毕业论文-光伏电池建模与最大功率点跟踪技术探析.pdf

.山东农业大学毕业论文光伏电池光伏电池建模与建模与最大功率点最大功率点跟踪技术探析跟踪技术探析院部机械与电子工程学院专业班级电气工程及其自动化5班届次2015届学生姓名尹睿学号20110801指导教师刘莫尘二一五年六月一日装装装装订订线线线线.i目录摘要.IAbstract.II引言.11太阳能发电系统简介及光伏电池特性研究.21.1光伏发电系统.21.1.1独立供电的光伏发电系统.21.1.2并网光伏发电系统.31.1.3混合型光伏发电系统.41.2光伏电池.41.2.1光伏电池及发展趋势.51.2.2太阳能电池的数学模型.51.2.3光伏阵列的仿真模型.82常见的MPPT技术.122.1恒定电压法.132.2扰动观察法以及改进扰动观察法.152.3电导增量法.193实现MPPT（MaximumPowerPointTracking）的硬件电路.223.1常见的DCDC电路.233.1.1降压型变换器.233.1.3降压-升压变换器.243.2各种DCDC电路的仿真与分析比较.253.2.1降压变换电路.253.2.2升压电路的仿真模型.273.2.3降压-升压变换器的仿真.283.3DCDC变换电路实现功率控制的原理.313.4基于Boost电路的MPPT仿真（以INC法为例）.324总结.35参考文献.36致谢.37iiContentsAbstract.IITheintroduction.11IntroductionofsolarpowergenerationsystemandResearchonthecharacteristicsofphotovoltaiccells.21.1Photovoltaicpowergenerationsystem.21.1.1Photovoltaicpowergenerationsystemwithindependentpowersupply.21.1.2Gridconnectedphotovoltaicsystem.31.1.3Hybridphotovoltaicpowergenerationsystem.41.2Photovoltaiccell.41.2.1Photovoltaicbatteryanditsdevelopmenttrend.51.2.2Mathematicalmodelofsolarcell.51.2.3Simulationmodelofphotovoltaicarray.82CommonMPPTTechnology.122.1Constantvoltage.132.2Perturbationandobservationandtheimprovedperturbationandobservation.152.3Incrementalconductance.193MPPT(maximumpowerpointtrackinghardwarecircuit).223.1CommonDCDCcircuits.233.1.1BuckConverter.233.1.3Buckboostconverter.243.2SimulationandanalysisofvariousDCDCcircuits.253.2.1Buckconvertercircuitsimulationmodel.253.2.2Boostconvertercircuitsimulationmodel.273.2.3Buck-Boostconvertercircuitsimulationmodel.283.3TheprincipleofpowercontrolforDCDCconverter.313.4SimulationofMPPTbasedonBoost(takingINCasexample).324SummaryandProspect.35References.36Acknowledgements.37I光伏电池的光伏电池的建模建模与与最大功率点跟踪技术最大功率点跟踪技术探析探析尹睿（山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018）摘要：在传统能源日益枯竭的大环境下，寻找新型可替代能源的任务迫在眉睫，太阳能作为一种清洁高高效的新型能源受到人们的广泛关注。在光伏发电系统的建立中，光伏电池的最大功率点跟踪技术是其中的核心技术、是决定光伏发电的转化效率的重要环节。本文重点研究了几种光伏发电中最大功率点跟踪技术，以探寻实现最大光伏发电转换效率的方式。本文首先介绍了光伏发电的发展历程、国际上与光伏发电相关的研究进展，将光伏发电相对于传统发电方式进行了比较。其次，本文还对光伏电池的特性进行分析，并利用Matlab对其不同环境因素影响下的工作特性进行了仿真，紧接着，本文对几种常见的最大功率点跟踪技术（恒定电压法、扰动观察法、改进扰动观察法、电导增量法）进行详细的分析，本文利用DCDC直流斩波电路实现最大功率点控制技术，并用在simulink中建立相应的模型对几种最大功率点跟踪技术进行仿真。最后，本文还对实现MPPT的DCDC斩波电路进行甄选，选定Boost电路作为实现MPPT的硬件电路。关键词：光伏发电光伏电池最大功率点跟踪Simulink仿真IITheModelingofPhotovoltaicTheModelingofPhotovoltaicCellCellsandTsandTheheAnAnalysisalysisofofSeveralMPPTTSeveralMPPTTechnologiesechnologiesRuiYin(Mechanical&ElectricalEngineeringCollegeofShandongAgriculturalUniversityTaianShandong271018)Abstract:Itiswellknowntousthatwiththecircumstancesoftraditionalenergysourcesdriedupincreasingly.Theneedofnewalternativeenergyisimminent.Solarenergyasanewenergybecauseofitsuseofenvironmentalprotectionandsustainabilityofenergyreservesisalmostinfiniteoccupiesanimportantpositionintheprocessofthedevelopmentofnewenergy.Maximumpowerpointtrackingtechnologyisthekeyofthephotovoltaicpowergenerationtechnologyisanimportantapproachtodeterminethephotovoltaicconversionefficiency.Thisarticlefocusesonseveralphotovoltaicmaximumpowerpointtrackingtechnologyinordertoprobethewaytoachievemaximumphotovoltaicconversionefficiency.Thispaperfirstintroducesthedevelopmentofphotovoltaicpowergenerationphotovoltaicandinternationalrelatedresearchprogressandthecomparisonofphotovoltaicpowergenerationcomparedwiththetraditionalpowermodeandtodescribethefutureofphotovoltaicpowergeneration.SecondlythispaperalsoanalyzesthecharacteristicsofphotovoltaiccellsandbyusingtheMatlabunderdifferentenvironmentalfactorsthatinfluenceitsoperatingcharacteristicsaresimulatedandtheninthispaperseveralcommonmaximumpowerpointtrackingtechnology(constantvoltagedisturbanceobservationtheincrementalconductanceadaptivestepn)detailedanalysisrespectivelytointroducetheadvantagesanddisadvantagescomparedatthesametimethispaperbyusingDCDCchoppercircuittorealizethecontroltechnologyofmaximumpowerpointandthemathematicalmodelissetupinsimulinksimulationonmaximumpowerpointtrackingtechnology.Inadditionthearticlealsoreviewedsomenewtechnologyofmaximumpowerpointtracking(fuzzycontrolandneuralnetwork)wasintroducedinbrief.Simulationresultsshowthatinthemaximumpowerpointtrackingtechnologyofseveralcommonministeroftheimprovedadaptivestepwithbetterperance.Keywords:PhotovoltaicgenerationSolarcellsMaximumpowerpointtrackingSimulation1引言引言能源是人类社会生存和发展的动力源泉。从原始社会的钻木取火到近现代的化石能源以及核能、地热能、潮汐能、风能、太阳能等新型能源的开发利用见证了人类社会的迅速进步。然而，随着人类社会的迅速发展，能源的需求也日益增加。数据表明，传统的化石能源正日趋枯竭，能源危机已展现在人类面前。在21世纪初进行的关于世界能源储量数据的调查显示：石油可开采量为39.9年，天然气可采量为61年，煤炭可采量为227年，化石能源的可开采量日益减少，能源危机近在眼前。太阳能作为一种安全、高效、清洁、储备量的近乎无限的新型能源，在全世界范围内受到广泛关注。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能量都是来源于太阳；即便是地球上的化石燃亮（如煤、石油、天然气等）从根本上说，也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围十分广阔，狭义的太阳能则局限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。光伏发电的研究表明，光伏发电具有充分清洁、绝对安全、资源充足广泛、使用寿命长、维护费用低等其他传统的常规能源不具有的有点。以30KW光伏电站为例，年均发电量可达3万度左右，与同功率的火电站相比，每年实际节约标准煤12.5顿，减排煤渣3吨，减排二氧化碳31.5吨。数据表明光伏发电具有巨大的经济意义与环境效益1。自1939年法国科学家贝克雷尔发现半导体材料的“光生伏打”效应，到1954年美国贝尔实验室两位研究人员恰宾与皮尔松成功研究出转换效率为6%的光伏电池，光伏发电开始逐渐走向人们的生活。上世纪70年代受石油危机影响，光伏电池研究进度被加快，光伏电池生产实现商品化，至今光伏发电已经成功从局限于军事等特殊领域方向转化为居民生活用电的重要补充形式。世界各国多对自己的光伏产业制定了相应的发展道路。1990年，德国提出光伏屋顶计划，到2010年，德国光伏产品安装量达到7亿瓦，大致占到全球光伏产品安装量的47%。1997年，美国提出了“百万屋顶计划”。而根据美国太阳能产业联合会2015年3月初发布的数据，太阳能电池板的装机容量由2000年不到0.3千兆瓦达到2014年的45千兆瓦。2目前，光伏发电产生的电力供应占到美国全国发电总量的32%，仅次于天然气。2002年，日本光伏电池生产总量在短短十年内就超过美国，并以48.6%的速度快速增长。国际能源机构预测，预计到2050年太阳能发电的能源供应比例将达到全球电力供应的27%。可以看出，光伏产业已经成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。我国有丰富的太阳能资源，年总辐射量大于3780MJ2的地区占国土面积的96%以上。中国陆地表面积每年接受到的太阳辐射相当于1.7万亿顿标准煤完全燃烧所释放出的能量3我国太阳能电池研究始于1958年，80年代前基本出于雏形期，“十五期”间得到迅速发展2010年我国的光伏发电累计装机容量达到600MW，预计到2020年累计装机容量将达到30GW，2050年将达到100GW。根据电力科学院的预测，到2050年中国可再生能源发电2将占到全国总电力装机的25%，其中光伏发电将占5%。光伏发电具有优势的同时，实际应用中还存在一定的问题。首先，发电成本过高。与煤电相比，光伏发电的成本是煤电的1118倍，在缺少相关政策的支持下，光伏发电难以普及推广。综合国外光伏发电的情况来看，光伏产业大都得到各项政策的优惠与补贴。成本、市场、政策，是太阳能发电产业面临的三大障碍。其次光伏发电受地理位置、光照强度、光伏电池特性等因素制约。目前光伏电池的转换效率水平较低，光伏发电系统还需要一定的辅助线电路，提高控制难度的同时制约了光伏产业的发展。此外，光伏发电系统相对较复杂，系统运行时也存在很多问题。输出电能易受外界干扰，孤岛效应检测盲区等，在一定程度上干扰制约了光伏发电产业的发展。光伏电池的输出具有明显的非线性特征，输出功率随环境状态的改变而改变，工作点难以稳定在最大工作点附近，影响系统的功率输出效率。传统MPPT算法跟踪速度慢，最大功率点处存在功率损失。常见的MPPT算法分为智能化与非智能化两大类。本文对几种常见的MPPT算法进行了较为详细的分析并通过Matlab进行验证。11太阳能太阳能发电系统简介发电系统简介及及光伏电池特性研究光伏电池特性研究随着能源的日益枯竭，新能源的地位和作用日益凸显。光伏发电作为一种高效清洁能源，受到广泛的关注与青睐。太阳能发电现在有两种方式，即热发电和光伏发电，其运行原理和使用范围都有较大的差别。太阳能热发电也叫做聚焦型太阳能热发电，与光伏发电不一样，它是通过各种物理方式把太阳能直射光聚集起来并产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机来发电的。依据集热方式的不同，又可分为太阳能槽式热发电、太阳能塔式热发电和太阳能碟式热发电三种太阳能热发电又是一种新型的太阳能发电方式，之前所说的太阳能发电一般都是指光伏发电。光伏发电的原理是通过太阳能辐射将能量转化为电能，是新能源发电领域内的重要应用方式之一4。1.11.1光伏发电光伏发电系统系统太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种。11.1.1.1.1独立供电的光伏发电独立供电的光伏发电系统系统独立供电的太阳能光伏发电系统如图1-1所示3太阳能电池板DCDC蓄电池直流负载控制器逆变器交流负载图图1-1独立供电的光伏太阳能发电系统独立供电的光伏太阳能发电系统独立供电光伏发电系统主要由四个部分组成，即太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器。整个系统一般采用铅酸蓄电池作为储能环节，在光照充足的情况下由光伏阵列将太阳能直接转化为直流形式的电能，在供给整个系统负载的同时给铅酸蓄电池充电。在光照不充足的夜晚、阴天等时间，由蓄电池向外放电，维持系统的正常运行。系统的控制器一般由充电电路、放电电路和最大功率点跟踪控制联合组成。11.1.2.1.2并网并网光伏发电系统光伏发电系统并网光伏发电的系统结构图如图1-2所示太阳能光伏电池板DCDC逆变器电网交流负载控制器图图1-2并网光伏发电系统的结构图并网光伏发电系统的结构图与独立的光伏发电系统不同，并网光伏发电系统直接与电网相连，逆变器在整个系统中起到重要的最用。逆变在实现直-交流转换功能的同时将整个系统与电网连接起来。常用的并网光伏发电系统分为两大类结构。一种是有蓄电池环节的并网发电环节，称为可调度式并网发电光伏发电系统，该类系统具有不间断电源的作用，这种系统的配置方式对于重要负荷以及个体用户有着及其重要的意义。此外，在提高供电稳定性的同时该系统还可以作为功率调节器，稳定电网电压同时消除电网中有害的高次谐波分量。另一种是不含有蓄电池环节的并网光伏发电系统，称为不可调度式并网光伏发电系统。这一类的系统可以通过光伏阵列将其产生的直流电能转化为与电网同频的交流电能。系统4在光照充足的情况下供给系统负载使用的同时，多余的电能则将通过线路反馈回电网。而当光照达不到光伏阵列的发电基础的时候则通过电网补进电能维持系统的正常运行。1.1.31.1.3混合型混合型光伏发电系统光伏发电系统图1-3为混合型光伏发电系统太阳能电池板发电机组主开关逆变器控制器交流负载直流负载蓄电池图图1-3混合型光伏发电系统混合型光伏发电系统与前两种系统的运行方式不同，混合型光伏发电系统中采用了一台备用发电机组，光伏阵列中出现发电量不足或者蓄电池中的电量耗尽时，备用发电机组自行启动运行，既可以直接给交流负载供电，又可以经整流后通向直流负载进行供电。这样的系统被称为混合型光伏发电系统。1.21.2光伏电池光伏电池太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式是当今太阳光发电的主流。目前世界上应用最广泛的太阳电池是单晶体硅太阳电池、多晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。11.2.1.2.1光伏电池光伏电池及发展趋势及发展趋势太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是光伏电池。光伏电池是以光生伏打效应为基础，可以把光能直接转换成电能的一种半导体器件。所谓的光生伏打效应是指某种材料在吸收了光能之后产生电动势的效应6。在气体，液体和固体中均可产生这种效应。在固体，特别是半导体中，光能转换成电能的效率相对较高。5改善太阳能电池的性能，降低制造成本以及减少大规模生产对环境造成的影响是未来太阳能电池发展的主要方向。作为太阳能电池材料，其中：(1)由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主导产品。(2)族化合物及CIS等属于稀有元素，尽管转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池不可能占据主导地位；(3)有机太阳能电池对光的吸收效率低从而导致转换效率低。(4)染料敏化纳米TiO2薄膜太阳能电池的研究已取得喜人成就，但还存在如敏化剂的制备成本较高等问题。另外目前多沿用液态电解质，但液态电解质存在易泄漏、电极易腐蚀、电池寿命短等缺陷，使得制备全固态太阳能电池成为必然发展方向。目前，大部分全固态太阳能电池光电转换率都不很理想。纳米晶太阳能电池以其高效、低价、无污染的巨大优势挑战未来，相信，随着科技发展以及研究推进，这种太阳能电池应用前景广阔无限16。1.2.21.2.2太阳能电池太阳能电池的数学模型的数学模型光伏电池的本质是一个具有特殊功能的PN节，接受光照刺激后，空穴与电子的相对移动从而形成电势差。在光伏发电系统的设计中，通常需要对光伏电池设计出等效电路。以光伏阵列的等效电路设计出相应的数学模型，从而借助数学函数反映光伏阵列的具体物理特性。图图1-4光伏电池等效电路光伏电池等效电路6表表1-1单个光伏电池等效电路参数单个光伏电池等效电路参数参数名描述类型光伏电池输出电流变量光伏电池输出电压变量0光伏电池反向饱和电流常量T光伏电池温度常量k玻尔兹曼常数常量1.381023G日照强度变量光生电流变量q电子电量常量1.61019C二极管反向饱和电流常量参考温度301.18K半导体材料禁带宽度常量短路电流温度系数常量标准测试下短路电流常量A、B理想因子介于1、2之间从电路图中可以得出以下公式：=phsh（1.1）=0exp(+)1（1.2）公式中0=exp(11)（1.3）=+(298)1000（1.4）一般情况下在实际等效电路进行分析讨论中，对于光伏电池的等效电路分析可以发现：并联电阻的值越大，对应的开路电压值会变的更小，但并不会影响短路电流值的变化；与之相反，串联电路的值越大，对应的开路电压值不会发生改变，短路电流的值会逐渐减小。由于的数值通常为数千欧姆，因此在下列的各项讨论中采取忽略的方法对光伏电池的等效电路进行简化，并对化简后的电路图进行分析，得到其所对应的特性方程：=0exp(+)1(1.5)7图图1-5光伏电池简化模型光伏电池简化模型当外部负载短路时，=0，这种情况下的全部流向外部的短路负载，此时短路电流几乎就等于光生电流，存在等式；处于开路状态时，I=0，光生电流全部流经二极管D这种情况下的开路电压为：=ln（0+1)(1.6)从公式1.3可以得出，光伏电池的输出电流和电流受到温度、光照强度等外界因素的影响，不同的温度，日照强度的情况下可以产生短路电流。短路电流与光照强度成正比的同时与温度呈一定的线性关系。开路电压也与光照强度与温度密切相关：oc=ocs+（T-298）（1.7）其中，为标准测试条件（光伏电池为25，日照强度为1000W2）下的开路电压，为开路电压的温度系数。1.2.31.2.3光伏阵列的仿真光伏阵列的仿真模型模型许多个单个小单位的光伏电池串联或者并联组合组成一个发电的光伏阵列，光伏阵列的组成可以有效的提高光伏发电的发电效率。光伏电池串联组合可以提高太阳能发电系统的最高输出直流电压；光伏电池的并联组合可以提高太阳能发电系统的最高输出直流电流。因此，不同的光伏电池串、并联以后可以得到期望的直流电压或电流值。根据所需串并联的电池数可以的得到光伏电池的输出特性方程。=pp0exp(+)s1（1.8）其中，np、ns分别模组中并联、串联电池的个数。作为光伏发电系统的重要组成部件，光伏阵列的I-V特性曲线是反映其工作过程中日8照强度、环境温度、光伏模块参数等的典型非线性函数。如果要对光伏发电系统以及其MPPT技术进行仿真，必须要解决的问题是实现对光伏阵列输出特性的仿真。建立了合适的光伏电池模型以后，就可以对整个系统实现模拟仿真。最为简化的做法是将一个完整的光伏阵列简化成一个直流电压源。这种直接模拟的缺点是模型不能反映光伏电池随温度、光照强度等因素实现变化，相关参数改变时，系统的变化并不能由等效电源及时的反映，所以这种近似的仿真模型不能完整的反映光伏电池的输出特型6。因此，我们采用式1.7进行建模，这种模型相对来说比较贴近光伏阵列的真实输出特性。在设计光伏发电系统中，所采用光伏发电电池的生产厂家一般会将光伏电池的相关参数给出，进行设计时只需要将参数带入对应方程就可以得出光伏阵列的运行参数。表1.2列出无锡尚德公司生产的STP0950S-36型号的光伏阵列的相关参数，该种型号的光伏阵列由36个光伏电池串联构成，根据公式1.8，可以得出其工作特性曲线。表表1-2光伏电池的各项系数光伏电池的各项系数标准测试条件下最大功率94W峰值工作电流4.5A峰值工作电压额定电压额定电流21.7V17.4V1.43A短路电流Isc额定最大输出功率4.8A30W开路电压Uoc24.2V短路电流温度系数2.06(mA)开路电压温度系数-0.77(V)由此可以得出光伏阵列的参数表达式：=0exp(+)361（1.9）在公式1.8中，所需要求解的未知量有、三个，下列公式中各值及参数值含义见表1.1，表1.2。由下列公式可得：9=+(298)1000(1.10)0=exp(361)(1.11)=+(298)(1.12)=(1.13)=36ln(0+1)(1.14)给出温度T，光照强度G等值后，便可以轻松得到Iph、Uoc、Rs的值。在最大功率点处可计算得Rs的值。选取标准测试情况下的测试情况，设T=25，光照强度G=1000Wm2，计算后可得知该情况下的Rs。因此，在给定特定的T，G以后，可以得到对应的最大功率点电压电流值（Impp，Vmpp），相对于其他值，Rs值比较小，所以在模拟试验进行时一般将Rs视为恒定值18。对于上述公式中三个未知量的求解完成以后，可以利用公式1.9得到光伏阵列在Sinmulink中的仿真模型。图图1-6光伏电池仿真模型光伏电池仿真模型根据式1.10，可以建立如下图所示的光生电流Iph模块：10图图1-7Iph模块模块根据式1.12，可建立如开路电压Uoc模块，其中增益值见表1.1：图图1-8Uoc模块模块根据式1.13可以建立Vt模块，增益值k、q见表1.1：图图1-9Vt模块模块根据式1.11可建立Io模块：11图图1-10Io模块模块在这个仿真模型中，加入了Memory模块。该模块的功能是将当此前输出状态下的采样保持一个步长T的时间之后再将数值输出，用以解决仿真模型中可能出现的代数环问题。Memory环节实际上是对信号起延迟作用，因而必然会对整个模型的精度产生一定的影响。利用该光伏电池模型可以得到任意状态下的P-IP-V图像：图图1-11光照强度为光照强度为1000W温度为温度为25下的下的P-U图像图像与与P-I图像图像从图1-11可以得出，光伏阵列的电压和功率呈极强的非线性关系。当温度恒定时，一定范围内的功率随电压增大而增大，当功率增大到某一确定值以后反而开始随电压增大呈下降趋势。由图1-12图像中可以得出，光伏阵列的输出电流在电压在一定范围内时基本保持不变，当电压增加到某一值时输出电流开始急剧下降。寻找光伏电池的最大功率点对于获得安全稳定的输出电源非常重要。12图图1-12温度不变，温度不变，25（图（图、）与）与光照强度不变光照强度不变，1000W（图（图、）时时P-V、U-I图像图像开路电压随着光照强度的增而略微增加。太阳能电池的输出功率随着光照强度的降低而下降，如图。从图中可以看出，短路电流近乎与光照强度成正比。太阳能电池的输出功率随着温度的升高而下降，如图。从图中可以看出，温度上升使太阳能电池开路电压下降，短路电流则略微增大。22.常见常见的的MPPTMPPT技术技术通过对光伏阵列的仿真可以得出，光伏阵列的输出具有强烈的非线性特征。但每条工作曲线上有且仅有一个最大功率点，这为最大功率点跟踪的实现提供了可能。光伏阵列工作在最大功率点时获得最大的工作效率调节光伏阵列的输出，使得光伏阵列获得大的输出效率的这一过程称为最大功率点跟踪技术MPPT（MaximumPowerPointTracking）。0102030405060020406080100120140160180010203040506001234560102030405060020406080100120140160180010203040506001234561000w2600w2800w2400w2203040电压U(V)功率P（W）304020功率P（W）电流I(A)电压U(V)电压U（V）图图图图电流I(A)电压U（V）13图图2-1MPPTMPPT工作原理图工作原理图在结温不变的情况下，图中曲线、分别对应不同日照情况下光伏器件的I一V特性曲线A、B分别为不同日照情况下光伏器件的最大输出功率点负载1、负载2为两条负载曲线。当光伏器件工作在A点时日照突然加强由于负载没有改变光伏器件的工作点转移到A点。从图中可以看出为了使光伏器件在特性曲线I仍能输出最大功率就要使光伏器件工作在特性曲线I上的B点也就是说必须对光伏器件的外部电路进行控制使其负载特性变为负载曲线2实现与光伏器件的功率匹配从而使光伏器件输出最大功率。实现这种功率匹配的过程就是MPPT技术。22.1.1恒定电压法恒定电压法通过对光伏阵列的仿真模型进行实验得到，在光伏阵列的光照强度一定的情况下，光伏阵列的输出功率与开路电压的比值几乎保持恒定，只与光伏电池的相关参数有关。图2-1是在光照强度不变的情况下得到的忽略温度变化的光伏阵列的P-V参数图像：图图2-2温度温度一定的情况下一定的情况下光照光照强度强度对最大功率点的影响对最大功率点的影响200w214从图像上可以得出，在温度一定的情况下，光照强度发生了变化时最大功率点附近的电压值基本保持恒定。恒定电压控制大就是通过对装置的输出电压固定在由仿真实验得出的最大功率点对应的电压值附近。这样，就能间接的实现对最大功率输出的控制，在外界环境条件变化不大的时候可以默认光伏阵列始终工作在最大功率点的位置。这种模型实际上把MPPT控制简化为一个稳压控制。严格意义上来说，恒定电压法属于一种近似的MPPT控制技术，没有实现对最大功率点的实时跟踪控制，运行过程中的实际误差较大，尤其是在剧烈变化的环境中工作受环境影响非常明显9。在温度变化很快的情况下，功率输出值将会偏离最高功率，系统稳定性将遭到破坏。这种控制方法的优点是接线简单，容易控制。在工作环境变化较为平缓的情况下运行稳定，可靠性高。适用于光照稳定、功率较小，对输出控制要求不高的场合。缺点是电路的使用中忽略的温度的影响，但现实工作环境中温度的影响是不可以忽视，普通的单晶硅电池，温度每下降1C，开路电压就会下降0.35-0.5%11，季节交替、气温骤降等工作环境发生较快变化时，恒定电压法的控制电路的工作会变的不可靠。下面对这种MPPT技术进行数学表达上的证明。假设光伏器件的结温不发生任何改变。首先，根据公式1.8，取近似为0，近似为无穷大，得到公式：I=0exp(v)-1(2.1)由此可以推出光伏电池的输出功率表达公式：P=U-0Uexp(v)-1(2.2)对上式两边进行求导得：dPdU=+0-0