太阳能板多少钱一块 [不均匀光照情况下太阳能最大功率追踪算法]
摘 要： 本研究设计一种针对多峰值的最大功率追踪算法。首先通过大量光伏电池的数据模拟，发现光伏板P-I曲线具有“峰值高度以全局峰值为中心，向两侧不断递减”的重要规律，并且统计研究曲线上坡、下坡的斜率，相邻峰值间隔等多种数据，以此作为算法设计的依据。算法通过部分扫描光伏电池的输出曲线来获得全局峰值的位置，其中运用“区域扫描法”来增强扫描的精度和速度。另外对两种简单、快速的变步长P&O法进行比较，确定其适用范围并加以灵活运用。本研究设计的算法快速、有效，避免峰值的遗漏，而且具有“峰值越多，追踪越快”的特点。
关键词： 最大功率追踪；不均匀光照；光伏电池
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720018-03
A novel maximum power point tracking method under partially shaded insolation conditions
YAN Li-yang（Fudan University，Shanghai，200043）
XU Di（Purdue University, West Lafayette, IN, 47907，US）
Abstract: This research aims to design a maximum power point tracking algorithm which tracks the global maximum among multiple local maximums. The research was based on a significant number of data simulations of photovoltaic cell and the discovery that PV panels’ P-I curves obey the following rule. The values of local maxima monotonically decrease with respect to the distance from the global maximum. Moreover, statistical studies have been conducted on the slopes of the curves, distances between two local maxima, etc. Based on these observations and discoveries, the algorithm was thus designed. The algorithm obtains the location of the global maximum of a PI curve by partially scanning the curve, during which “Regional Scanning Mechanism” is adopted to enhance the precision and efficiency of the algorithm. In addition, this article compares another two simple and fast P&O algorithms, discovered their appropriate uses and applies them smoothly in real practices. The design of this algorithm also ensures reasonable time complexity, efficiency and guarantees that no maxima will be ignored. It is also equipped with an interesting property such that the more the maxima a PI curve possesses, the faster the algorithm is correspondingly.
0 引言
随着化石燃料资源的减少和环境污染的加重，太阳能发电越来越具有研究价值。光伏电池板作为太阳能的接收器，其上接收到的光照决定了能采集到的能量。根据光伏电池的伏安特性，其输出端的P-I曲线上存在一个峰值，如图1中的蓝线。这个工作点称为最大功率点（MPP）。输出曲线的形状受温度和照度影响，最大功率点会产生漂移，最大功率追踪（MPPT）的目的是使工作点始终保持在最大功率点上，无论环境怎样变化都能获得最大输出。
图1 光伏板P-I特性（光照均匀-蓝线，光照不均匀-红线）
Fig.1 P-I curve of PV panel
本文实现最大功率追踪的电路器件是DC/DC变换器。DSP对光伏电池输出端的电参数进行实时采样，并通过算法计算出合适的开关占空比D，从而调节光伏电池输出端的电压和电流，实现最大功率追踪。
P&O法是最简单的最大功率追踪算法。首先对光伏板的电压施加一个扰动△V，若由此产生的功率变化△P为正，说明扰动的方向正确，并继续施加相同的扰动。若△P为负，则改变扰动方向。
在光伏板受到不均匀光照时，P-I曲线出现了多峰值，如图1的红线。这时P&O法可能失效，曲线上只有全局峰值（最高的峰值）才是最大功率点，P&O法可能使工作点处在局部峰值上，造成功率损失。
因此，算法必须在多峰值情况下找到全局峰值。文献[1]提出了将整个P-I曲线都进行扫描的方法。此方法十分精确，但耗时太长。本研究认为，查找全局峰值时，按一定规律只扫描曲线的部分区域是提高效率的关键。
文献[4]、[7]曾提出仅扫描曲线峰值的算法。具体方法是：让工作点以一个较大的步长△a在曲线上跨越，确定一些点，然后用P&O法找到这些点附近的峰值。这种方法在某些照度情况下有不错的效果，但△a值的确定是经验性的，工作点可能一下跨越多个峰值，造成遗漏。这是曲线峰值间隔宽度不一造成的。