光伏太阳能电池的最大功率点跟踪的研究
光伏太阳能电池的最大功率点跟踪的研究[20191223160555]
摘 要
由于全球经济的飞速发展，世界的能源结构发生了一系列变革，环境污染、资源短缺、温室效应这些问题也日益突出。并且据估计百年以后传统化石能源将被消耗殆尽。人们的目光正转向可再生能源的开发和利用。太阳能光伏发电主要是利用的太阳光照，没有原材料的限制，也没有地区的限制，只要有光照就可以发展光伏发电技术，所以具有非常好的发展前景。
光伏发电具有无污染、无噪声、安全可靠等优点，而且不会枯竭。但是也存在着能量转换率低、前期投入大，太阳能电池的输出特性易受外部环境影响的缺点,因此,为提高太阳能的利用率, 最大功率点的跟踪成了一个值得研究的问题。
在我的论文里面，主要论述了太阳能电池的工作原理以及等效电路，同时研究太阳能电池最大功率点跟踪的控制原理，分析了几种最大功率点跟踪的方法：增量电导法、恒压法、扰动观察法，最后利用Matlab建立了太阳能电池仿真的模型，采用扰动观察法实现光伏电池输出最大功率点的跟踪控制，并着重于最大功率点跟踪的方法的研究。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:光伏最大功率点MatlabResearchmaximumpowerpointtrackingphotovoltaicsolarcells
目 录
1.绪 论 1
1.1国内外光伏发电的成长现状及远景 1
1.2课题的目的及研究意义 1
1.3本课题研究的主要内容 2
2.光伏电池及其特性 3
2.1光伏电池工作原理 3
2.2光伏电池等效电路 4
2.3光伏电池输出特性的影响因素 4
2.3.1光照强度对光伏电池输出特性的影响 5
2.3.2温度对光伏电池输出特性的影响 5
3.最大功率点跟踪方法的研究 7
3.1最大功率点跟踪原理 7
3.2最大功率点跟踪方法 7
3.2.1恒压法 7
3.2.2模糊逻辑控制法 8
3.2.3电导增量法 9
3.2.4干扰观测法 9
3.3本章小结 10
4.扰动观察法的仿真和实验分析 11
4.1 MPPT控制系统仿真模型 11
4.1.1 MPPT控制系统建模 11
4.1.2 数学模型 11
4.1.3 光伏阵列 12
4.1.4 Boost电路 12
4.1.5 PWM模块 13
4.1.6 MPPT控制模块 13
4.2扰动观测法的仿真 14
4.3扰动观察法的适用对象 15
4.4 MPPT方法的选择与展望 16
4.4.1 MPPT方法的选择 16
4.4.2 MPPT方法的展望 16
5.总 结 18
5.1总结 18
5.2结语 18
参考文献 20
致 谢 21
1.绪 论
1.1国内外光伏发电的成长现状及远景
现今，在光伏发电技术这个方向处在世界前端的国家有美国、日本、德国和欧洲的一些其他发展中的国家，同时，因为能源危机，这些国家更是不断开发和研究，力求转变能源结构，大力发展光伏产业[1]。可是，国家的经济如果出现浮动，光伏发电产业的成长就会立刻受到阻碍。但仍然有愈来愈多的国家意识到光伏发电的重要性。
80年代初光伏产业在中国兴起。每年的太阳能电池的总产量稳定在千万左右，主要原因在于电池的原材料硅的价格高昂，随着社会的进步，在国家政策的支持下，我国的光伏行业在并网、离网型逆变器等方向都获得一定成果，得到了发展[1]。我国的光伏行业为中国的远离电网的地区的输电提供了大力的支持，在偏远落后地区建立了光伏的发电站，有助于环境贫困地区的资源问题，一定程度上改善了人们的日常生活。此外，政府制定了一套具体的研发光伏产业的规划。不断建设研究基地、培养全能型人才，不断扩大发展光伏产业。
太阳能是可再生能源其中之一，光伏发电也是发电体系中的重要组成部分，我国西北地区、新疆地区等一些国土，太阳能光照条件资源丰富，所以国家把光伏发电技术放到重要的位置。
1.2课题的目的及研究意义
太阳能是可再生能源，能量储量大，具有无污染、清洁等优点，所以开发和利用太阳能，会大大的减少常规能源的消耗。太阳能不单单是当今社会需要的可再生能源，它同时对于改变能源结构起着至关重要的作用。所以，大力发展太阳能具有重大意义。
随着光伏发电技术的飞速发展，其存在的能量转换率低、前期资金投入大等问题，单独的太阳能电池不能作为独立单元，主要原因是因为其输出特性非常容易受到环境的影响，导致其不能稳定的输出。它受太阳辐照强度，环境温度和负载的影响，唯独在处于最佳输出电压的时候，光伏阵列才能达到最大的输出功率。光伏电池的电压电流曲线不是线性曲线，功率也是两者乘积。当电压和电流满足一定条件时，光伏电池的输出功率达到最大值。如果光伏电池一直处在最大功率点或者其周围，那么就能得到更多的输出电能，进而提高了电池的转换效率。由于最大功率点是一直在变化的，它不会固定在某一个值，可能会随着太阳光的辐射强度以及周围环境温度等变化而移动。但光伏电池本身不能自动的跟踪最大功率点，为此就需要设计合适的控制电路来人为地加以跟踪。
1.3本课题研究的主要内容
该设计主要讲述了一些常用的最大功率点的跟踪控制方法，同时分析和比较了他们的优点及缺点。并利用数学模型和等效电路，建立仿真模型， 在MATLAB仿真软件环境下，对扰动观察法进行了仿真研究, 用仿真结果来验证了该方法的有效性。
主要内容包括：
（1）对光伏电池的等效电路进行理论分析，了解光伏电池的结构、等效电路以及表征参数，掌握光伏电池的工作原理。
（2）分析常用的几种跟踪方法（恒压法，模糊逻辑控制法，电导增量法等方法）并进行分析和比较它们的优缺点。
（3）根据数学模型和等效电路，开始建模，利用MATLAB对扰动观察法方法进行了仿真研究，通过改变温度或光照强度来观察结果。
（4）根据理论分析和实验的结果，给出结论和最大功率点跟踪控制方法的未来发展方向。
2.光伏电池及其特性
1
2.1光伏电池工作原理
光伏电池是把太阳光照的辐射能量转化成电能，其原理是光生伏特效应。太阳能电池经过阳光的照射，电池吸收光能，激发半导体内部的运动，从而产生电子-空穴对。在内建电场的作用下，电子、空穴发生了扩散，于是在电池的两端出现了电荷的累积，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”。
如果在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则会产生光生电流，获得了功率的输出。这样，光伏电池就变成了可用的电源器件。 经过总结，可以把上述工作原理分为如下三个过程：（1）光伏电池吸收一定能量的光子后，产生“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；（2）两种电性相反的载流子在pn结内建电场的作用下分开；（3）电子和空穴分别被光伏电池的正、负极所收集，并在外部电路中产生电流，进而获得电能。如图2-1所示，展示了光伏电池受光照的情况。
2.2光伏电池等效电路
（1）理想等效电路
根据上述原理，可把光伏电池看成能够稳定生成光电流IL的电流源。如图2-2所示，该理想模型说明了光伏电池受到光照后产生一定的光电流IL，其中的一部分用来抵消了P-N结的结电流ID，另外一部分则是供给负载的电流。
（2）实际等效电路
图2-3是在光照条件下光伏电池的实际等效电路。
图中RS为串联电阻；RSH为结的分路电阻。RS和RSH相比，RS为低电阻，通常都要小于1欧姆，而RSH是高电阻，一般约为几千欧姆。对于一个理想光伏电池而言，RS应该很小，而RSH则需很大。如果当做理想电路计算来时，可忽略不计。
2.3光伏电池输出特性的影响因素
光伏电池的发电效率受许多因素的影响：主要的有：（1）电池本身的问题如电池的型式（硅电池、薄膜电池、纳米电池、有机电池等等）效率从百分之几到百分之十几等。（2）受当地气象条件的影响，即有多少有效的日照时间以及总的太阳能辐射量，如卫星使用的太阳电池日照比较好，发电功率就比较多等等。（3）不同方式安装的太阳能发电效率也不同，如固定式地面电站发电功率就低于跟踪式太阳能电站的发电功率。（4）日常的维护也影响太阳能电池组件的发电效率，因为灰尘的遮挡会降低发电功率，大约减少10%。
2.3.1光照强度对光伏电池输出特性的影响
由图2-4（a）可以看出，短路电流 会随着光照强度的增强而变大，而开路电压 随着光照强度的增强有较小的变化。由图2-4（b）可以看出，光照强度的增大会导致最大功率的增大，但是电压却没有明显变化。可得出结论：当环境温度一样的情况下，不同光照强度下的光伏电池的最大功率点的电压固定的，它不随着光强的变化而变化。恒压法（CVT）是最大功率点跟踪的方法之一，它就是基于光伏电池的这一特点而提出来的。
综合图2-4（a）和2-4（b），光照强度对光伏电池的短路电流的影响较大，对电压的影响较小。
摘 要
由于全球经济的飞速发展，世界的能源结构发生了一系列变革，环境污染、资源短缺、温室效应这些问题也日益突出。并且据估计百年以后传统化石能源将被消耗殆尽。人们的目光正转向可再生能源的开发和利用。太阳能光伏发电主要是利用的太阳光照，没有原材料的限制，也没有地区的限制，只要有光照就可以发展光伏发电技术，所以具有非常好的发展前景。
光伏发电具有无污染、无噪声、安全可靠等优点，而且不会枯竭。但是也存在着能量转换率低、前期投入大，太阳能电池的输出特性易受外部环境影响的缺点,因此,为提高太阳能的利用率, 最大功率点的跟踪成了一个值得研究的问题。
在我的论文里面，主要论述了太阳能电池的工作原理以及等效电路，同时研究太阳能电池最大功率点跟踪的控制原理，分析了几种最大功率点跟踪的方法：增量电导法、恒压法、扰动观察法，最后利用Matlab建立了太阳能电池仿真的模型，采用扰动观察法实现光伏电池输出最大功率点的跟踪控制，并着重于最大功率点跟踪的方法的研究。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:光伏最大功率点MatlabResearchmaximumpowerpointtrackingphotovoltaicsolarcells
目 录
1.绪 论 1
1.1国内外光伏发电的成长现状及远景 1
1.2课题的目的及研究意义 1
1.3本课题研究的主要内容 2
2.光伏电池及其特性 3
2.1光伏电池工作原理 3
2.2光伏电池等效电路 4
2.3光伏电池输出特性的影响因素 4
2.3.1光照强度对光伏电池输出特性的影响 5
2.3.2温度对光伏电池输出特性的影响 5
3.最大功率点跟踪方法的研究 7
3.1最大功率点跟踪原理 7
3.2最大功率点跟踪方法 7
3.2.1恒压法 7
3.2.2模糊逻辑控制法 8
3.2.3电导增量法 9
3.2.4干扰观测法 9
3.3本章小结 10
4.扰动观察法的仿真和实验分析 11
4.1 MPPT控制系统仿真模型 11
4.1.1 MPPT控制系统建模 11
4.1.2 数学模型 11
4.1.3 光伏阵列 12
4.1.4 Boost电路 12
4.1.5 PWM模块 13
4.1.6 MPPT控制模块 13
4.2扰动观测法的仿真 14
4.3扰动观察法的适用对象 15
4.4 MPPT方法的选择与展望 16
4.4.1 MPPT方法的选择 16
4.4.2 MPPT方法的展望 16
5.总 结 18
5.1总结 18
5.2结语 18
参考文献 20
致 谢 21
1.绪 论
1.1国内外光伏发电的成长现状及远景
现今，在光伏发电技术这个方向处在世界前端的国家有美国、日本、德国和欧洲的一些其他发展中的国家，同时，因为能源危机，这些国家更是不断开发和研究，力求转变能源结构，大力发展光伏产业[1]。可是，国家的经济如果出现浮动，光伏发电产业的成长就会立刻受到阻碍。但仍然有愈来愈多的国家意识到光伏发电的重要性。
80年代初光伏产业在中国兴起。每年的太阳能电池的总产量稳定在千万左右，主要原因在于电池的原材料硅的价格高昂，随着社会的进步，在国家政策的支持下，我国的光伏行业在并网、离网型逆变器等方向都获得一定成果，得到了发展[1]。我国的光伏行业为中国的远离电网的地区的输电提供了大力的支持，在偏远落后地区建立了光伏的发电站，有助于环境贫困地区的资源问题，一定程度上改善了人们的日常生活。此外，政府制定了一套具体的研发光伏产业的规划。不断建设研究基地、培养全能型人才，不断扩大发展光伏产业。
太阳能是可再生能源其中之一，光伏发电也是发电体系中的重要组成部分，我国西北地区、新疆地区等一些国土，太阳能光照条件资源丰富，所以国家把光伏发电技术放到重要的位置。
1.2课题的目的及研究意义
太阳能是可再生能源，能量储量大，具有无污染、清洁等优点，所以开发和利用太阳能，会大大的减少常规能源的消耗。太阳能不单单是当今社会需要的可再生能源，它同时对于改变能源结构起着至关重要的作用。所以，大力发展太阳能具有重大意义。
随着光伏发电技术的飞速发展，其存在的能量转换率低、前期资金投入大等问题，单独的太阳能电池不能作为独立单元，主要原因是因为其输出特性非常容易受到环境的影响，导致其不能稳定的输出。它受太阳辐照强度，环境温度和负载的影响，唯独在处于最佳输出电压的时候，光伏阵列才能达到最大的输出功率。光伏电池的电压电流曲线不是线性曲线，功率也是两者乘积。当电压和电流满足一定条件时，光伏电池的输出功率达到最大值。如果光伏电池一直处在最大功率点或者其周围，那么就能得到更多的输出电能，进而提高了电池的转换效率。由于最大功率点是一直在变化的，它不会固定在某一个值，可能会随着太阳光的辐射强度以及周围环境温度等变化而移动。但光伏电池本身不能自动的跟踪最大功率点，为此就需要设计合适的控制电路来人为地加以跟踪。
1.3本课题研究的主要内容
该设计主要讲述了一些常用的最大功率点的跟踪控制方法，同时分析和比较了他们的优点及缺点。并利用数学模型和等效电路，建立仿真模型， 在MATLAB仿真软件环境下，对扰动观察法进行了仿真研究, 用仿真结果来验证了该方法的有效性。
主要内容包括：
（1）对光伏电池的等效电路进行理论分析，了解光伏电池的结构、等效电路以及表征参数，掌握光伏电池的工作原理。
（2）分析常用的几种跟踪方法（恒压法，模糊逻辑控制法，电导增量法等方法）并进行分析和比较它们的优缺点。
（3）根据数学模型和等效电路，开始建模，利用MATLAB对扰动观察法方法进行了仿真研究，通过改变温度或光照强度来观察结果。
（4）根据理论分析和实验的结果，给出结论和最大功率点跟踪控制方法的未来发展方向。
2.光伏电池及其特性
1
2.1光伏电池工作原理
光伏电池是把太阳光照的辐射能量转化成电能，其原理是光生伏特效应。太阳能电池经过阳光的照射，电池吸收光能，激发半导体内部的运动，从而产生电子-空穴对。在内建电场的作用下，电子、空穴发生了扩散，于是在电池的两端出现了电荷的累积，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”。
如果在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则会产生光生电流，获得了功率的输出。这样，光伏电池就变成了可用的电源器件。 经过总结，可以把上述工作原理分为如下三个过程：（1）光伏电池吸收一定能量的光子后，产生“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；（2）两种电性相反的载流子在pn结内建电场的作用下分开；（3）电子和空穴分别被光伏电池的正、负极所收集，并在外部电路中产生电流，进而获得电能。如图2-1所示，展示了光伏电池受光照的情况。
2.2光伏电池等效电路
（1）理想等效电路
根据上述原理，可把光伏电池看成能够稳定生成光电流IL的电流源。如图2-2所示，该理想模型说明了光伏电池受到光照后产生一定的光电流IL，其中的一部分用来抵消了P-N结的结电流ID，另外一部分则是供给负载的电流。
（2）实际等效电路
图2-3是在光照条件下光伏电池的实际等效电路。
图中RS为串联电阻；RSH为结的分路电阻。RS和RSH相比，RS为低电阻，通常都要小于1欧姆，而RSH是高电阻，一般约为几千欧姆。对于一个理想光伏电池而言，RS应该很小，而RSH则需很大。如果当做理想电路计算来时，可忽略不计。
2.3光伏电池输出特性的影响因素
光伏电池的发电效率受许多因素的影响：主要的有：（1）电池本身的问题如电池的型式（硅电池、薄膜电池、纳米电池、有机电池等等）效率从百分之几到百分之十几等。（2）受当地气象条件的影响，即有多少有效的日照时间以及总的太阳能辐射量，如卫星使用的太阳电池日照比较好，发电功率就比较多等等。（3）不同方式安装的太阳能发电效率也不同，如固定式地面电站发电功率就低于跟踪式太阳能电站的发电功率。（4）日常的维护也影响太阳能电池组件的发电效率，因为灰尘的遮挡会降低发电功率，大约减少10%。
2.3.1光照强度对光伏电池输出特性的影响
由图2-4（a）可以看出，短路电流 会随着光照强度的增强而变大，而开路电压 随着光照强度的增强有较小的变化。由图2-4（b）可以看出，光照强度的增大会导致最大功率的增大，但是电压却没有明显变化。可得出结论：当环境温度一样的情况下，不同光照强度下的光伏电池的最大功率点的电压固定的，它不随着光强的变化而变化。恒压法（CVT）是最大功率点跟踪的方法之一，它就是基于光伏电池的这一特点而提出来的。
综合图2-4（a）和2-4（b），光照强度对光伏电池的短路电流的影响较大，对电压的影响较小。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/gdxx/414.html
