一款MPPT技术实现高效太阳能的充电方案

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所转换的能量，一直是光伏系统研究的重要方向。光伏阵列输出特性具有非线性特征，受光照强度和环境温度影响。随着光照强度和环境温度的不同，光伏电池端电压将发生变化，使输出功率也产生很大的变化，光伏电池本身就是一种极不稳定的电源。因此，如何能在不同光照和环境温度下提高电源输出功率，提高系统效率就成为关键挑战，这就理论和实践上引发出光伏电池最大功率跟踪(MPPT)问题。

提高光伏电池输出功率

光伏电池的输出受日照强度，电池结温等因素的影响。图1、图2为光伏电池的非线性函数关系在光照不同、结温相同和光照相同、结温不同情况下的光伏电池I-V、P-V特性曲线。

下面具体分析不同情况下的光伏电池特性。

情况一：电池结温不变，光照变化

从图1中可以得出以下结论:

①光伏电池的短路电流随光照强度增强而变大，两者近似为比例关系;光伏电池的开路电压在各种光照条件下变化不大;

②光伏电池的最大输出功率随光照强度增强而变大，且在同一光照环境下有唯一的最大输出功率点。在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升呈近似线性上升趋势;到达最大功率点后，输出功率开始快速下降，且下降速度远大于上升速度;

③如图1(a)所示：在虚线A的左侧，光伏电池的特性近似为电流源，右侧近似为电压源。虚线A对应最大功率点时光伏电池的工作电流，约为电池短路电流的90%;

④如图1(b)所示：结温一定的情况下，光伏电池最大功率点对应的输出电压值基本不变。该值约为开路电压的76%。

情况二：电池结温变化，光照不变

从图2中可以得出以下结论:

①如图2(a)所示：光伏电池的结温对光伏电池的短路电流影响不大，随着温度的上升输出短路电流只是略有增加;光伏电池的开路电压随电池结温的上升而下降，且变化范围较大;

②如图2(b)所示:光伏电池输出功率总的变化趋势与不同光照条件下的功率变化相似。但相同光照情况下其最大输出功率随电池温度的上升而下降，且最大功率点对应的工作电压随温度上升而下降。

综上所述，光伏电池的输出功率与它所受的光照强度、环境温度有密切的关系。在不同外部环境情况下，光伏电池的输出功率会有较大的变化。因此光伏发电系统必须采用相关电路和控制方法对输出功率加以控制使其输出最大功率。

在光伏系统中，通常要求太阳电池的输出功率始终最大，即系统要能跟踪太阳电池输出的最大功率点。由于负载的工作点并不正好落在电池提供的最大功率点处，这就不能充分利用在当前多条件下电池所能提供的最大功率。因此，必须在太阳电池和负载之间加入阻抗变换器，使得变换后的工作点正好和太阳能电池的最大功率点重合，使太阳电池以最大功率输出，这就是所谓的太阳能电池的最大功率跟踪。传统的方法是设计正常环境下太阳能电池的最大功率点电压与负载的标准工作电压相近，这种方法叫恒压跟踪法(CVT)。