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DSP光伏电池最大功率跟踪算法的设计
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2017-10-23
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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/㎡）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威廉希尔官方网站 如图1所示。
图1 光伏电池等效威廉希尔官方网站
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
当光伏阵列输出电压比较小时，随着电压的变化，输出电流变化很小，光伏阵列类似为一个恒流源；当电压超过一定的临界值继续上升时，电流急剧下降，此时的光伏阵列类似为一个恒压源［2］。光伏阵列的输出功率则随着输出电压的升高有一个输出功率最大点。最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变化的环境里，通过改变光伏阵列所带的等效负载，调节光伏阵列的工作点，使光伏阵列工作在输出功率最大点。
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/㎡）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威廉希尔官方网站 如图1所示。
图1 光伏电池等效威廉希尔官方网站
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
当光伏阵列输出电压比较小时，随着电压的变化，输出电流变化很小，光伏阵列类似为一个恒流源；当电压超过一定的临界值继续上升时，电流急剧下降，此时的光伏阵列类似为一个恒压源［2］。光伏阵列的输出功率则随着输出电压的升高有一个输出功率最大点。最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变化的环境里，通过改变光伏阵列所带的等效负载，调节光伏阵列的工作点，使光伏阵列工作在输出功率最大点。
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