洪浩

【摘要】当今社会环境问题不断恶化，一次能源的储存量日益减少，新能源发电技术的发展迫在眉睫，光伏发电对解决环境和能源问题具有重要的意义。最大功率点的跟踪控制是进一步提高发电功率的关键问题。本文对光伏电池和最大功率点的跟踪控制的方法进行了介绍，利用matlab搭建了其仿真模型，根据输出特性，研究得到光照强度、温度对光伏电池的影响，对扰动观察法和电导增量法的性能进行了比较。

1.引言

可持续发展一直是科学技术的重要方向之一，随着人们对于能源利用的增长，不可再生的能源储备量已经面临枯竭的地步，寻找新的可持续发展能源得到了社会的广泛关注。光伏发电技术是一种新型发电技术，但是光伏发电的输出会受光照强度、温度等诸多因素的影响而不断变化，如何保证光伏电池的输出功率最大化，即光伏发电的最大功率点跟踪是研究光伏系统的热门话题。

本文对光伏电池的特性进行了相关研究，并利用MATLAB搭建了光伏电池的模型，获得了光伏电池的输出特性，分析了光照强度以及温度两个因素对其的影响。最后对传统光伏系统最大功率控制方法中经典的扰动观察法和电导增量法进行了比较，得出了光伏发电系统的控制特点。

2.光伏电池的输出特性仿真分析

本文通过光伏电池的输出特性进行仿真，从而能够对光伏电池的输出特性有更清晰的理解。根据相关研究可发现，光伏电池发电特性受各种外界因素所影响，其中最重要的两个因素是光照强度和温度。

（1）光照强度的影响

将仿真环境的温度设置为25℃，对应的光照强度分别设置为300 、600 、800 和1000。端口电压在0-10范围时，输出电压不变;当端口电压超过一定值以后，此时的输出电流将呈现迅速下降的趋势。在工作电压相同时，增加光照强度的数值后其对应输出电流的数值也增大，当光伏电池的电压增大时， 输出功率呈现出升高后降低的趋势，即每个曲线有最大输出功率，并且其最大功率点与光照强度正相关。

（2）温度的影响

将光照强度设置为固定值1000，温度设为60℃、25℃、15℃和5℃时，在电压和光照强度不变的情况下，改变电池板表面的温度对光伏系统的输出电流影响较小，并且随着温度升高输出电流在1A范围内呈增加的趋势，当电池板表面的温度升高时，光伏系统的最大输出功率反而降低。

因此，光伏电池作为直流非线性电源，受外界环境影响的因素较多。从分析结果来看，温度和光照强度对光伏系统的输出特性都具有一定的影响，其中光照强度对其的影响更加明显。如果能够通过MMPT方法使光伏系统的输出功率稳定在最大功率点附近处，可以提高光伏阵列的能量利用率和系统稳态性能。

3.最大功率跟踪控制方法分析

为了提高光伏系统的输出功率，需要让光伏系统的工作功率靠近最大功率点，根据外界环境的不同，可以对光伏系统的工作特性进行一定的实时调整。目前，有效的最大功率跟踪法有：扰动观察法、电导增量法等。

（1）扰动观测法仿真分析

研究扰动观测法原理可以得知，光伏电池的输出功率可以通过已知的步长电压扰动计算得出，由功率的变换可以控制光伏电池的工作点。

步长设置为0.001s，其仿真的结果如图2所示。扰动观测法在达到最大功率处仍然会不断的扰动，造成“振荡”的现象。扰动观测法第一次跟踪可达到的最大功率为254W，光照强度改变以后，功率变为151W就达到了最大功率点。

（2）电导增量法仿真分析

电导增量法是通过对 的大小进行计算实现对最大功率的跟踪。在电导增量法的具体实现中，主要依據 、 、  的成立与否，计算变化量的大小，实现最大功率点跟踪控制。

本文的步长取0.01s，在0.5s时，把光照强度从1000改为600。仿真结果如图3所示。和扰动观测法进行比较，速度有所下降，稳定性提升，并未出现“振荡”。

4.结论

本文介绍了太阳能光伏电池在电气方面的特性，并利用Matlab搭建了光伏电池仿真模型，然后得到了光伏电池的输出特性，研究了光照强度和温度对其的影响。结果表明：高照强度对于光伏系统的输出特性影响更显著。然后对传统的最大功率跟踪方法里比较常见的扰动观察法、电导增量法进行了分析，研究表明：两种方法均可找到光伏电池的最大功率点并各有优缺点。

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