太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置和跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體地，涉及一種太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置和跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電技術(shù)是新能源領(lǐng)域的一個(gè)重要研宄方向。由于光伏電池的輸出電壓和輸出電流隨著太陽輻照度和電池結(jié)溫的變化而具有強(qiáng)烈的非線性，因此，光伏電池在特定的工作環(huán)境下存在著唯一的最大功率輸出點(diǎn)。為了盡可能地利用太陽能，所有光伏系統(tǒng)都希望光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)上，因此，太陽能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum PowerPoint Tracking，MPPT)是非常有意義的。
[0003]在驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作時(shí)，太陽能電池在某一光照條件下的功率隨輸出電壓的變化如圖1所示、輸出電流隨輸出電壓的變化如圖2所示。可見，在輸出電壓從開路電壓(太陽能電池?zé)o負(fù)載時(shí)的電壓)VO逐漸下降時(shí)，太陽能電池的功率在輸出電壓V2處達(dá)到最大功率Pmax，太陽能電池的輸出電流隨著輸出電壓的減小而逐漸增大，并且輸出電流最初迅速增加并之后緩慢增加。
[0004]基于太陽能電池的上述伏安特性，在現(xiàn)有的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)中，一般是直接尋找太陽能電池輸出功率的最大值，即通過控制逆變器的開關(guān)管的占空比來逐漸增加太陽能電池的輸出電流，使得太陽能電池的輸出電壓從開路電壓VO開始逐漸下降并朝V2逼近，同時(shí)檢查太陽能電池的輸出功率P是否增加，如果增加則繼續(xù)增大逆變器的開關(guān)管的占空比，直到太陽能電池的輸出功率達(dá)到最大功率Pmax為止。但是，由于在大于V2到接近V2的這段曲線(如圖1中的Vl和V2之間的曲線段)的斜率比較平滑，而且功率檢測(cè)中存在誤差，所以在按照上述方法計(jì)算最大功率點(diǎn)時(shí)，往往很難跟蹤到真正的最大功率點(diǎn)，通常計(jì)算到的最大功率點(diǎn)都比實(shí)際的最大功率點(diǎn)要小，例如，采用上述方法，通常會(huì)將輸出電壓Vl所對(duì)應(yīng)的功率Pl計(jì)算為最大功率值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置和跟蹤方法，其能夠容易地跟蹤到真正的最大功率點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置，該跟蹤裝置包括:逆變器，用于將太陽能電池的輸出電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)載所需的電壓；最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元，用于逐漸改變所述逆變器中的開關(guān)管的占空比以使所述太陽能電池的輸出電壓從所述太陽能電池的開路電壓VO開始逐漸減小，在所述太陽能電池的輸出電壓低于或等于預(yù)設(shè)電壓值V3的情況下，則反向逐漸改變所述逆變器中的開關(guān)管的占空比，并在所述太陽能電池的當(dāng)前輸出功率小于所述太陽能電池的前一輸出功率的情況下，確定所述太陽能電池的前一輸出功率為所述太陽能電池的最大功率，其中所述預(yù)設(shè)電壓值V3小于所述太陽能電池的最大功率所對(duì)應(yīng)的太陽能電池的輸出電壓V2。
[0007]本發(fā)明還提供一種太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法，該跟蹤方法包括:逐漸改變逆變器中的開關(guān)管的占空比以使太陽能電池的輸出電壓從所述太陽能電池的開路電壓VO開始逐漸減小；在所述太陽能電池的輸出電壓低于或等于預(yù)設(shè)電壓值V3的情況下，則反向逐漸改變所述逆變器中的開關(guān)管的占空比，并在所述太陽能電池的當(dāng)前輸出功率小于所述太陽能電池的前一輸出功率的情況下，確定所述太陽能電池的前一輸出功率為所述太陽能電池的最大功率；其中所述預(yù)設(shè)電壓值V3小于所述太陽能電池的最大功率所對(duì)應(yīng)的太陽能電池的輸出電壓V2。
[0008]從圖1所示的P-V曲線可知，相比于太陽能電池的輸出電壓從輸出電壓Vl降低至最大功率Pmax所對(duì)應(yīng)的輸出電壓V2期間太陽能電池的輸出功率隨輸出電壓的變化曲線而言，在太陽能電池的輸出電壓從V3升高到最大功率Pmax對(duì)應(yīng)的輸出電壓V2期間，太陽能電池的輸出功率隨輸出電壓的變化曲線更陡。因此，根據(jù)本發(fā)明的跟蹤裝置和跟蹤方法與現(xiàn)有技術(shù)中的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的不同點(diǎn)在于分兩步控制來尋找太陽能電池的最大輸出功率，也即先將太陽能電池的輸出電壓從開路電路VO減小至小于最大功率Pmax所對(duì)應(yīng)的輸出電壓V2、然后使輸出電壓從小于V2的電壓值(例如圖1中的V3電壓值)開始逐漸增加來跟蹤最大功率，從而能夠很容易地跟蹤到真正的最大功率值。
[0009]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0010]附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0011]圖1是太陽能電池的輸出功率隨輸出電壓的變化曲線；
[0012]圖2是太陽能電池的輸出電流隨輸出電壓的變化曲線；
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置的示意框圖；
[0014]圖4是采用現(xiàn)有技術(shù)方案和本發(fā)明的技術(shù)方案時(shí)太陽能電池的輸出電壓隨時(shí)間的變化曲線；
[0015]圖5是采用現(xiàn)有技術(shù)方案和本發(fā)明的技術(shù)方案時(shí)太陽能電池的輸出功率隨時(shí)間的變化曲線；
[0016]圖6是采用現(xiàn)有技術(shù)方案和本發(fā)明的技術(shù)方案時(shí)太陽能電池的輸出電流隨時(shí)間的變化曲線；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法的流程圖；以及
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法的另一流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0020]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置I可以包括逆變器10和最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元20。逆變器10用于將太陽能電池40的輸出電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)載30所需的電壓。最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元20則用于:逐漸改變所述逆變器10中的開關(guān)管的占空比以使所述太陽能電池40的輸出電壓從所述太陽能電池40的開路電壓VO開始逐漸減?。辉谒鎏柲茈姵?0的輸出電壓低于或等于預(yù)設(shè)電壓值V3的情況下，則反向逐漸改變所述逆變器10中的開關(guān)管的占空比，并在所述太陽能電池40的當(dāng)前輸出功率小于所述太陽能電池40的前一輸出功率的情況下，確定所述太陽能電池40的前一輸出功率為所述太陽能電池40的最大功率，其中所述預(yù)設(shè)電壓值V3小于所述太陽能電池40的最大功率所對(duì)應(yīng)的太陽能電池40的輸出電壓V2。
[0021]優(yōu)選地，最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元20的跟蹤控制過程可以如下:(I)逐漸改變逆變器10中的開關(guān)管的占空比以使太陽能電池40的輸出電壓從太陽能電池40的開路電壓VO開始逐漸減?。?2)測(cè)量太陽能電池40的輸出電壓，并將所測(cè)量的太陽能電池40的輸出電壓與預(yù)設(shè)電壓值V3進(jìn)行比較；(3)若所測(cè)量的太陽能電池40的輸出電壓低于或等于預(yù)設(shè)電壓值V3，則反向逐漸改變逆變器10中的開關(guān)管的占空比，測(cè)量太陽能電池40的輸出電壓和輸出電流以得到太陽能電池40的輸出功率并將太陽能電池40的當(dāng)前輸出功率與太陽能電池40的前一輸出功率進(jìn)行比較；以及⑷如果太陽能電池40的當(dāng)前輸出功率大于太陽能電池40的前一輸出功率則繼續(xù)反向改變開關(guān)管的占空比，如果太陽能電池40的當(dāng)前輸出功率小于太陽能電池40的前一輸出功率則確定太陽能電池40的前一輸出功率為太陽能電池的最大功率。
[0022]按照太陽能電池的特性，太陽能電池的最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的太陽能電池輸出電壓一般位于太陽能電池的開路電壓VO (即太陽能電池40無負(fù)載30時(shí)的輸出電壓)的80±5%的范圍內(nèi)。因此，可以依據(jù)太陽能電池的這一特性或者參考太陽能電池的技術(shù)規(guī)格書，將預(yù)設(shè)電壓值V3設(shè)置在太陽能電池40的開路電壓VO的50% -75%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，可以將預(yù)設(shè)電壓值V3設(shè)置在太陽能電池40的開路電壓VO的60% -70%的范圍內(nèi)。
[0023]下面結(jié)合附圖4-6來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置相比于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
[0024]改變逆變器10中的開關(guān)管的占空比，能夠相應(yīng)地改變太陽能電池40的輸出電壓和輸出電流，進(jìn)而能夠改變太陽能電池40的輸出功率。圖4示出了隨著時(shí)間逐漸改變逆變器10中的開關(guān)管的占空比導(dǎo)致的太陽能電池40的輸出電壓隨著時(shí)間的變化，其中，曲線A是采用根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤裝置I時(shí)得到的太陽能電池40的輸出電壓隨時(shí)間的變化曲線，曲線B是采用現(xiàn)有技術(shù)時(shí)得到的太陽能電池40的輸出電壓隨時(shí)間的變化曲線?？梢姡诂F(xiàn)有技術(shù)中，在太陽能電池40的輸出電壓從開路電壓VO下降至?xí)r刻TO所對(duì)應(yīng)的Vl之后，繼續(xù)改變逆變器10中的開關(guān)管的占空比會(huì)使得太陽能電池40的輸出電壓在值Vl上下波動(dòng)；而在根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案中，則是通過改變逆變器10中的開關(guān)管的占空比來先使得太陽能電池40的輸出電壓在T3時(shí)刻下降至V3 (其小于最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓V2)、并然后從V3逐漸上升至輸出電壓V2 (在T4時(shí)刻)。
[0025]圖5示出了太陽能電池40的輸出功率隨時(shí)間的變化曲線，曲線A是采用本發(fā)明的技術(shù)方案得到的曲線，曲線B是采用現(xiàn)有技術(shù)得到的曲線?？梢姡诓捎矛F(xiàn)有技術(shù)方案時(shí)，首先MPPT控制單元逐漸增大逆變器中的開關(guān)管的占空比、檢測(cè)太陽能電池的輸出功率并將當(dāng)前的太陽能電池輸出功率與前一輸出功率進(jìn)行比較，若當(dāng)前的輸出功率大于前一輸出功率則繼續(xù)增大開關(guān)管的占空比，若當(dāng)前的輸出功率小于前一輸出功率則減小開關(guān)管的占空比，直到輸出功率達(dá)到最大值，這樣，在輸出功率在Tl時(shí)刻達(dá)到Pl值之后會(huì)波動(dòng)變化，從而會(huì)