使用最大峰值功率跟踪器来完善太阳能发电系统

【中心议题】

【解决方案】

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。为了最大限度获取太阳能，最大峰值功率跟踪控制器被用来提高整体系统效率和可靠性。

最大峰值功率跟踪器（MMPT）电路内置于高效率的充电控制器中，通过动态地查找和利用最大功率点（MPP）来实现可用功率的最大化。

在某些应用中，MPPT控制器可以提高多达50%的总可用功率。MPPT充电控制器由一个DC/DC buck/boost转换器和一个嵌入式微处理器构成。

由于任何时间点的最大功率（Pmax=VI）取决于不断变化的天气情况，比如阳光（多云、阴天和雨天）和气温等，所以控制器不断进行计算，以便让太阳能电池板的电压和电流输出

能够满足电池的充电要求。

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最高电压。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最大功率点的持续变化，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，该峰值点就是最大功率点。

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最低电压。确定最低电压可以让控制器实现最大的输出电流。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。如果不能在最高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算法最大的好处仍然是效率的提高，在某些系统中的效率可高达99%。