利用峰值功率跟踪器完善太阳能发电系统的实现

　　随着中国经济的较快发展和工业化、城镇化进程的加快，能源需求不断增长，构建稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系面临着重大挑战，突出表现在以下几方面：-资源约束突出，能源效率偏低。中国优质能源资源相对不足，制约了供应能力的提高；能源资源分布不均，也增加了持续稳定供应的难度；经济增长方式粗放、能源结构不合理、能源技术装备水平低和管理水平相对落后，导致单位国内生产总值能耗和主要耗能产品能耗高于主要能源消费国家平均水平，进一步加剧了能源供需矛盾。单纯依靠增加能源供应，难以满足持续增长的消费需求。在寻找清洁能源方面，尽管太阳能发电给人们带来了诸多惊喜，但是一块典型太阳能电池板只能将约20%至30%的可用光源转化为电能。为了限度获取太阳能，峰值功率跟踪控制器被用来提高整体系统效率和可靠性。

　　峰值功率跟踪器（MMPT）电路内置于高效率的充电控制器中，MPPT要实现太阳能电池工作电压到蓄电池电压转换，其本身是需要消耗能量的；同时MPPT应用在太阳能发电系统上。如果MPPT的转换效率过低，应用MPPT所获得的太阳能电池阵列输出功率的增加有可能被MPPT本身消耗掉，甚至起反作用。在工作中，由于日光照度、温度等的变化，太阳能电池阵列的功率点（MPP）将随工作环境的变化而时刻变动着，MPPT必须随时监测阵列输出状态的变化，根据智能的控制策略判断功率点的位置，调整阵列的工作电压跟踪功率点电压，由此实现MPPT的功能。因此，MPPT不仅是一个高效率的DC/DC转换器，更是一个智能的控制系统。

　　通过对两个系统的性能进行评价可以看到它们间的差别：一个系统采用简单的充电控制器，另一个系统采用MPPT控制器。在使用简单充电控制器的系统中采用了一块功率为200 W的12 VDC太阳能电池板。该太阳能电池板的规格表列出的标称输出电压是12 VDC,但实际电压通常可以在16 VDC至20 VDC之间变动，只有在阳光非常充足的时候才能达到电压。太阳能电池板被特意设计为具有产生超过其额定电压的能力。根据充电状态的不同，一节12 V可充电电池的电压可在10 VDC至13.5 VDC之间变动。通过简单的充电控制器或者甚至是PWM充电控制器连接到太阳能电池板的电池接收到的始终是12 VDC信号。无论温度、充电时间和/或电池容量发生什么变化，该控制器的输出电压都不会改变。尽管这种简单的控制器也能够完成对电池的充电工作，但由于没有考虑到系统功率点的持续变化，所以它采用的充电方式效率很低。

　　而采用MPPT系统时，控制器的输出电压取决于电池状态和太阳能电池板所获取的能量这两个因素。太阳能电池板在电压-电流曲线上有一个峰值点，该峰值点就是功率点。随着MPP的变化，控制器会对其进行跟踪并将其与电池的充电水平进行比较，以便确定电池安全充电所需的电压。确定电压可以让控制器实现的输出电流。当电池电压升高时，控制器会进行调节，以便确保充电电压始终稍高于电池电压。如果不能在功率时的电压条件下对电池进行充电，那么系统的效率就会降低。输出功率的增大让设计工程师们可以在他们的应用中使用尺寸更小的太阳能电池板。

　　该系统中的DC/DC转换器能够在buck或boost拓扑状态下工作。如果所采集的电压高于电池电压，就会使用降压拓扑，当所采集的电压低于电池电压，就会使用升压拓扑。在升压拓扑中，电压的升高会导致电流的降低。较低的充电电流就会延长充电时间。但是，它却能够保证在光照不足的天气条件下对电池进行充电。

　　有多家销售商为在客户解决方案中实现MPPT算法提供了各种不同的集成电路。Texas Instruments公司提供了TMS320F2833xx系列的数字信号控制器。Linear Technology公司的LT3652控制器也可以相似的功能。而Xantrex公司生产的XW系列充电控制器则提供了完整的开箱即用的MPPT控制器解决方案。

　　除了提高效率，太阳能供电系统中使用的MPPT控制器还具有其他优点。由于在光照很少的天气情况下也能够采集和储存能量，避免了电池深度放电的情况。这种控制器内建过充电保护功能，有助于延长电池寿命，同时提高了系统的可靠性。然而，MPPT算法的好处仍然是效率的提高，在某些系统中的效率可高达99%.