1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)能源的需求量越來越多，而傳統(tǒng)的化石能源日益枯竭，同時(shí)化石能源的過度開采嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，化石能源的利用嚴(yán)重污染著生活環(huán)境。能源短缺、環(huán)境污染是當(dāng)今世界面臨的兩大問題，制約著人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。因此，開發(fā)利用清潔的可再生能源是全世界各國(guó)共同追求的目標(biāo)。太陽能因其發(fā)電清潔環(huán)保，無噪聲，取之不竭、用之不盡等特點(diǎn)受到世界各國(guó)的青睞。但目前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)仍存在部分問題，如光伏電池的轉(zhuǎn)換效率低且其實(shí)際輸出功率隨日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、陰、晴雨、霧等氣象條件的變化而變化。因此，如何進(jìn)一步提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，如何充分利用光伏電池所轉(zhuǎn)換的能量，成為光伏系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。那么將現(xiàn)有轉(zhuǎn)換效率的光伏電池應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制光伏電池瞬時(shí)的輸出功率，使其在任何日照條件下都能工作在最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤就變得尤為重要。
2 光伏電池組件的特性
光伏電池是利用硅等半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)通過pn結(jié)直接把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，單個(gè)光伏電池的輸出功率太小，故常常將若干個(gè)光伏電池串聯(lián)或并聯(lián)后封裝在一起，構(gòu)成光伏電池組件。按照光伏系統(tǒng)所需功率及電壓的大小，可以用多個(gè)組件按串、并聯(lián)規(guī)則組合在一起，構(gòu)成光伏陣列。
光伏電池組件的伏安特性曲線如圖1所示。從伏安特性曲線可以看出，光伏電池的輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)近似恒定，在接近開路電壓時(shí)，電流下降率很大。圖1所示的參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（光伏電池組件表面溫度25℃，光譜分布am1.5，輻射照度1000w/m2）下的含義如下：
開路電壓（uoc）：正負(fù)極間為開路狀態(tài)時(shí)的電壓；
短路電流（isc）：正負(fù)極間為短路狀態(tài)時(shí)的工作電流；
最大輸出工作電壓（um）：輸出功率最大時(shí)的工作電壓；
最大輸出工作電流（im）：輸出功率最大時(shí)的工作電流；
最大輸出功率（pm）：最大輸出工作電壓（um）×最大輸出工作電流（im）。
光伏電池組件的伏安特性強(qiáng)烈的隨日照強(qiáng)度和較強(qiáng)烈的隨電池溫度的變化而變化。圖2a）和圖2b）分別是光伏陣列在日照1000w/m2時(shí)，不同溫度下輸出的伏安特性和伏瓦特性。由圖2a）和圖2b）可知，溫度對(duì)光伏陣列的輸出電流影響不大，短路電流隨溫度升高而略有增加，但對(duì)光伏陣列的開路電壓影響較大，開路電壓隨溫度升高近似線性地降低，因而對(duì)最大功率影響明顯，見圖2b）各實(shí)線的波峰幅值變化。圖2c）和圖2d）分別是光伏陣列在溫度為25℃時(shí)，不同日照下表現(xiàn)出的伏安特性和伏瓦特性。圖2c）和圖2d）可知，光伏陣列的輸出短路電流和最大功率點(diǎn)電流隨日照強(qiáng)度的上升而增大，但日照的變化對(duì)光伏陣列的輸出開路電壓影響不大，其最大功率點(diǎn)的變化也不大，如圖2d）虛線與各實(shí)線的交點(diǎn)所示。
由圖2可知，光伏陣列的輸出功率會(huì)隨著日照強(qiáng)度和電池表面溫度的改變而變化。這種變化使光伏電池的工作點(diǎn)一直向最大功率點(diǎn)跟蹤變化，控制光伏電池產(chǎn)生最大功率，這種控制稱為最大功率點(diǎn)跟蹤（mppt：maximum power point tracking）控制。
由光伏電池輸出特性分析知道，溫度主要影響光伏電池的輸出電壓，而光照度主要影響其輸出電流。
3 光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤的原理
由于光伏陣列的伏瓦特性隨著日照和溫度改變而變化，因此要準(zhǔn)確描繪某一條件下的光伏陣列的功率特性曲線，并將其用于mppt控制是很困難的。但不管光伏陣列的伏瓦特性曲線如何隨外在因素變化，都具有如圖3所示的大致形狀。
3.1 光伏陣列伏瓦特性的特征
光伏陣列伏瓦特性的特征如下：
