光伏发电系统的最大功率跟踪控制
摘 要由于世界性的能源紧缺以及环境污染问题，人们对洁净能源的需求越发迫切，太阳能由于其无污染，可再生，不会衰竭等特点受到了世界的关注，太阳能发电的发展对缓解世界能源危机起到了极大的作用。本文首先介绍了太阳能发电的优缺点，世界上的太阳能发展进程，以及国内外的光伏发电的发展状况，然后简略介绍了一下家用光伏的申请需求与需要考虑的问题和中国的部分光伏企业。之后介绍了什么是光伏电池以及光伏电池的工作原理主要是光生伏特效应，并且对光伏电池进行了matlab simulink仿真。确定了在光伏电池的光生电流大小不变时，负载等效电阻与内部串联电阻的关系。这个关系为当负载等效电阻等于内部串联电阻时，其输出功率有最大值。然后分析了光照强度，温度以及线路损耗对光伏电池的输出功率的影响，介绍了恒定电压法，电导增量法，扰动观察法，模糊控制法等几种常见的MPPT控制控制算法，并分析了升压斩波器，降压斩波器，升降压斩波器等几种常见的DC/DC变换器，最后选取了扰动观察法与升压斩波器相结合来进行matlab simulink仿真，并根据仿真结果确定了扰动观察法具有使输出功率处于最大功率处的作用。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 IV
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2本课题的意义 1
1.3太阳能发电的优缺点 1
1.3.1优点: 1
1.3.2缺点： 2
第二章 光伏产业发展状况 3
2.1光伏发电的发展史及中国的光伏发电发展史 3
2.2世界及中国光伏产业发展现状 4
2.3屋顶光伏发电个人申请及家用 6
2.4光伏企业介绍 7
第三章 光伏电池的仿真 9
3.1什么是光伏电池 9
3.2光伏电池工作原理 9
3.3光伏电池的数学模型 10
3.4光伏电池的仿真模型： 12
3.4.1 MATLAB SIMULINK介绍： 12
3.4.2光伏电池的仿真模型搭建： 12
第四章 光伏电池的最大功率输出控制 16
4.1影响功率输出的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
因素 16
4.2光伏发电最大功率输出的MPPT控制方法 18
4.2.1、恒定电压法 19
4.2.2、电导增量法 20
4.2.3、扰动观察法 20
4.2.4、模糊控制法 21
4.3扰动观察法下的仿真模型 22
第五章 结论 30
致谢 31
第六章 参考文献 32
第一章 绪论
1.1课题背景
在石油煤炭为主导能源的情况下，近年来，全球的能源使用越发变得紧缺，各种大气污染亦是越发的严重，石油，煤炭，天然气等传统能源由于其不可再生性使得人们更加迫切地加深了对新型能源的渴求。
随着人们的生活水平的日益提升，人们逐渐意识到石油，煤炭等能源在使用过程中会排放出大量二氧化碳，二氧化碳是温室气体，因此会直接或间接的导致全球气候变暖。另一方面，我国主体能源依旧是煤炭，而煤炭燃烧的过程中会产生大量的二氧化硫和氮氧化物以及污染环境的颗粒物。从而使得各大城市的PM2.5，PM10超标，空气污染加重。因此人们越发的迫切的意识到不能一而再，再而三的使用煤炭和石油等能源了。
为了缓解因一次能源衰竭和污染物排放而带来的环境污染问题，人类开发了许多新型发电形式，比如水电，风电，太阳能发电等。但是终归到底，这些能源都是来自于太阳的，不管是从可持续的发展来说，还是从能源的干净与否来看，太阳能都是最值得人们发展的能源，也是大家公认的最理想能源。
1.2本课题的意义
随着国民经济的发展，能源的消耗越来越大，能源在中国的地位显得愈发突出。我国地域辽阔，太阳能资源丰富，光伏发电产业前景十分光明，而光伏发电的功率输出一直受到光照强度，温度等条件影响，从而使输出功率大小不能处于最大处。本课题对提高光伏发电的最大功率输出做出了分析，并确认了在一定的控制下，使得电池组具有最大功率输出，从而大大提高发电的效率。
1.3太阳能发电的优缺点
1.3.1优点:
1、一方面，太阳能的能量来自于太阳，是不会衰竭的，在一秒钟是时间里，地球的整个地表所收到的太阳辐射的能量，足够整个地球用电3分钟。如果在地球的一些不适合人类生存的区域安装上光伏发电装置，那么光伏装置产生的电能就足够整个地球的电力消费了。另一方面，太阳能发电是不会受到能源市场的支配的，因为它来自于太阳，所以是安全的，可靠的能源。
2、太阳能不像其他能源例如水电，潮汐能等受到环境的限制，减少了因长距离的电能输送而造成的电能线路损耗；
3、太阳能如果发展成熟，只需要最初的设施投入，不需要因产能而消耗其他的不可再生能源；
4、太阳能发电的装置不需要一直操控，可以自动运行，减少了维护的人力资源及精力；
5、太阳能发电不像核能或者火电站一样会产生对环境有危害的污染气体或者有毒物质，是干净的，理想的能源；
6、太阳能发电系统建立比较容易，且可以根据需电的量来建立合适的大小的太阳能发电装置，避免发生发电量过多而不能得到合理使用，造成能源过剩，因而浪费电能的情况。
1.3.2缺点：
1、天气情况及外部条件对太阳能发电的影响比较大，在一些雨天还有清晨与傍晚和晚上，太阳能发电装置的发电量都会受到很大影响，从而不能稳定的产生电能；
2、 太阳能发电装置的发电量和受太阳辐射面积呈正比例关系，当太阳能发电装置的面积较小时，发电量就会很小，因此想要发出足够多的能源，就需要大面积的受射板，从而造成大量的土地被占用；
3、产生单位电能的投资相对火电，水电等显得昂贵，或许是发展的还不成熟，成本太高了；
4、太阳能发电装置的储能设备由于技术问题需要经常更换，因此成本显得比较高。
第二章 光伏产业发展状况
2.1光伏发电的发展史及中国的光伏发电发展史
光伏发电是利用具有光敏特性的原件，例如硒，硫化镉，单晶硅，多晶硅，等来进行将光能转化为电能的一种发电模式。太阳能电池由大量的光伏半导体串联而成，形成了大面积的收光照区域，从而产生光生电能。
太阳能电池的发展，最早应该要追溯到十八世纪三十年代末被发现的光生伏特效应了，尽管对象是液体，但是因为其具有光生伏特效应，所以对光伏电池的发展还是起到了里程碑的作用。 而且直到现在，光伏电池所依据的原理依旧是光生伏特效应。自然而然，光伏电池的内部构造亦是不会有太大改变。
一八八七年，德国物理学家赫兹发现光电效应。爱因斯坦是德国著名的物理学家，他的广义相对论以及狭义相对论为世人所熟知，但是让不少人所不知的是，爱因斯坦获得的诺贝尔物理学奖却不是靠这个领域的。爱因斯坦于1905年提出光子假设，成功解释了光电效应，并且于1921年获得诺贝尔物理学奖。爱因斯坦提出的光子的量子性不但解释了光电效应这个现象，还大大的推动了量子力学的发展。
而当今世界上的主流光伏发电是单晶硅，在硅上的光伏效应的发展要追溯到1941年，由奥尔发现。世界上首片太阳能光伏电池由Hoffman电子于一九五五年发售，售价二十五美元一片。之后，世界上，尤其是美国，及欧洲各国均加大了对光伏电池上的投入。光伏产业的发展得到了极大的提高。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 IV
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2本课题的意义 1
1.3太阳能发电的优缺点 1
1.3.1优点: 1
1.3.2缺点： 2
第二章 光伏产业发展状况 3
2.1光伏发电的发展史及中国的光伏发电发展史 3
2.2世界及中国光伏产业发展现状 4
2.3屋顶光伏发电个人申请及家用 6
2.4光伏企业介绍 7
第三章 光伏电池的仿真 9
3.1什么是光伏电池 9
3.2光伏电池工作原理 9
3.3光伏电池的数学模型 10
3.4光伏电池的仿真模型： 12
3.4.1 MATLAB SIMULINK介绍： 12
3.4.2光伏电池的仿真模型搭建： 12
第四章 光伏电池的最大功率输出控制 16
4.1影响功率输出的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
因素 16
4.2光伏发电最大功率输出的MPPT控制方法 18
4.2.1、恒定电压法 19
4.2.2、电导增量法 20
4.2.3、扰动观察法 20
4.2.4、模糊控制法 21
4.3扰动观察法下的仿真模型 22
第五章 结论 30
致谢 31
第六章 参考文献 32
第一章 绪论
1.1课题背景
在石油煤炭为主导能源的情况下，近年来，全球的能源使用越发变得紧缺，各种大气污染亦是越发的严重，石油，煤炭，天然气等传统能源由于其不可再生性使得人们更加迫切地加深了对新型能源的渴求。
随着人们的生活水平的日益提升，人们逐渐意识到石油，煤炭等能源在使用过程中会排放出大量二氧化碳，二氧化碳是温室气体，因此会直接或间接的导致全球气候变暖。另一方面，我国主体能源依旧是煤炭，而煤炭燃烧的过程中会产生大量的二氧化硫和氮氧化物以及污染环境的颗粒物。从而使得各大城市的PM2.5，PM10超标，空气污染加重。因此人们越发的迫切的意识到不能一而再，再而三的使用煤炭和石油等能源了。
为了缓解因一次能源衰竭和污染物排放而带来的环境污染问题，人类开发了许多新型发电形式，比如水电，风电，太阳能发电等。但是终归到底，这些能源都是来自于太阳的，不管是从可持续的发展来说，还是从能源的干净与否来看，太阳能都是最值得人们发展的能源，也是大家公认的最理想能源。
1.2本课题的意义
随着国民经济的发展，能源的消耗越来越大，能源在中国的地位显得愈发突出。我国地域辽阔，太阳能资源丰富，光伏发电产业前景十分光明，而光伏发电的功率输出一直受到光照强度，温度等条件影响，从而使输出功率大小不能处于最大处。本课题对提高光伏发电的最大功率输出做出了分析，并确认了在一定的控制下，使得电池组具有最大功率输出，从而大大提高发电的效率。
1.3太阳能发电的优缺点
1.3.1优点:
1、一方面，太阳能的能量来自于太阳，是不会衰竭的，在一秒钟是时间里，地球的整个地表所收到的太阳辐射的能量，足够整个地球用电3分钟。如果在地球的一些不适合人类生存的区域安装上光伏发电装置，那么光伏装置产生的电能就足够整个地球的电力消费了。另一方面，太阳能发电是不会受到能源市场的支配的，因为它来自于太阳，所以是安全的，可靠的能源。
2、太阳能不像其他能源例如水电，潮汐能等受到环境的限制，减少了因长距离的电能输送而造成的电能线路损耗；
3、太阳能如果发展成熟，只需要最初的设施投入，不需要因产能而消耗其他的不可再生能源；
4、太阳能发电的装置不需要一直操控，可以自动运行，减少了维护的人力资源及精力；
5、太阳能发电不像核能或者火电站一样会产生对环境有危害的污染气体或者有毒物质，是干净的，理想的能源；
6、太阳能发电系统建立比较容易，且可以根据需电的量来建立合适的大小的太阳能发电装置，避免发生发电量过多而不能得到合理使用，造成能源过剩，因而浪费电能的情况。
1.3.2缺点：
1、天气情况及外部条件对太阳能发电的影响比较大，在一些雨天还有清晨与傍晚和晚上，太阳能发电装置的发电量都会受到很大影响，从而不能稳定的产生电能；
2、 太阳能发电装置的发电量和受太阳辐射面积呈正比例关系，当太阳能发电装置的面积较小时，发电量就会很小，因此想要发出足够多的能源，就需要大面积的受射板，从而造成大量的土地被占用；
3、产生单位电能的投资相对火电，水电等显得昂贵，或许是发展的还不成熟，成本太高了；
4、太阳能发电装置的储能设备由于技术问题需要经常更换，因此成本显得比较高。
第二章 光伏产业发展状况
2.1光伏发电的发展史及中国的光伏发电发展史
光伏发电是利用具有光敏特性的原件，例如硒，硫化镉，单晶硅，多晶硅，等来进行将光能转化为电能的一种发电模式。太阳能电池由大量的光伏半导体串联而成，形成了大面积的收光照区域，从而产生光生电能。
太阳能电池的发展，最早应该要追溯到十八世纪三十年代末被发现的光生伏特效应了，尽管对象是液体，但是因为其具有光生伏特效应，所以对光伏电池的发展还是起到了里程碑的作用。 而且直到现在，光伏电池所依据的原理依旧是光生伏特效应。自然而然，光伏电池的内部构造亦是不会有太大改变。
一八八七年，德国物理学家赫兹发现光电效应。爱因斯坦是德国著名的物理学家，他的广义相对论以及狭义相对论为世人所熟知，但是让不少人所不知的是，爱因斯坦获得的诺贝尔物理学奖却不是靠这个领域的。爱因斯坦于1905年提出光子假设，成功解释了光电效应，并且于1921年获得诺贝尔物理学奖。爱因斯坦提出的光子的量子性不但解释了光电效应这个现象，还大大的推动了量子力学的发展。
而当今世界上的主流光伏发电是单晶硅，在硅上的光伏效应的发展要追溯到1941年，由奥尔发现。世界上首片太阳能光伏电池由Hoffman电子于一九五五年发售，售价二十五美元一片。之后，世界上，尤其是美国，及欧洲各国均加大了对光伏电池上的投入。光伏产业的发展得到了极大的提高。
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