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1、光伏电池及其最大功率点跟踪作者:日期: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
2、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1也可以由图2.2所示的单二极管等效电路来描述。图中Rl为光伏电池的外接负载，负载电压为Ul,负载电流为L。尺和Rsh为光 伏电池内阻。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；Rsh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
3、体缺陷引起的边缘漏电以及耗尽层内的复合电流等。Ivd为通过p-n结的总扩散电流。院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。图2.2光伏电池的单二极管等效电路qE，VD P,说明最大功率点位于当前 工作点左侧，应继续减小参考电压。如图2.5c所示。4)减小参考电压U ( 6=U-AU),若RcP,说明最大功率点位于当前 工作点右侧，应增大参考电压。如图2.5d所示。1检测U、I.计匏功率P=UIP(k)P(k-1)? 二万返回图2.6定步 长扰动观测法流程图13扰动观测法就是按照以上过程反复进行输出电压扰动并是其电压的变化不断使光伏 电池的输出功率朝着增大的方向改
4、变，直到工作点接近最大功率点。扰动观测法按每次 电压扰动量是否固定可分为定步长扰动观测法和变步长扰动观测法两类。定步长的扰动2.6所示。观测法的流程图如图2.3电导增量法电导增量法是基于电压变化率与输出功率的对应关系而提出的一种最大功率点跟踪 方法。图2.7给出了光伏电池P-U特性曲线及其曲线上各点dP/dU的变化特征。在 一定的外部条件下，只存在一个最大功率点，此时dP/dU =0,而在最大功率点两 侧dP/dU异号。由上述分析可知，dP/dU可以作为判断最大功率点的判据。光伏电池的瞬时输 出功率为P 二UI(2.7)将式2.7两边分别对光伏电池输出电压求导叱I U旦dUdU(2.8)当dP
5、/dU =0时，光伏电池工作在最大功率点, 有即工作点位于最大功率点是dl IdU U(2.9)实际中以=1 / U近似代替dl /dU,从而得到最大功率点跟踪判据1) -工作点在最大功率点左侧U U2) -工作点即最大功率点 u U3)二工作点在最大功率点右侧u U10输入 U(k)、l(k)A l=l(k)-l(k-1) U=U(k)-U(k-1)Uref=Uref+A U*Uref=Uref- U*Uref=Uref-A U*Uref=Uref+A U*1rFFl(k-1)=l(k)U(k-1)=U(k)返回图2.8电导增量法流程图图2.8为定步长电导增量法流程图。其中电压调整步长为U*, LU为下一工作点电 压。扰动观测法和电导增量法本质相同，区别仅在于功率差的计算方式。相比之下，扰 动观测法算法更简洁、易于实现，且与光伏模块的电气参数无关，应用广泛。#
光伏电池及其最大功率点跟踪
