光伏电池最大功率跟踪算法的研究

1 引言

传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。因此，研究并网逆变器的设计有着广阔的前景和意义。限制光伏系统的主要因素有两点：⑴初期投资比较大；⑵太阳能光伏电池的转换效率低。目前我们通常使用的光伏电池效率在15%左右，即使世界上最先进技术的光伏电池在特殊的实验条件下也只能达到40%，因此光伏电池最大功率跟踪就变得十分重要，所以长期以来都是学术界研究的热点。

2 光伏电池阵列特性分析

2.1 光伏电池的数学模型

光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制作而成的。所谓光伏效应是指半导体材料吸收光能，由光子激发出电子―空穴对，经过分离而产生电动势的现象。光伏电池的I-V特性随日照强度S（W/O）和电池温度t（℃）而变化，即I=f（V,S,t）。根据电子学理论，当负载为纯电阻时，光伏电池的实际等效电路如图1所示。

图1 光伏电池等效电路

对应的I-V函数如下：

（1）

其中－二极管结电流（A），IL－光伏电流（A），I0－反向饱和电流（对于光伏单元而言，其数量级为10-4A），q-电子电荷（1.6×10-19C），K-玻耳兹曼常数（1.38×10-23J/K），T-绝对温度（T=t+273K），A-二极管品质因子（当T=330K时，约为2.80±0.152），Rs-串联电阻（为低阻值，小于1Ω），Rsh－并联电阻（为高阻值，数量级为KΩ）[1]。

2.2 光伏电池输出的最大功率点

图2 光伏电池电压/电流曲线和电压/功率曲线