光伏發(fā)電系統(tǒng)中的MPPT
光伏電池輸出特性具有明顯的非線性，受到外部環(huán)境包括日照強度、溫度、負載以及本身技術(shù)指標(biāo)如輸出阻抗等影響，只有在某一電壓下才能輸出最大功率，這時光伏陣列的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點。由于目前光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較低，為了有效利用光伏電池，對光伏發(fā)電進行最大功率跟蹤(MaximumPowerPointTracking，簡稱MPPT)顯得非常重要，這里就需要用到MPPT太陽能控制器。
太陽能電池由硅半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成，在硅半尋體中從硅原子的價電子層中分離出一個電子需要一定的能量，該能量稱為硅的禁帶寬度（在室溫下硅的禁帶寬度為1.12eV），當(dāng)一定強度的光照射到硅半導(dǎo)體時，能量大于硅的禁帶寬度的光子將使硅半導(dǎo)體中的價電子受到激發(fā)而成為自由電子，從而在半導(dǎo)體內(nèi)形成光生電子－空穴對，這些電子－空穴對由于熱運動會向各個方向擴散。當(dāng)這些電子、空穴擴散到PN結(jié)邊界時在內(nèi)建電場作用下，在N區(qū)的電子－空穴會進入P區(qū)，而在P區(qū)的電子則在電場作用下進入N區(qū)，從而在PN結(jié)的兩側(cè)產(chǎn)生正負電荷的積累，使P型層帶正電，N型層帶負電，因此在PN結(jié)上產(chǎn)生了電動勢。這個現(xiàn)像被稱為“光生伏特效應(yīng)”。
目前光伏系統(tǒng)中使用的電池多為硅太陽電池，包括單晶硅、多晶硅以及多晶硅薄膜電池，這些硅電池的輸出具有強烈的非線性特性，他們的輸出受太陽光照強度、環(huán)境溫度以及負載的影響，如圖2所示是在恒度溫度下，不同光照強度時太陽能硅電池的輸出特性。
因為太陽能硅電池的輸出受溫度、日照強度和負載的影響，在一定的環(huán)境溫度和光照強度下，太陽能硅電池可以工作在不同的輸出電壓。很顯然由于硅太陽能電池的伏安特性呈現(xiàn)非線性的原因，只有硅太陽能電池在某一輸出電壓值時其輸出的功率才能達到最大值。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了讓硅光伏電池能工作在最大輸出功率點，該光伏發(fā)電系統(tǒng)就必須根據(jù)當(dāng)前的光照強度和環(huán)境溫度調(diào)整硅光伏電池的工作點，這個調(diào)整的過程就稱為“最大功率點跟蹤(MPPT,Maximum Power Point Tracking)”。
如圖3所示，在溫度恒定的情況下，當(dāng)光照強度改變時，硅光伏電池的伏安特性曲線也隨之改變，當(dāng)光照強度由600W/m2變成800W/m2時最大功率點將由C點變成B點，這時硅光伏電池的工作點也需要改變到最大功率點上才能獲取到最大輸出功率。
根據(jù)最大功率傳輸定理，在直流電路中含源線性電阻Ro單口網(wǎng)絡(luò)向可變電阻負載RL傳輸最大功率的條件是負載電阻RL與單口網(wǎng)絡(luò)的輸出電阻Ro相等，滿足RL=Ro條件時稱為最大功率匹配，此時負載電阻RL獲得最大功率。
在硅光伏電池系統(tǒng)中，太陽能電池的伏安特性曲線受光照強度、溫度和負載的影響下呈現(xiàn)非線性特性，其本質(zhì)是電池內(nèi)阻受光照強度、溫度和負載的影響下不斷變化。因此，根據(jù)最大功率傳輸定理，最大功率點跟蹤的過程實際上是讓負載等效電阻（直流系統(tǒng)）不斷跟蹤太陽能電池內(nèi)阻并且使它們相等的過程。
目前硅光伏發(fā)電系統(tǒng)中，最大功率點跟蹤的實現(xiàn)是在太陽能光伏電池陣列和負載之間加入一級DC/DC變換器，MPPT控制器通過改變DC/DC變換器的等效阻抗來實時調(diào)整硅太陽能電池工作在最大功率點，如圖4所示。
傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點象手動檔的變速箱，當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應(yīng)提高的話，勢必會影響車速。但是對于MPPT太陽能控制器來說，充電參數(shù)都是在出廠之前就設(shè)定好的，就是說，MPPT控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。電壓越高，通過最大功率跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率。
根據(jù)NB/T 32004-2013的要求，MPPT效率包括動態(tài)MPPT效率和靜態(tài)MPPT效率，測量方法按EN 50530-2010的要求進行或參見NB/T 32004-2013。
根據(jù)NB/T 32004-2013標(biāo)準(zhǔn)，靜態(tài)最大功率跟蹤效率計算公式如下
靜態(tài)最大功率點跟蹤效率反應(yīng)的是在給定靜態(tài)PV組件的特性曲線上，逆變器調(diào)節(jié)跟蹤最大功率點的精度。
根據(jù)NB/T 32004-2013標(biāo)準(zhǔn)，動態(tài)最大功率跟蹤效率計算公式如下
所以MPPT動態(tài)最大功率跟蹤效率測量，我們應(yīng)該測出太陽電池輸出的電壓電流及最大功率輸出，并進行上述公式的計算，才能得出結(jié)論。
過去測試人員在進行MPPT效率評估時，需要先用功率分析儀測試出一段時間內(nèi)的光伏逆變器輸入功率的積分，然后再通過公式人手計算出MPPT效率，測試效率低下。
PA6000功率分析儀具備動態(tài)與靜態(tài)MPPT效率測量功能，在積分模式下可實現(xiàn)MPPT效率的高精度自動測量，直接顯示效率測量結(jié)果，節(jié)省了人工處理數(shù)據(jù)的時間。
利用光伏方陣模擬器控制輸入直流的數(shù)值，電網(wǎng)模擬電源與逆變器連接模擬電網(wǎng)與逆變器的并網(wǎng)狀態(tài)，再通過調(diào)節(jié)光伏方陣模擬器模擬太陽電池輸出電壓電流的變化。
傳統(tǒng)測量轉(zhuǎn)換效率，由于測量設(shè)備通道數(shù)有限，輸入與輸出只能分開測量，這樣導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)缺乏同步性，由此算得的轉(zhuǎn)換效率自然不準(zhǔn)確。針對多路輸入的光伏逆變器，PA6000可輕松實現(xiàn)4通道輸入，3通道輸出同時采樣，并且PA6000內(nèi)部采用高穩(wěn)定度溫度補償?shù)?00M同步時鐘實現(xiàn)7通道的ADC同步采樣，同步采樣時鐘誤差小于10ns，滿足高效能逆變器效率的嚴(yán)格測量要求。
PAM軟件能夠自由切換權(quán)重系數(shù)，支持歐洲效率、CEC效率、中國各地區(qū)權(quán)重系數(shù)計算，并能快速的導(dǎo)出相應(yīng)地區(qū)的效率報表，PA6000是業(yè)內(nèi)為數(shù)不多支持效率權(quán)重系數(shù)自由切換的功率分析儀器。
支持自定義效率測試公式，能同時顯示6個效率測試結(jié)果，方便同時測量MPPT效率，轉(zhuǎn)換效率。PAM軟件能夠?qū)С鰷y試靜態(tài)與動態(tài)MPPT報表，轉(zhuǎn)換效率報表，方便檢測機構(gòu)進行操作，大大提高了工作效率。
