【正文】 一種常用的MPPT控制算法，是從光伏系統(tǒng)輸出功率隨輸出電壓變化率而變化的角度，來推導(dǎo)系統(tǒng)工作于最大功率點時的電導(dǎo)和電導(dǎo)變化率之間的關(guān)系，從而提出的MPPT算法。缺點為：4　 只能在光伏陣列最大功率點附近振蕩運行，導(dǎo)致一定功率損失；5　 跟蹤步長對跟蹤精度和響應(yīng)速度無法兼顧；6　 在特定情況下會出現(xiàn)判斷錯誤情況。但在應(yīng)用干擾觀測法的光伏系統(tǒng)中，母線電容會影響MPPT算法對天氣變化引起的光照強度波動的響應(yīng)速度。較好的折衷方案是控制器能夠根據(jù)光伏陣列當前的工作點選擇合適的步長，例如，當已經(jīng)跟蹤到最大功率點附近時采用小步長。這樣，光伏陣列的實際工作點就能逐漸接近當前最大功率點，則最終在其附近的一個較小范圍往復(fù)達到穩(wěn)態(tài)。而且穩(wěn)態(tài)情況下，這種算法會導(dǎo)致光伏陣列的實際工作點在最大功率點附近小幅震蕩，因此會造成一定的功率損失；而光照發(fā)生快速變化時，跟蹤算法可能會失效，判斷得到錯誤的跟蹤方向。這種控制算法一般也采用功率反饋，即使兩個傳感器對直流母線電流及其兩端的電壓分別采樣。O)是目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中MPPT控制最常用的算法之一。恒定電壓法示意圖如圖42所示。實際應(yīng)用中，一般可以先采用恒定電壓法來快速的接近最大功率點附近，再結(jié)合其他算法進一步搜索較為精確的最大功率點。在實際工程應(yīng)用中，可以做進一步簡化，故主要應(yīng)用在簡單光伏發(fā)電系統(tǒng)中如小型太陽能草坪燈、獨立太陽能照明系統(tǒng)等方面。與光伏陣列的開路電壓Uoc之間存在近似的線性關(guān)系，即 Umpp=kUOC (41)其中，k的值取決于光伏陣列的特性。如果將光伏陣列輸出電壓控制在最大功率點電壓的附近，光伏陣列將輸出近似的最大功率，這種控制方法稱之為恒定電壓法CVT(Constant Voltage Tracking)。其中，前三種方法在實際應(yīng)用中較為常見，本章節(jié)主要介紹該三種算法。 MPPT常規(guī)跟蹤算法 MPPT的本質(zhì)上是一個自尋優(yōu)過程，通過控制輸出端電壓或其它參數(shù)量，使得光伏陣列在不同的溫度和輻照強度下均能夠輸出最大功率。為了能夠跟蹤到最大功率點，可將負載特性曲線由負載1改變至負載2，從而保證系統(tǒng)仍然處于新條件下的最大功率點B。假設(shè)光伏系統(tǒng)某一時刻工作在A點，當輻照強度變化時，光伏系統(tǒng)的輸出特性由特性曲線1上升為特性曲線2。這樣就可以在光伏發(fā)電系統(tǒng)因結(jié)溫升高而使得陣列輸出功率降低時，仍可以保證整個系統(tǒng)在當前工況下運行于最佳的匹配狀態(tài)。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調(diào)整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱為最大功率點跟蹤。 第四章 最大功率點跟蹤技術(shù) 通過第三章的分析可知，光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環(huán)境溫度和負載情況影響。 圖37 不同溫度下太陽能電池板的PV特性曲線由圖37可以看出太陽能電池具有負溫度系數(shù)。 圖35 不同光照強度下的PV曲線 由圖35可以看出，在一定的溫度下，隨著太陽光照強度的增加，太陽能電池板輸出的功率也在增加。該點所對應(yīng)的功率稱為最大功率點功率，該點所對應(yīng)的電壓稱為最大功率點電壓，該點所對應(yīng)的電流稱為最大功率點電流： = (34) 太陽能電池的IV特性曲線對于分析太陽能電池非常重要，由圖可以看出太陽能電池是一個既非恒壓源又非恒流源的非線性直流電源。與曲線上的任一點相對應(yīng)的橫坐標、縱坐標即為太陽能電池的工作電壓和工作電流。 通常情況下，一個理想的太陽能電池，串聯(lián)電阻很小，而并聯(lián)電阻很大。 為并聯(lián)電阻，是電池邊緣漏電或者耗盡區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流引起的。 為通過PN結(jié)的總擴散電流。 為太陽能電池的輸出值，當太陽能電池兩端開路時，太陽能電池輸出的電壓值為開路電壓，與太陽光輻射強度有關(guān)系，而與電池板面積的大小沒有關(guān)系。如圖31所示： 圖31 光生伏打效應(yīng)原理圖 太陽能電池的等效電路太陽能電池的等效電路如圖32所示： 圖32 光照時太陽能電池的等效電路其中： :是短路電流，就是將太陽能電池置于標準光源的照射下，在輸出端短路時，流過太陽能電池兩端的電流。當接外電路時，便有電能輸出。 當太陽光(或其他光)照射到PN結(jié)時，半導(dǎo)體內(nèi)的原子由于獲得了光能而釋放電子，相應(yīng)地便產(chǎn)生了電子一空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅(qū)向N型區(qū)，空穴被驅(qū)向P型區(qū)，從而使N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，于是就在PN結(jié)的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場。 ，電子一空穴對被分離，電子集中在一邊，空穴集中到一邊，在PN結(jié)兩邊產(chǎn)生異性電荷的積累，從而產(chǎn)生光生電動勢，即光生電壓。 ，激發(fā)出非平衡載流子(光生載流子)一一電子一空穴對。所謂光生伏打效應(yīng)，簡單地說，就是當物體受到光照時，其體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。 太陽能電池的基本工作原理 太陽能電池是利用半導(dǎo)體材料的電子特性把太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能的一種固態(tài)器件。地面太陽能電池又可分為電源太陽能電池和消費品用太陽能電池兩種。目前主要有非晶硅薄膜太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池、納米晶薄膜太陽能電池、微晶硅薄膜太陽能電池等。3． 有機半導(dǎo)體太陽能電池 指用含有一定數(shù)量的碳一碳鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池。非晶硅太陽電池存在的問題是光電轉(zhuǎn)換率偏低，目前效率一般在6%左右。多晶硅電池成本比單晶硅低，單片電池也可以做得比較大，效率比單晶硅電池低。1． 硅太陽能電池 指以硅為基體材料的太陽能電池，有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池等。 太陽能電池的分類 太陽能電池多為半導(dǎo)體材料制造，發(fā)展至今，己經(jīng)種類繁多，形式多樣。第三章 光伏電池及其特性 太陽能電池陣列是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，是光伏系統(tǒng)的重要組成部分，它決定了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。制造非晶硅光伏電池所需的能耗少得多，人們正在為提高它的穩(wěn)定性和工作壽命，降低它的內(nèi)阻從而提高它的光電轉(zhuǎn)換效率而不懈努力。4． 制造單晶硅和多晶硅光伏電池需要消耗相當多的能源硅是地球上各種元素中含量僅次于氧的元素，主要存在形式是沙子（，二氧化硅）。3． 發(fā)電運行受氣候環(huán)境因素影響大 光伏發(fā)電源直接來源于太陽照射，而地球表面的太陽照射受氣候的影響時有時無。2003年單、雙晶硅光伏電池組件的價格約為36～40元/，相比于目前的火力和水力發(fā)電，光伏發(fā)電的成本約為后者的6～20倍。主要研究工作包括：在硅體里面增加其他元素，提高價能位置，從而形成更大的PN結(jié)的空間電荷區(qū)，得到更大的輸出電壓；增加受光面的折射度，讓太陽光線能夠在光伏電池板上多次來回折射，以最大程度將光子能量轉(zhuǎn)換為電子能量；尋找對光感應(yīng)更敏感的材料代替硅材料，以獲得更大的轉(zhuǎn)換效率。并且由于對光電轉(zhuǎn)化管理不力，真正太陽能的利用率只有50%～70%。左右。光伏發(fā)電效率指的是光能轉(zhuǎn)化為電能的比率。 圖23 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用目前我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用主要在三方面：以采用戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)和建設(shè)小型光伏電站為主，來解決偏遠地區(qū)無電村和無電戶的供電問題，為200萬戶偏遠地區(qū)農(nóng)牧民(即目前我國三分之一的無電人口)提供最基本的生活用電；通過借鑒發(fā)達國家建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)驗，在經(jīng)濟較發(fā)達、城市現(xiàn)代化水平較高的大中城市，在公益性建筑物和其他建筑物以及在道路、公園、車站等公共設(shè)施照明系統(tǒng)中推廣使用光伏電源，建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)；建立大型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，以便于在光伏發(fā)電成本下降到一定水平時而開展大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用作好準備。目前應(yīng)用比較多的就是風光互補發(fā)電系統(tǒng)，這樣組合可以使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性比單獨的光伏發(fā)電系統(tǒng)或者風力發(fā)電系統(tǒng)有了很大的提高。其最大的特點就是，系統(tǒng)中除了光伏發(fā)電，還有其它形式的發(fā)電系統(tǒng)。 其工作原理為：首先通過光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再通過逆變器將光伏陣列產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為和電網(wǎng)相位、頻率都相同的交流電，并將所產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)。城市中并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)一般安裝在建筑物表面，并且并網(wǎng)點一般在配電側(cè)。其特點是輸出端與公共電網(wǎng)相連接。同時，還可以根據(jù)負載的類型，選擇是否加入逆變器。當負載消耗大于當前光伏陣列產(chǎn) 圖21 獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖生的電能，那么光伏陣列和蓄電池同時對負載供電。在有太陽光照的情況下，如偏遠山村用電設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、航標燈、主要用于偏遠氣象和地震觀光伏陣列產(chǎn)生電能，負載的消耗，那多余的電能就會轉(zhuǎn)換為化學能，并向負載供電。 獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng) 獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。整個光伏發(fā)電系統(tǒng)都是由以下幾個部分構(gòu)成：光伏電池陣列、控制器、電能變換裝置和電能儲存裝置。當日照量小時，這部分儲存的能量將逐步放出。 蓄電池(組)：蓄電池(組)的作用是將太陽能陣列發(fā)出的直流電直接儲存起來，供負載使用。如果用戶使用的是直流負載，通過太陽能控制器可以為負載提供穩(wěn)定的直流電(由于天氣的原因，太陽電池方陣發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定)。 太陽能控制器：太陽能控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命。一套基本的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器和蓄電池(組)構(gòu)成。 5. 并網(wǎng)系統(tǒng)的概述，首先說明了并網(wǎng)原理以及并網(wǎng)條件，其次對逆變器與并網(wǎng)控制策略也進行了研究分析，最后利用MATLAB/Simulink仿真軟件對并網(wǎng)系統(tǒng)進行了建模與仿真。3． 光伏電池及其特性，簡單介紹了太陽能電池的分類、基本工作原理以及太陽能電池的等效電路和輸出特性。 本文主要工作1． 緒論部分，闡述了課題背景與選題意義，主要包括能源短缺、環(huán)境污染及太陽能光伏發(fā)電的諸多優(yōu)點三大方面；其次分別介紹了國內(nèi)外光伏發(fā)電技術(shù)的研究。各種晶體硅電池技術(shù)發(fā)展情況如下： （1）%； （2）%； （3）%； （4）%； （5）美國Astro Power(AP)%； （6）舊本三洋公司的HIT晶體/非晶硅復(fù)合電池效率達18%； （7）美國、日本、德國多晶硅鑄錠240kg/爐，已能規(guī)?；a(chǎn)。但是，在光伏器件及制造技術(shù)方面，自光伏電池問世以來，晶體硅就作為基本的電池材料一直保持著主導(dǎo)地位，是目前國際光伏市場上的主流產(chǎn)品，在2000年時世界光伏電池產(chǎn)量的80%以上均采用晶體硅材料。目前，晶體硅光伏電池仍然主導(dǎo)光伏發(fā)電市場，薄膜電池是未來太陽能電池發(fā)展的方向。 2006年，波音子公司Spectrolab研發(fā)出轉(zhuǎn)換率41％的砷化鎵太陽能 2013年，美國麻省理工學院(MIT)研究人員采用了聚合物涂層來改變其性能，在表面覆蓋一層氧化鋅納米線，然后覆蓋一層光感材料(鉛硫化物量子點)，研發(fā)出一種基于涂覆一層納米線的石墨烯薄片的新型太陽能電池。 1997年，單晶硅光伏電池效率達25％。 。單晶硅太陽電池效率達20％，％，％，％。弗里茨(Charles Fritts)開發(fā)出第一塊以硒材料為基礎(chǔ)的太陽能電池。 1978年美國建成100KW光伏電站，隨后太陽能效率不斷提高，其中1980年單晶硅太陽能電池