前言

  最近一段时间一直在做光伏MPPT算法，但由于项目保密原因，不能将过多内容展示给大家，只能做简要的介绍，具体调试过程比较复杂，以后从事相关工作的工程师自己慢慢体会。

1. 光伏电池的分类

1.1 按照电池结构分类

  (1)同质结光伏电池，相同的半导体材料掺杂少量杂质构成的PN结太阳能光伏电池；
  (2)异质结光伏电池，在两种不同禁带宽度半导体材料相接面上构成PN结的太阳能光伏电池；
  (3)薄膜光伏电池，采用薄膜技术将很薄的光电半导体材料铺设在非半导体衬底上构成的太阳能光伏电池；
  (4)叠层光伏电池，光子吸收能力不同的两种半导体材料叠在一起构成的太阳能光伏电池等等。

1.2 按照电池材料分类:

  (1)非晶硅光伏电池，采用内部原子排列“短程有序而长程无序”的非晶硅材料制成，主要被制成薄膜电池形式；
  (2)晶体硅光伏电池，包括单晶硅和多晶硅光伏电池；
  (3)化合物光伏电池，主要包括碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)、硫化镉光伏电池；
  (4)有机光伏电池，由有机光电高分子材料构成的光伏电池。

2. 光伏电池模型及光伏特性曲线

2.1 光伏电池模型

  光伏电池的物理模型如图所示：

  根据物理模型得到的简化数学模型：

2.2 光伏特性曲线

  由上一节关系式可以得到光伏特性曲线，左图为不同光照强度下电流随电压变化的图形，右图为功率随电压变化的图形：

  从光伏特性曲线可以看出，光伏电池电流与电压的关系与传统的储能电池完全不同，电流随着电压的增大而减小，通过电流与电压的乘积可以得到功率随电压变化的曲线，功率随电压的增大先增大后减小，因此存在一个最大功率点，为了使光伏电池效率最高，我们希望光伏电池始终工作在最大功率点。因此光伏电池的最大功率追踪算法（MPPT）的研究就变得十分重要。

3. 影响光伏电池输出特性曲线的两个主要因素

3.1 光照的影响

3.1.1 光照对I-V曲线的影响

  如图是相同温度下得到的不同光照强度下的I-V曲线，从图中可以看出随着光照强度的增加，I-V 特性曲线向上移动。当辐照度和电池温度确定时，太阳能电池I-V 特性曲线在其运行区间[0,Voc]内始终呈现凸形且严格递减（Voc为开路电压）。

3.1.2 光照对P-V曲线的影响

  如图是相同温度下得到的不同光照强度下的P-V曲线，从图中可以看出随着光照强度的增加，P-V 特性曲线向上移动，且最大功率点向右上方移动。
  从图中还可以看出，P-V 曲线的斜率在太阳能电池运行区间[0,Voc]内严格递减，在左端点处斜率大于0；在右端点处斜率小于0，必然存在一个唯一的极值点V=Vm 使得P-V 曲线在该点处斜率等于0。因此太阳能电池P-V 曲线在区间[0, Vm]内严格递增，在[Vm, Voc]区间内严格递减，在V=Vm处输出功率达到最大值。

3.1.3 光照对P-I曲线的影响

  如图是相同温度下得到的不同光照强度下的P-I曲线，从图中可以看出随着光照强度的增加，对应的最大功率随之增大，同时P-I特性曲线向右上方移动。当辐照度和电池温度确定时，太阳能电池P-I 特性曲线在其运行区间[0,Isc]内先增大后减小(Isc为短路电流)，输出功率存在最大值，称为最大功率点，P-I曲线在该点的斜率 dP/dI为0。

3.2 温度的影响

3.2.1 温度对I-V曲线的影响

  如图是相同光照强度下得到的不同光温度下的I-V曲线，从图中可以看出随着温度的增加，I-V 特性曲线的短路电流不断增加，开路电压不断减小。同样的当辐照度和电池温度确定时，太阳能电池I-V 特性曲线在其运行区间[0,Voc]内始终呈现凸形且严格递减（Voc为开路电压）。

3.2.2 温度对P-V曲线的影响

  如图是相同光照强度下得到的不同温度下的P-V曲线，从图中可以看出随着温度的增加，对应的最大功率随之减小，开路电压也随之减小，同时P-V特性曲线向左下方移动。

3.2.3 温度对I-V曲线的影响

  如图是相同光照强度下得到的不同温度下的P-I曲线，从图中可以看出随着温度的增加，对应的最大功率随之减小，而短路电流随之增大，同时P-I特性曲线向右下方移动。太阳能电池P-I特性曲线在[Isc内先增大后减小，输出功率存在最大值。

4. 光伏MPPT算法

4.1 扰动观察法（控电压）

  以下是扰动观察法的控制框图：

  扰动观察法根据当前时刻的功率与上一时刻的功率作比较，比较的结果作为电压调节的依据，原理上非常简单。但是我们不得不考虑以下问题:
  （1）电压调节步长的选取:在同一条光伏曲线上，应如何选取调节步长？在不同的功率-电压曲线上如何选取步长？选取的步长是否可以达到稳态与动态的要求？
  （2）功率判断区间的选取：例如功率差很大我们要进行的操作与功率差很小要进行的操作会一样吗？
  （3）我们的采样不准又怎么办？我们认为我们计算的功率计算没问题才对电压进行调节，加入我们的电压电流都不准确那调节会准吗？
  不要小看扰动观察法的原理简单，调节起来有很多问题要考虑，记住原理只是原理，并不是最终产品。

4.2 电导增量法（控电压）

  电导增量法的控制依据就是如下三个公式：

  电导增量法（控电流）控制框图如下：

  通过公式可以知道，满足公式第一条即视为运行在最大功率点，但实际的稳态也只能是小范围的增减，始终无法保持。光照在变化，光伏曲线也在变化，电导增量法的也就是对这种扰动实时进行追踪，从而追踪最大功率。同样的电导增量法也存在很多问题。
  （1）电压步长的选取，类比扰动观察法；
  （2）判断区间，不同的判断区间调节步长的设定；
  （3）采样不准等等。

4.3 电导增量法（控电流）

  电导增量法的控制依据就是如下三个公式：

  无论是控电压还是控电流，依据的公式是相同的，只是一个调节电压，一个调节电流而已，需要注意的问题也很类似。实际调试的时候慢慢体会。
  电导增量法（控电压）控制框图如下：

4.4 其它MPPT改进算法

  在这里不列举其它方法，但好多方法是基于光伏电池的精准建模，使得系统直接运行在最大功率点。但在实际工程中，同一个变换器会接不同的光伏电池，建模真的能针对每一块电池亦或是每一类电池吗？不同的生产厂家生产的电池有所不同，甚至同一厂家的不同批次也会有所不同，基于精准电池模型的MPPT算法在实际电源中个人认为不容易采用。