MPPT

　　傳統(tǒng)太陽能充放電控制器在充電時直接把太陽能陣列連接到蓄電池。這就要求太陽能陣列在通常低于Vmp電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。以12V系統(tǒng)為例，蓄電池電壓范圍通常是11-15V，但太陽能陣列的Vmp電壓通常是大約16-17V。

　　12V太陽能電池I-V曲線及P-V曲線

　　太陽能光伏陣列最大功率點(diǎn)電壓Vmpp是輸出功率最大時的電壓，它在太陽能光伏陣列I-V曲線圖中的轉(zhuǎn)折處（如圖）。而傳統(tǒng)太陽能充放電控制器并不總是在太陽能光伏陣列Vmpp時運(yùn)作，這樣能量就被浪費(fèi)了，這些能量本來是可以用來為蓄電池充電并給系統(tǒng)負(fù)荷提供電力的。蓄電池電壓和太陽能光伏陣列的Vmpp之間的差異越大，能量被浪費(fèi)的也就越多。

　　而且最大功率點(diǎn)主要受環(huán)境溫度和太陽光強(qiáng)的影響。在太陽光強(qiáng)不變的情況下，溫度越高，光伏電池的開路電壓降低，最大輸出功率隨之降低。當(dāng)溫度不變，太陽光強(qiáng)增加時，光伏電池的開路電壓基本不變，但短路電流大幅增加，最大輸出功率也大幅增加。

　　如此一來，傳統(tǒng)太陽能充放電控制器就不能精準(zhǔn)的捕捉到最大功率點(diǎn)，而MPPT通過其運(yùn)算方法自行捕捉并始終在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，與傳統(tǒng)太陽能充放電控制器相比減少了能源浪費(fèi)。

　　MPPT的控制方法根據(jù)選擇的算法來實(shí)現(xiàn)，MPPT算法主要有三種：擾動觀察法、電導(dǎo)增量法和恒定電壓法。前兩種方法通常被稱作"爬山"法，因?yàn)樗鼈兝眠@樣一個事實(shí)：最大功率點(diǎn)左側(cè)曲線不斷上升(dP/dV>0)而最大功率點(diǎn)右側(cè)曲線不斷下降(dP/dV<0)。

　　擾動觀察法(P&O)最為常見。該算法以特定方向?qū)ぷ麟妷哼M(jìn)行微擾，然后對dP/dV進(jìn)行采樣。如果dP/dV為正，則算法知道其朝MPP方向調(diào)節(jié)了電壓。然后，繼續(xù)以該方向調(diào)節(jié)電壓，直到dP/dV為負(fù)。P&O算法很容易實(shí)施，但有時它們會導(dǎo)致穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行的MPP周圍出現(xiàn)振蕩。另外，在快速變化的空氣條件下，它們的響應(yīng)時間較長，甚至?xí)阱e誤的方向追蹤。

　　電導(dǎo)增量(INC)法使用PV陣列的增量電導(dǎo)dI/dV來計算dP/dV的符號。相比P&O，INC快速追蹤變化的光照條件更加準(zhǔn)確。然而，INC算法也產(chǎn)生振蕩，并會在快速變化的空氣條件影響下變得混亂不清。另一個缺點(diǎn)是，其高復(fù)雜性增加了計算時間，并降低了采樣頻率。

　　第三種方法是恒定電壓法，其利用這樣一個事實(shí)：一般而言，Vmpp（最大功率點(diǎn)電壓）/Voc（開路電壓）的比約等于0.76。這種方法所出現(xiàn)的問題在于它要求立刻設(shè)置光伏陣列電流為0來測量陣列的開路電壓。這樣，陣列的工作電壓便被設(shè)置為這一測量值的76%。但是，在這期間，陣列被斷開，浪費(fèi)掉了有效能源。同時還發(fā)現(xiàn)，76%開電路電壓是一個非常接近值的同時，它卻并非總是與最大功率點(diǎn)一致。

　　由于沒有一個能夠成功地滿足所有常用情景要求的MPPT算法，因此許多設(shè)計人員都會走一些彎路，它們對系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境條件評估然后選擇最佳的算法。實(shí)際上，有許多MPPT算法可以用，并且太陽能板廠商提供其自己的算法也很常見。

　　對于一些廉價的控制器來說，執(zhí)行MPPT算法會是一項(xiàng)難以完成的任務(wù)。因?yàn)?，除微控制單元的正?？刂乒δ芤酝?，算法還要求這些控制器擁有高性能的計算能力。先進(jìn)的32位實(shí)時微控制器就適用于眾多太陽能應(yīng)用。

　　MPPT控制器可以智能調(diào)節(jié)太陽能發(fā)電板的工作電壓，使太陽能板始終工作在I-V特性工作曲線的最大功率點(diǎn)，比較傳統(tǒng)太陽能充放電控制器對太陽能電池板發(fā)電功率的利用率提高了10-30%，對光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定高效工作起到了至關(guān)重要的作用，這也是MPPT取代傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的必然性，然而MPPT算法的改進(jìn)，提高系統(tǒng)的效率和可靠性也將是MPPT以后的研究重點(diǎn)。