太阳能光伏电池(简称光伏电池)，用于把太阳的光能直接转化为电能。现在地面光伏体系许多运用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转化功率和运用寿命等归纳功能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转化功率低，但价格更廉价。
依照运用需求，太阳能电池经过必定的组合，到达必定的额外输出功率和输出的电压的一组光伏电池，叫光伏组件。依据光伏电站巨细和规划，由光伏组件可组成各种巨细不同的阵列。光伏组件，选用高功率单晶硅或多晶硅光伏电池、高透光率钢化玻璃、tedlar、抗腐蚀铝合多边框等资料，运用先进的真空层压工艺及脉冲焊接工艺制作。即便在最严格的环境中也能确保长的运用寿命。组件的设备架起十分便利。组件的反面设备有一个防水接线盒，经过它能够十分便利地与外电路衔接。对每一块太阳电池组件，都确保20年以上的运用寿命。
太阳能电池是经过光电效应或许光化学效应直接把光能转化成电能的设备。以光电效应作业的薄膜式太阳能电池为干流，而以光化学效应原理作业的太阳能电池则还处于萌发阶段。太阳光照在半导体p-n结上，构成新的空穴–电子对。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，接通电路后就构成电流。
1 光伏电池模型及输出特性
1.1 光伏电池的数学模型
在光照强度和环境温度必守时，光伏电池既非恒压源，也非恒流源，也不行能为负载供给恣意大的功率，是一种非线性直流电源。其等效电路如图1所示。图1中，UJ为PN结电压，Id为光伏电池在无光照时的饱和电流，Id=Io{EU+IRS) nKT-1}。一个抱负的太阳能电池，因为串联电阻RS很小，旁路电阻Rsh很大，所以在进行抱负电路的核算时，它们均可疏忽不计。由图1的太阳能光伏电池等效电路得出：I=Iph-I0[eq(U+IRS) nKT -1]- U+IR R s sh(1)式中，I为光伏电池输出电流;I0为PN结的反向饱和电流;Iph为光生电流;U为光伏电池输出电压;q为电子电荷，q=1.6伊10-19 C;k为波尔兹曼常数，k=1.38伊10-23 J/K;T为热力学温度;n为N结的曲线常数;Rs，Rsh为光伏电池的本身固有电阻。
图1 光伏电池等效电路
1.2 光伏电池电气特性
光伏电池的输出特性首要经过I-U和P-U特性曲线来加以表现，如图2所示。
图2 光伏电池的I-U和P-U特性曲线
从图2中能够看出，光伏电池的输出特性曲线与作业环境的光照、温度等要素有着亲近的联系，且具有显着的非线性特性，在必定的光照及温度条件下，电池具有仅有的最大功率点，所以为了完成光伏发电体系的输出功率的最大化，需求对光伏电池的输出功率进行最大功率点盯梢。
2 MPPT操控办法的比照剖析
MPPT操控器的全称“最大功率点盯梢”(Maximum Power Point Tracking)太阳能操控器，是传统太阳能充放电操控器的晋级换代产品。所谓最大功率点盯梢，便是指操控器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追寻最高电压电流值(VI)，使体系以最高的功率对蓄电池充电。下面咱们用一种机械模仿比照的办法来向咱们解说MPPT太阳能操控器的基本原理。要想给蓄电池充电，太阳板的输出电压有必要高于电池的当时电压，假如太阳能板的电压低于电池的电压，那么输出电流就会挨近0.所以，为了安全起见，太阳能板在制作出厂时，太阳能板的峰值电压(Vpp)大约在17V左右，这是以环境温度为25°C时的规范设定的。这样设定的原因，(有意思的是，不同于咱们普通人的片面幻想，下面的定论可能会让咱们吃惊)在于当气候十分热的时分，太阳能板的峰值电压Vpp会降到15V左右，可是在冰冷的气候里，太阳能的峰值电压Vpp能够到达18V!
国内外研讨MPPT的算法许多，比较老练的有安稳电压法、扰动观测法/爬山法、电导增量法等。安稳电压法(CVT)便是将光伏电压固定在最大功率点邻近，该操控办法简略简略完成，初期投入少，体系作业电压具有杰出的安稳性，可是盯梢精度差，疏忽了温度对光伏电池开路电压的影响，丈量开路电压要求光伏阵列断开负载后再丈量，对外界条件的习惯性差，环境改变时不能主动盯梢到MPP，造成了能量丢失。扰动观测法(P&O)和爬山法(Hill Climbing)都是经过不断扰动光伏体系的作业点来寻觅最大功率点的方向，该操控办法操控思路简略，完成较为便利，盯梢功率高，进步太阳能的使用功率，可是扰动观测法或爬山法的步长是固定的，假如步长过小，就会导致光伏阵列长期地阻滞在低功率输出区，假如步长过大，就会导致体系振动加重，而且在日照强度改变时会产生误判现象。电导增量法是经过调整作业点的电压，使之逐渐挨近最大功率点电压来完成最大功率点的盯梢，该办法能够判别作业电压与最大功率点电压的相对方位，能够快速地盯梢光强敏捷改变引起的最大功率点改变，操控作用好，安稳度高，可是该操控算法较杂乱，对操控体系功能和传感器精度要求较高，硬件完成难。除以上几种常用的MPPT操控办法外，现在不断呈现一些较新、较有用的MPPT算法，如直线近似法、三点重心比较法等。这些算法既参阅了已有的比较老练的办法，又在其根底上进行了改善和立异，盯梢精度有了进一步的进步。一起，以含糊操控法、神经网络操控法等为代表的新算法的呈现，也为最大功率点盯梢操控技能的快速开展供给了坚实的数学根底和理论依据。关于各种MPPT算法优缺陷的比较剖析如表1所示。由以上研讨剖析发现，每种MPPT操控办法各有其优缺陷，在实践作业中需求归纳考虑，依据不同的环境选用不同的操控办法，既能进步使用功率又能缩小本钱。
表1 MPPT操控办法比较
3 改善爬山法研讨
考虑到爬山法有较好的盯梢功率，且完成简略等明显长处，本文选用一种改善爬山法，该办法选用CVT发动及变步长的操控战略。CVT发动办法是以0.78倍的开路电压作为爬山法的运转初值，能较好地战胜爬山法在发动时产生的采样差错的缺陷，能进步盯梢速度。变步长操控法的思维是：当距最大功率点比较远时，步长取较大，盯梢速度加速;当距最大功率点比较近时，步长取较小，渐渐挨近最大功率点;当十分挨近最大功率点时，安稳在该点作业。该变步长法能战胜爬山法在最大功率点邻近振动的缺陷。改善爬山法操控流程图如图3所示。
4 改善爬山法仿真剖析
光伏发电体系最大功率点盯梢器选用BooST
图3 改善爬山法操控流程图
DC/DC改换电路来完成，经过调理PWM波的占空比操控功率的输出。在Boost改换器的电路中串入MPPT操控体系，使用Matlab/simulink建立仿真模型，编写S函数作为MPPT的操控模块，对光伏电池的最大功率点进行追寻，MPPT仿真模型如图4所示。
图4 MPPT仿真模型
对短路电流3.2 A、开路电压22 V、最大功率点电流2.94 A和最大功率点电压17 V的光伏电池模块组成17伊1的光伏电池阵列进行仿真，即其短路电流和光伏电池阵列的开路电压别离为3.2 V和374 V，光伏电池阵列最大功率点电流和最大功率点电压别离为2.94 A和289 V。光伏阵列输入光强为1 000 W/m2，温度为25 益。为了构成比照，对不加MPPT操控器的光伏发电体系、加爬山法MPPT操控器的光伏发电体系和加改善爬山法MPPT操控器的光伏发电体系别离进行仿真试验，仿真成果如图5所示。
图5 MPPT仿真图形
由图5可见，未加MPPT操控的光伏电池输出功率振动规模很大，输出功率很不安稳。爬山法MPPT操控体系能较好地盯梢到最大功率点，可是在最大功率点处还有必定振动。改善爬山法的MPPT操控体系有效地改善了爬山法的缺陷，在最大功率点邻近振动小，盯梢速度也比较快，进步最大功率盯梢的功率。
5 定论
综上所述，经过对几种常见的MPPT操控办法的比较研讨，能够看出，安稳电压法操控简略且易完成，但盯梢精度差，在外界环境改变时，会产生较大差错;爬山法简略有用、盯梢功率高，但在最大功率点邻近会产生振动，存在差错;电导增量法尽管盯梢快速安稳，但因为实践的光伏发电体系中电压和电流的检测所依靠的传感器精度的有限性，选用电导增量法很难到达预期的最大功率盯梢作用。所以本文选用一种改善爬山法，并对其进行仿真试验，仿真试验证明根据变步长的改善爬山法能够战胜爬山法存在的振动现象和能量的丢失，而且结合CVT发动能够愈加速速地完成最大功率点盯梢。因而改善爬山法战胜了惯例盯梢算法中存在的功率低、能量丢失大、不安稳等的缺陷，能够很好地习惯各种场合对光伏体系MPPT操控的要求，是一种较抱负的MPPT操控计划。
