一种太阳能电池最大功率点跟踪方法技术

一种太阳能电池最大功率点跟踪方法，通过将太阳能电池输出特性功率/电压曲线1最大功率点处附近部分曲线近似成抛物线2，利用该部分曲线上三组功率/电压数据3、4和5求解抛物线方程，抛物线方程的极值点6即为太阳能电池输出的最大功率点7。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
太阳能光伏发电具有无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭等优点，且除阳光外无需生产材料，是一种具有广阔前景的绿色能源，在未来系统中占有重要的地位。太阳能电池输出功率与光照、环温和负载情况有关，并且在一定的在光照、环温和负载情况下存在唯一的最大功·率点(MPP)。为了提高发电效率，需要对最大功率点进行跟踪。目前太阳能电池电池最大功率点跟踪方法很多，最常用的有恒定电压跟踪法(CVT)、扰动观察法(P&Q)和增量电导法(INC)等。恒定电压跟踪法(CVT)的原理是在温度一定时，不同光强下太阳能电池的最大功率点对应电压几乎落在同一点上，使太阳能电池工作在这点固定电压上，即可实现太阳能电池的最大功率点跟踪。扰动观察法(P&Q)的原理是通过将本次太阳能电池的输出功率和上次的比较来确定增加或减少太阳能电池的工作电压来实现太阳能电池的最大功率点跟踪。增量电导法(INC)的原理是通过太阳能电池输出的动态电导值(dl/dV)与静态电导的负数(-ΙΛ)比较，以判断调节太阳能电池输出电压方向的一种最大功率点跟踪方法。上述方法中，恒定电压跟踪法(CVT)是一种近似最大功率点跟踪方法，当温度发生变化时，并不能准确地进行跟踪。而扰动观察法(P&Q)和增量电导法(INC)都是通过循环迭代计算逼近最大功率点，跟踪的时间和精度受步长影响，步长越大，跟踪时间越短，精度越低，步长越小，跟踪时间越长，精度越高。
技术实现思路
本专利技术之目的是:提出，实现快速准确地最大功率点跟踪，克服现有技术中的不足。为了实现本专利技术之目的，拟采用以下技术方案:—种太阳能电池最大功率点跟踪方法，其特征是太阳能电池的输出功率/电压曲线在最大功率点处附近为左右对称的单峰曲线，可近似为以最大功率点为顶点，最大功率点处电压为对称轴的抛物线曲线，通过检测该部分曲线上三组功率/电压数据，求解抛物线方程，抛物线方程的极值点即为太阳能电池的最大功率点，该方法步骤如下:步骤一，三组功率/电压数据检测点的确定方法在光照状态下，太阳能电池的输出特性可近似为二极管特性，电流随电压指数变化。如果将太阳能电池视为恒流源，将半导体材料体电阻、电极与半导体材料接触电阻、电极导体电阻和金属导体电阻视为串联电阻，将电池边缘漏电流和电池金属桥漏电流等效为并联电阻，可获得太阳能电池等效电路，其输出特性的电流与电压间关系如式(I):本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池最大功率点跟踪方法，其特征是太阳能电池输出功率/电压曲线(1)在最大功率点处附近为左右对称的单峰曲线，可近似为以最大功率点为顶点，最大功率点处电压为对称轴的抛物线曲线，通过检测该部分曲线上三组功率/电压数据检测点(Um1，Pm1)(3)、检测点(Um2，Pm2)(4)和检测点(Um3，Pm3)(5)，求解抛物线方程，抛物线方程的极值点(6)即为太阳能电池的最大功率点(7)，在具体操作时，包括以下几个步骤：步骤一，三组功率/电压数据检测点的确定方法在光照状态下，太阳能电池的输出特性可近似为二极管特性，电流随电压指数变化，如果将太阳能电池视为恒流源，将半导体材料体电阻、电极与半导体材料接触电阻、电极导体电阻和金属导体电阻视为串联电阻，将电池边缘漏电流和电池金属桥漏电流等效为并联电阻，可获得太阳能电池等效电路如图2所示，其输出特性的电流与电压间关系如式(1)：I=Iph-Io[eq(U+IRs)AKT-1]-(U+IRs)Rp---(1)其中，I输出电流(A)，U输出电压(V)，Iph光生电流(A)，Rs串联电阻(Ω)，Rp并联电阻(Ω)，A二极管理想常数，Io二极管反向饱和漏电流(A)，q电荷量1.6×10?19C，K玻尔兹曼常数1.38×10?23J/K；T环境温度(℃)；短路条件下，U＝0，I＝Isc，由于输出电压未能达到二极管导通电压，二极管上流经电流极小Io≈0，则有Isc＝Iph?IscRs/Rp(2)开路条件下，U＝Uoc，I＝0，则有Io=(Iph-Uoc/Rp)/(eqUocAKT-1)---(3)根据短路和开路条件可以解出Iph和Io下式(4)?(5)：Iph＝Isc(1+Rs/RP)???(4)Io=(Isc-Uoc-IscRsRp)e-qUocAKT---(5)整理式(1)?(5)，将方程两边同时乘以输出电压，可得太阳能电池功率/电压方程如式(6)：P=Isc(Rs+Rp)U-U2-PRsRp+UocU-Isc(Rs+Rp)URpeq(U2+PRs-UocU)AKTU---(6)方程式(6)为功率对应电压的隐式方程，利用Lambert函数将式(6)转化为功率对应电压的显示方程得式(7)：P=[UIsc(Rs+Rp)-U2]Rs+Rp-AKTUqRsW(Y)---(7)其中，Y=qRs[Isc(Rs+Rp)-Uoc]AKT(Rs+Rp)exp{q(Rs+Rp)(U-Uoc)-qRs[U-Isc(Rs+Rp)]AKT(Rs+Rp)}在最大功率点处有从而解得最大功率点电压如式(8)；Um=[qRsIsc-AKT](Rs+Rp)[1+W(Ym)]2qRs[1+W(Ym)]+qRpW(Ym)---(8)由于开路电压Uoc与短路电流Isc可以检测获得，因此式(7)仅含有参数A、Rs和Rp。对于不同的太阳能电池，有参数A∈[1，2]，Rs∈[0，∞]，RP∈[∞，0]，利用参数A、Rs和RP对太阳能电池功率/电压曲线的单调影响规律，可以获得参数A＝1，Rs＝0，Rp＝∞的太阳能电池功率/电压上边界曲线(8)和A＝2，Rs＝∞，Rp＝0的太阳能电池功率/电压下边界曲线(9)，将上、下边界曲线参数分别代入式(7)?(8)可得太阳能电池功率/电压上边界曲线(8)和太阳能电池功率/电压下边界曲线(9)上最大功率点对应电压UQ和UO*以及最大功率点P和P*，其他任意参数的太阳能电池电压/功率曲线(10)上最大功率点必在P和P*之间，最大功率点处对应电压在UQ和UO*之间；为保证检测点接近最大功率点，根据基准电压UQ，可给出步长定义算法如下：由三角形相似定理有UQ-UO=P-PQP-P*(UQ-UO*),故取点电压步长定义为：Ustep=UQ-[n-mn(UQ-UO)]---(9)m＝0，±1，±2，±3式中n为区间划分数，可根据经验确定；m为拟采集功率点数，由于各类功率/电压曲线的最大功率点有可能在两侧，如图3所示。因此设定当m为零时，取点在线段上，当m为正值时，取点在线段右侧，反之在线段左侧；步骤二，利用三组功率/电压数据检测点(Um1，Pm1)(3)、检测点(Um2，Pm2)(4)和检测点(Um3，Pm3)(5)，求解抛物线方程P＝aU2+bU+c，并抛物线方程的极值点(6)，所求结果即为太阳能电池最大功率点(7)；步骤三，当光照强度或者环境温度发生变化，只需重复上述过程即可。FSA00000814399100022.tif,FSA00000814399100026.tif,FSA00000814399100027.tif,FSA00000814399100028.tif,FSA00000814399100029.tif...

【技术特征摘要】
1.种太阳能电池最大功率点跟踪方法，其特征是太阳能电池输出功率/电压曲线(I)在最大功率点处附近为左右对称的单峰曲线，可近似为以最大功率点为顶点，最大功率点处电压为对称轴的抛物线曲线，通过检测该部分曲线上三组功率/电压数据检测点(Uml，Pffll) (3)、检测点(Um2，Pm2) (4)和检测点(Um3，Pm3) (5)，求解抛物线方程，抛物线方程的极值点(6)即为太阳能电池的最大功率点(...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫东，楼洪，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：