一种新光伏 MPPT 算法及硬件实现和实用性分析摘要：在分析了目前几种比较主流的光伏电池最大功率点跟踪 (MPPT) 算法的基础上提出了一种新的光伏电池 MPPT 算法。 利用 PIC16F877 单片机构建的最小系统控制的 Buck 电路，实现了新算法的实验验证，新算法较大地提高了 MPPT 控制器的性价比。同时，这里还提出了一种新的基于 IR2110 构建的单管高边功率 NMOSFET 驱动电路， 提高了变换器的变换效率。关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；硬件电路1 引言近年来，随着地球上化石能源不断被人类开采并消耗，石油可用储量不断减少，太阳能光伏电池系统作为可控性强， 利用率高， 并储存方便的一种对太阳能进行利用的方式， 为人类解决日益严重的能源和环境危机提供了一个很好的发展方向。然而，目前光伏电池的太阳能转化率还不高，对其商业化形成了巨大的阻力。故提高光伏电池的转化率是推动光伏电池产业和解决能源危机的主要途径。 从光伏电池材料和制造工艺角度提高光伏电池的转化率是做法之一。此外，还可通过光伏电池控制器，利用 MPPT技术，使光伏电池输出功率达到最大。目前为达到良好的动态特性，研究出的光伏 MPPT方法很多， 但通过控制器提高转化率的前提条件是控制器的性价比要合理， 据此， 从实际应用的角度出发，通过引入新的 MPPT 算法，以有限的硬件条件实现了光伏电池的最大功率输出。2 MPPT 算法思想2． 1 MPPT 算法的基本原理图 1 示出光伏电池阵列的电路原理图。显然，流经等效二极管的电流 IVD 随光伏电池阵列输出电压 Uoc 增大而增大，且增大到二极管的导通阈值电压时， Iph 大部分从等效二极管分流， 从而使输出电流 IL 较小， 所以设计 MPPT 控制器的思想是通过控制器将 Uoc 钳制在等效二极管完全导通之前的某一电压值，使光伏电池的实际输出功率是当前光照和环境温度条件下的最大功率。2． 2 传统 MPPT 算法恒电压法是最早的一种 MPPT 控制方法，不同光照强度下，光伏电池阵列的最大输出功率点 (MPP) 的电压近似相等。利用这一特性，将光伏电池输出电压固定在此电压上，实现光伏电池的最大功率输出。此方法无法较准确地实现 MPPT 控制。扰动观察法，即爬山法，是一种比较实用的 MPPT 控制算法，这种方式虽在一定程度上减轻了 CPU 的负担，但由于周期性寻优，会对系统的输出电压造成周期性的波动。电导增量法是目前跟踪 MPP 快速而准确的算法之一， 但其缺点是： 对硬件的要求非常高，特别是要求模拟信号的数字化转换精确而快速， 且必须要对信号做高质量的滤波处理， 否则无法实现找到 MPP 的功能。此外还有同扰动观察法一样占用 CPU 时间太多的缺点。2． 3 新 MPPT 算法一过山车法过山车法是针对传统算法占用 CPU 时间过多，或对硬件要求过高的缺点提出的，对于中小功率的太阳能光伏系统而言，此算法性价比较高。由于该算法是在 Buck 电路实验平台上发展起来的，故该算法适用的主要范围是负载端的阻抗比光伏电池 MPP 处的等效阻抗小的情况。该算法基本思想是： ①利用过山车法， 即先将光伏电池阵列两端电压 U1 钳制在蓄电池电压 U2 处，再逐渐增加 U1，使光伏电池阵列的输出功率点由小到大，经过 MPP 后，继续增大 U2，使输出功率比最大输出功率小于一个阈值△ P1。输出功率由小变大，再变小，一定会经过一个最大点。 在输出功率变化过程中， 记录下光伏电池阵列输出最大功率时的输出电压 U_max ；②根据光伏电池阵列输出最大功率时记录下的 U_ max，利用稳压程序 (可利用PID 控制 )将 U1 钳制在记录下的 U_max 上， 实现光伏电池阵列以最大功率稳定地输出能量；③当光照强度发生变化 (由于在短时间内， 环境温度的变化对系统输出功率的变化影响不大，可以忽略 )，即输出电压 U_max 时的输出功率 P1 与之前的 P_max 之间差值超过一定阈值△P 时，若 P1>P_max，说明光照强度增加了， MPP 处的输出电压也相应增大了，所以此时应启动按增加光伏电池阵列输出电压的方向用过山车法寻找 MPP 程序；如果 P1
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