过充、过流以及外部电源断开蓄电池处于过放状态时提供保护，将充电和保护功能集于一身使得电路简化，并且减少宝贵的而积资源浪费。图1是此Ic在光伏发电系统中的具体应用，也是此设计的来源。 免维护铅酸蓄电池的寿命通常为循环寿命和浮充寿命，影响蓄电池寿命的因
素有充电速率、放电速率和浮充电压。某些厂家称如果有过充保护电路，充电率可以达到甚至超过2C(C为蓄电池的额定容量)，但是电池厂商推荐的充电率是C/20~C/3。电池的电压与温度有关，温度每升高1℃，单格电池电压下降4 mV，也就是说电池的浮充电压有负的温度系数-4 mV/℃。普通充电器在25℃处为最佳工作状态；在环境温度为0℃时充电不足；在45℃时可能因严重过充电缩短电池的使用寿命。要使得蓄电池延长工作寿命，对蓄电池的工作状态要有一定的了解和分析，从而实现对蓄电池进行保护的目的。蓄电池有四种工作状态:通常状态、过电流状态、过充电状态、过放电状态。但是由于不同的过放电电流对蓄电池的容量和寿命所产生的影响不尽相同，所以对蓄电池的过放电电流检测也要分别对待。当电池处于过充电状态的时间较长，则会严重降低电池的容量，缩短电池的寿命。当电池处于过放电状态的时间超过规定时间，则电池由于电池电压过低可能无法再充电使用，从而使得电池寿命降低。 根据以上所述，充电方式对免维护铅酸蓄电池的寿命有很大影响，同时为了使电池始终处于良好的工作状态，蓄电池保护电路必须能够对电池的非正常工作状态进行检测，并作出动作以使电池能够从不正常的工作状态回到通常工作状态，从而实现对电池的保护。 3.单元模块设计 3.1充电模块 芯片的充电模块框图如图2所示。该电路包括限流比较器、电流取样比较器、基准电压源、欠压检测电路、电压取样电路和逻辑控制电路。 该模块内含有独立的限流放大器和电压控制电路，它可以控制芯片外驱动器，驱动器提供的输出电流为20~30 mA，可直接驱动外部串联的调整管，从
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪（MPPT）方法 12月29日作者：周建华李冰郭玲田苗苗陈增禄来源：《中国电源博览》总第128期编辑：孙伟 摘要：最大功率点跟踪（MPPT）是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。 1 引言 日本福岛核电站事故之后，多国陆续宣布暂停核电建设，而太阳能是永不枯竭的清洁能源，而且更加稳定、安全。据国家权威数据，在“十二五”期间，中国光伏发电装机容量达到万千瓦。但由于光伏组件本身特性的非线性，受环境温度、日照强度、负载等因素的影响，均会使其输出最大功率点发生变化，导致光伏组件转换效率很低。而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率，这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。本文首先讨论了光伏组件本身的P-V,I-V特性，以及温度、光照的影响；然后具体分析了几种常见的MPPT控制方法，并对3种MPPT控制方法作简单的比较。 2 光伏组件的特性
A. 物理数学模型 根据半导体物理学理论，太阳能组件的等效物理模型如图1所示。 其中： IPH 与日照强度成正比的光生电流； I0 光伏组件反向饱和电流，一般其数量级为10-4A； n 二极管因子； q 电子电荷，； K 玻尔兹曼常数, J/K； T绝对温度（ K）； RS光伏组件等效串联电阻； RP光伏组件等效并联电阻；
式（1）中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关，而且确定这些参数也十分困难。 B. 温度、光照对输出特性的影响 受外界因素(温度、光照强度等)影响，光伏组件输出具有明显的非线性，图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。 由以上两图可知，光伏组件的输出短路电流（Isc）、最大功率点电流（Im）随光照强度的增强而增大。光照强度的变化对组件开路电压影响不大，最大功率点电压（Um）变化也不大，如图3-A所示。温度对光伏组件的输出电流影响不大，短路电流（Isc）随温度升高而略微增加。但开路电压（Uoc）受温度影响较大，开路电压随温度升高近似线性地下降，因此温度对光伏组件最大输出功率有明显影响，从图2-B曲线的峰值变化能够看出。
光伏发电系统中的最大功率点跟踪 摘要：所谓MPPT(最大功率点跟踪)，即是指控制器能够实时侦测太阳能电池板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使得光伏组件工作在最大功率点输出状态下，实现光伏逆变器的最大功率输入，提高阳光的利用率。 光伏电池输出特性具有明显的非线性,受到外部环境包括日照强度、温度、负载以及本身技术指标如输出阻抗等影响，只有在某一电压下才能输出最大功率，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点。由于目前光伏电池的光电转换效率比较低，为了有效利用光伏电池，对光伏发电进行最大功率跟踪 (MaximumPowerPointTracking ，简称MPPT)显得非常重要。 太阳能光伏并网发电系统 太阳能电池原理 太阳能电池由硅半导体PN 结构成，在硅半寻体中从硅原子的价电子层中分离出一个电子需要一定的能量，该能量称为硅的禁带宽度（在室温下硅的禁带宽度为1.12eV ），当一定强度的光照射到硅半导体时，能量大于硅的禁带宽度的光子将使硅半导体中的价电子受到激发而成为自由电子，从而在半导体内形成光生电子－空穴对，这些电子－空穴对由于热运动会向各个方向扩散。当这些电子、空穴扩散到PN 结边界时在内建电场作用下，在N 区的电子－空穴会进入P 区，而在P 区的电子则在电场作用下进入N 区，从而在PN 结的两侧产生正负电荷的积累，使P 型层带正电，N 型层带负电，因此在PN 结上产生了电动势。这个现像被称为“光生伏特效应”。 R 光照 图错误!文档中没有指定样式的文字。.1光伏电池原理 太阳能电池特性 目前光伏系统中使用的电池多为硅太阳电池，包括单晶硅、多晶硅以及多晶硅薄膜电池，这些硅电池的输出具有强烈的非线性特性，他们的输出受太阳光照强度、环境温度以及负载的影响，如图错误!文档中没有指定样式的文字。.2所示是在恒度温度下，不同光照强度时太阳能硅电池的输出特性。
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最大功率跟踪控制在光伏系统中的应用3X 赵庚申33,王庆章 (南开大学光电所,天津300071) 摘要:对最大功率跟踪控制中DC2DC变换器的原理和控制方法进行了实验研究,利用DC2DC转换电路和单片机控制系统实现最大功率点跟踪,使太阳电池始终保持最大功率输出;和普通的控制器相比增加输出功率5%～15%。 关键词:光伏(PV);最大功率点跟踪(MPPT);DC2DC变换器 中图分类号:TP206 文献标识码:A 文章编号:100520086(2003)0820813204 T racing and Control of Maximum Pow er Point in a PV System ZHAO G eng2shen33,WAN G Qing2zhang (Institute of Photoelectronics,Nankai University,Tianjin300071,China) Abstract:Principle and control method of DC2DC conversion for MPPT in a solar cell system experi2 mentally discussed.MPPT was implemented with a DC2DC conversion circuit and a MCU control system,and more output power of5to15percent than common control mathod was achieved. K ey w ords:photovoltaics system(PV);maximum power point tracking(MPPT);DC2DC conversion 1 引 言 独立光伏系统一般是由储能蓄电池电压来选择太阳电池输出电压,而对蓄电池的充放电控制则是通过监控蓄电池的电压实现,控制工作电压在一定程度上可以调节太阳电池的输出。但太阳电池的最大功率点是变化的。当太阳电池的最大功率点超出所控制的范围时,就会浪费一部分能源。因此,为了有效利用太阳能,就必须跟踪控制太阳电池的最大功率点来调节太阳电池的输出;同时将蓄电充电电压限制在一定的范围,以保证蓄电池有稳定的电压。在并网发电光伏系统中,通过跟踪控制太阳电池的最大功率点来调节太阳电池的输出,可以随时将系统富裕的电能馈送到常规电网,最大限度地利用太阳能。 DC2DC变换器是通过控制电压的方法将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路,被广泛应用于开关电源、逆变系统和用直流电动机驱动的设备中[1]。用DC2DC变换器可以实现最大功率点的跟踪(MPPT)。实际使用中用DC2DC变换器实现MPPT有不同的方法,其中谐振法是利用开关型电压逆变器的输出电压,通过电感、电容产生谐振,电感上的电压通过变压器和桥式整流向蓄电池充电。该方法可以通过改变工作频率来调节输出电压和电流,实现MPPT,但线路较复杂,需用中间变压器,本文将DC2DC变换器接入太阳电池的输入回路,并将对DC2DC变换器的输入、输出电压和电流测量结果通过单片机的分析运算,由单片机输出PWM脉冲调节DC2DC转换器内部开关管的占空比来控制太阳电池的输出电流,从而使蓄电池电压保持恒定。同时通过控制开关管的占空比也可调节太阳电池输出。由于采用了升降压式(buck2boost)DC2DC转换电路[2]来实现MPPT,所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活。 2 MPPT原理和控制方法[3] 2.1 升降压式DC2DC变换电路 升降压式DC2DC转换电路原理如图1。在开关管Q1处于导通状态时,电源给电感L充电,L上的 光电子?激光 第14卷第8期 2003年8月 J ournal of Optoelectronics?L aser Vol.14No.8 Aug.2003 X收稿日期:2003203212 3 基金项目:“十五”国家重大科技攻关资助项目(2002BA901A44) 33E2m ail:zhaogs@https://www.doczj.com/doc/5b16110718.html,
第31卷 第4期 2008年8月 电子器件 Chinese J ournal Of Elect ron Devices Vol.31 No.4Aug.2008 Study T echnology of Maximum Pow er Point T racker on the Solar Cell 3 YA N G Fan 3 ,P EN G Hong 2w ei ,H U W ei 2bi n g ,L I Guo 2pi ng ,J I A N G Yan (College of Elect ronic and I nf ormation Engineering ,W uhan I nstit ute of Technology ,W uhan 430073,Chi na ) Abstract :Outp ut characteristic of t he solar battery in p hotovoltaic power 2generation system and t he princi 2ple of Maximum Power Point Tracker are int roduced.Bot h t he merit s and flaws of several t racing met hods in common usage are analysed.The emp hasis of t he st udy is Maximum Power Point Tracker based on quadratic interpolation.A system is designed to ascertain t he maximum power outp ut (M PO ),which is based on regular empirical approach and t he quadratic interpolation.The result of t he test indicates t hat t he M PO of solar battery can be ascertained very soon in t he quadratic interpolation.K ey w ords :solar cell ;quadratic interpolation ;Maximum Power Point Tracker EEACC :8250 太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨 3 杨 帆3,彭宏伟,胡为兵,李国平,姜 燕 (武汉工程大学电气信息学院,武汉430074) 收稿日期:2007208220 基金项目:湖北省教育厅基金资助(20060271)作者简介:杨 帆(19662),女,硕士,硕士生导师,教授,主要研究方向为智能仪器与测控技术,yangfan188@https://www.doczj.com/doc/5b16110718.html,. 摘 要:介绍了光伏发电系统太阳能电池的输出特性及最大功率点跟踪技术的基本原理。分析了多种常用的跟踪方法的优 缺点。重点研究了二次插值法的最大功率点跟踪技术。并设计了一个系统,应用常规实验方法及二次插值法寻找太阳能电池的最大输出功率,试验结果表明二次插值法能快速寻找太阳能电池的最大输出功率。 关键词:太阳能电池;二次插值;最大功率点跟踪 中图分类号:TP331 文献标识码:A 文章编号:100529490(2008)0421081204 太阳能作为绿色能源,具有无污染,无噪音,取之不尽,用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。由于光伏系统目前的主要问题是电池的转换效率低且价格昂贵,因此,如何进一步提高太阳能电池的转换效率,如何充分利用光伏阵列转换的能量,一直是光伏发电系统研究的重要方向。太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪控制M PP T (Maximum Power Point Tracker )就是其中一个重要的研究课题。 最大功率点跟踪是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术,它是指,为充分利用太阳能,控制改变太阳能电池阵列的输出电压或电流的方法,使阵列始终工作在最大功率点上,根据太阳能电池的特性,目前实现的跟踪方法主要有以下三种:太阳追踪、最大功率点跟踪或两种方法综合使用。出于经 济方面的考虑,在小规模的系统中经常使用最大功率点跟踪的方法[1]。M PP T 能使太阳能电池阵列的输出功率增加约15%～36%。 1 太阳能电池的伏安特性分析 太阳能电池的伏安(p 2u )特性如图1所示,图1(a )为温度变化时的p 2u 特性曲线,图1(b )是日照强度变化时的p 2u 特性曲线。从图可以看出太阳能电池具有明显的非线性。太阳能电池的输出受日照强度、电池结温等因素的影响。当结温增加时,太阳能电池的开路电压下降,短路电流稍有增加,最大输出功率减小;当日照强度增加时,太阳能电池的开路电压变化不大,短路电流增加,最大输出功率增加。在一定的温度和日照强度下,太阳能电池具有唯一
光伏发电原理及发电系统简介 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 一、光伏效应 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。
通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。 二、原理 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换方式，另一种是光-电直接转换方式。 (1)光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光-热转换过程;后一个过程是热-电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
(2)光-电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光-电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 三、系统组成 光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。 1、电池方阵
深圳市职业技能鉴定新能源系统设计与应用考核 大纲 1．职业概况 1.1 职业名称新能源系统设计与应用1．2 职业定义从事新能源发电系统设计、安 装、调试与维护维修的人员。 1．3 职业等级: 本大纲共设两个等级，分别为：新能源系统设计与应用（专项职业能力五级）、新能源系统设计与应用（专项职业能力四级）1．4 基本文化程度初中毕业。 1．5 培训要求1．5．1 全日制职业学校教育，根据其培养目标和教学计划确定。晋级培训期限：初级不少于200 标准学时；中级不少于300 标准学时。 1．5．2 标准教室及具备必要实验设备的实践场所和所需的测试仪表及工具。1．6 鉴定要求 1．6．1 适用对象从事或准备从事本职业的人员。 1．6．2 申报条件一、初级（具备以下条件）年龄满16 周岁。 二、中级（具备以下条件之一） （一）取得本职业初级职业资格证书或有效的电工操作证满1 年。 （二）取得本职业初级职业资格证书或有效的电工操作证，经本职业中级正规培训达规定标准学时数，并取得毕（结）业证书。 （三）以中级工为培养目标的职业院校新能源专业或电气自动化、机电一体化、节能技术专业的二年级第四学期学生。 （四）高等、高职院校二年级及以上新能源专业或自动化、电气工程及其自动化、机电一体化、节能技术专业的学生。 （五）已取得相关职业中级职业资格证书，经本职业正规培训达规定标准学时数，并取得毕（结）业证书。 1．6．3 鉴定方式 分为理论知识考试和技能操作考试。理论知识考试采用闭卷笔试方式，技能操作采用实训设备操作方式。理论知识考试和技能操作考核均为百分制，成绩均达到60 分以上者为合格。 1．6．4 考评人员与考生配比理论知识考试考评人员与考生配比为1：15，每个标准教室不少于2 名考评人员；技能操作考评员与考生配比为1：10，且不少于3 名考 评员。
光伏发电系统及其M 的概述
安徽工业大学 光伏发电系统及其MPPT的概述 课程名称：电气工程新技术 专业：电气工程（专硕） 姓名：陈亚东 学号：1320190259
光伏发电系统及其MPPT的概述 摘要：以太阳能光伏发电系统为研究对象，整体介绍了太阳能光伏发电系统的类型及其构成，讨论了光伏系统的最大功率点跟踪（MPPT）技术的意义。以最大限度利用太阳能为主要目标，介绍了太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法，并讨论了各个方法的优缺点。 关键词：太阳能；光伏发电系统；MPPT；控制方法 1 引言 在世界各国竞相发展绿色可再生能源的今天，太阳能作为一种新兴的可再生能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域限制等优点，受到了一致青睐，正得到迅速的推广应用[6]。在太阳能的各种应用中，光伏应用倍受关注。随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡[9]。 太阳能发电是将太阳光能直接转化成电能的发电方式，包括光伏发电、光化学发电、光感应发电等。光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射能量转化为电能的直接发电方式，光伏发电系统是由光伏阵列、控制器和电能存储和变换环节构成的发电与电能变换系统。光伏电池阵列产生的电能经过电缆、控制器、储能等环节予以存储和转换，转换为负载所能使用的电能。而光伏系统的一大缺点就是光伏电池的光电转换效率太低,使其不能以最大效率转化为电能输出；而且在工作过程中受环境的影响也很大，会损失很多能量。因此为了使其输出的电能达到最大化,除了要研制价格低廉且能量转换效率高的光电材料外,还要在控制上实现光伏电池的大功率输出。这些控制方法包括光伏自动跟踪控制和最大功率点跟踪控制。最大功率点跟踪(MPPT)控制方法是光伏发电系统中提高系统效率的重要手段。 本文讨论了光伏发电系统的构成以及提出了光伏系统的最大功率点跟踪技术的意义，并介绍了最大功率点跟踪的方法和原理及常见MPPT控制方法。
光伏发电系统概述 根据不同的应用场合，太阳能光伏发电系统一般分为并网发电系统、离网发电系统、并离网储能系统、并网储能系统和多种能源混合微网系统等五种。1、并网发电系统 光伏并网系统由组件，并网逆变器，光伏电表，负载，双向电表，并网柜和电网组成，太阳能电池板发出的直流电，经逆变器转换成交流电送入电网。目前主要有大型地面电站、中型工商业电站，小型家用电站三种形式。 由于并网光伏发电系统不需要使用蓄电池，节省了成本。国家发布的并网新政策已经明确表示，家庭光伏电站免费入网，分布式发电光伏发电，一度电国家补贴0.42元，自己用电不花钱，多余的电还可以卖给电力公司。从投资的长远角度，按家庭光伏电站25年的使用寿命计算，6-10年左右可以回收成本，剩下的十几年就是纯收益。 图1并网发电系统示意图 分布式光伏并网系统，负载优先使用太阳能，当负载用不完后，多余的电送入电网，当光伏电量不足时，电网和光伏可以同时给负载供电，并网逆变器依赖于电网，当电网断电时，逆变器就会启动孤岛保护功能，逆变器停止运行，太阳能不能发电，负载也不能工作。 2、离网发电系统 离网型光伏发电系统，不依赖电网而独立运行，广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制器，逆变器、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情
况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。 这种系统由于必须配备蓄电池，且占据了发电系统30－50%的成本。而且铅酸蓄电池的使用寿命一般都在3－5年，过后又得更换，这更是增加了使用成本。而经济性来说，很难得到大范围的推广使用，因此不适合用电方便的地方使用。 图2 离网发电系统示意图 对于无电网地区或经常停电地区家庭来说，离网系统具有很强的实用性。特别是单纯为了解决停电时的照明问题，可以采用直流节能灯，非常实用。因此，离网发电系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的。 3、并离网储能系统 并离网型光伏发电系统广泛应用于经常停电，或者光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。 图3 并离网发电系统示意图
中英文资料对照外文翻译 光伏系统中蓄电池的充电保护IC电路设计 1.引言 太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源越来越受到重视。太阳能发电已经在很多国家和地区开始普及，太阳能照明也已经在我国很多城市开始投入使用。作为太阳能照明的一个关键部分，蓄电池的充电以及保护显得尤为重要。由于密封免维护铅酸蓄电池具有密封好、无泄漏、无污染、免维护、价格低廉、供电可靠，在电池的整个寿命期间电压稳定且不需要维护等优点，所以在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中有着广泛的应用。采用适当的浮充电压，在正常使用(防止过放、过充、过流)时，免维护铅酸蓄电池的浮充寿命可达12~16年，如果浮充电压偏差5%则使用寿命缩短1/2。由此可见，充电方式对这类电池的使用寿命有着重大的影响。由于在光伏发电中，蓄电池无需经常维护，因此采用正确的充电方式并采用合理的保护方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。传统的充电和保护IC是分立的，占用而积大并且外围电路复杂。目前，市场上还没有真正的将充电与保护功能集成于单一芯片。针对这个问题，设计一种集蓄电池充电和保护功能于一身的IC是十分必要的。 2.系统设计与考虑 系统主要包括两大部分:蓄电池充电模块和保护模块。这对于将蓄电池作为备用电源使用的场合具有重要意义，它既可以保证外部电源给蓄电池供电，又可以在蓄电池过充、过流以及外部电源断开蓄电池处于过放状态时提供保护，将充电和保护功能集于一身使得电路简化，并且减少宝贵的而积资源浪费。图1是此Ic在光伏发电系统中的具体应用，也是此设计的来源。 免维护铅酸蓄电池的寿命通常为循环寿命和浮充寿命，影响蓄电池寿命的因素有充电速率、放电速率和浮充电压。某些厂家称如果有过充保护电路，充电率可以达到甚至超过2C(C为蓄电池的额定容量)，但是电池厂商推荐的充电率是C/20~C/3。电池的电压与温度有关，温度每升高1℃，单格电池电压下降4 mV，