家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究

目錄 摘要 IAbstract II引言 11光伏電池的光電轉(zhuǎn)換機理與應用 31.1工作原理 31.2光伏電池的光伏效應 31.3光伏電池的等效電路 42光伏電池的輸出特性以及影響因素 62.1光伏電池的p-v和I-v特性曲線 62.2光伏電池的主要參數(shù) 73最大功率跟蹤控制技術 73.1實現(xiàn)最大功率跟蹤控制的原因 73.2幾種常見的最大功率跟蹤方法 83.3改進的雙模式MPPT技術 103.4直流變換電路 124系統(tǒng)的電路Matlab仿真 134.1光伏電池等效電路的Matlab仿真 134.2光伏電池等效電路仿真框圖 134.3光照強度變化時光伏電池的輸出特性 144.4Buck電路的仿真 145結論與分析 18參考文獻 19致謝 20

ContentsSummary IAbstract IIIntroduction 11.Photoelectricconversionmechanismandapplicationofphotovoltaiccells 31.1Workingprinciple 31.2Photovoltaiceffectofphotovoltaiccells 31.3Equivalentcircuit4ofphotovoltaiccells 42.Outputcharacteristicsofphotovoltaiccellsandinfluencingfactors 62.1P-vandI-vcharacteristiccurvesofphotovoltaiccells 62.2Themainparametersofphotovoltaiccells 73.Maximumpowertrackingcontroltechnology 73.1Reasonsforimplementingmaximumpowertrackingcontrol 73.2Severalcommonmaximumpowertrackingmethods 83.3Improveddual-modeMPPTtechnology 103.4DCconversioncircuit 124CircuitMatlabsimulationofthesystem 134.1Matlabsimulationofequivalentcircuitsofphotovoltaiccells 134.2Photovoltaiccellequivalentcircuitsimulationblockdiagram 134.3Outputcharacteristicsofphotovoltaiccellswhenlightintensitychanges 144.4SimulationofBuckcircuits 145Conclusionandanalysis 18References 19Acknowledgements 20家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究摘要：隨著全球氣候變暖、自然資源匱乏以及可再生能源的緊缺，太陽光照也已變成當今世界最主要的能量一類。其中，光電發(fā)展也是最常用的能量一類，其應用也在不斷擴大。隨著元件生產(chǎn)成本的不斷降低以及新興光電科技的出現(xiàn)，未來的資源可望從常規(guī)的轉(zhuǎn)為可連續(xù)的可再生資源。因此，我們將進一步討論太陽能發(fā)電科技的最近發(fā)展，以及它在實際中的應用。我們還將討論怎樣設計和制造家庭所用的太陽能發(fā)電裝置。我們通過光伏電池的仿真模型，實現(xiàn)對任何功率等級的電池實現(xiàn)迅速的特性仿真。在前述結果基礎上針對不同種類的最大功率跟蹤控制方法，進行了綜合分析比較后，進而提出了改進的雙模式最大功率點跟蹤控制方法。最后對buck基本電路進行仿真并進行了分析。關鍵詞：光伏發(fā)電、太陽能、最大功率點跟蹤、控制

Title:StudyonSolarPowerGenerationSystemBasedonPhotovoltaicTechnologyAbstract:Underthebackgroundofglobalenvironmentalpollutionandincreasinglyseverechangesintheenergysituation,solarradiationhasbecomeoneofthemostimportantsourcesofenergyintheworldtoday.Amongthem,photovoltaicdevelopmentisthemostcommonlyusedformofenergy,anditsapplicationsareconstantlyexpanding..Withthecontinuousreductioninproductioncostsofcomponentsandtheemergenceofnewphotovoltaictechnologies,futureresourcesareexpectedtoshiftfromconventionaltosustainableandrenewableresources..Therefore,wewillfurtherdiscusstherecentdevelopmentsinsolarpowergenerationtechnologyanditsapplicationsinpracticalsettings..Andaseriesofresearchanddevelopmentofhouseholdsolarpowergenerationsystemhasbeenmade.Wehavedevelopedasimulationmodelforphotovoltaiccells,whichcanquicklysimulatethecharacteristicsofcellsofanypowerlevel.Basedonthesimulationresults,weconductedacomprehensiveanalysisandcomparisonofdifferentmaximumpowerpointtrackingcontrolmethods,andproposedanimproveddual-modemaximumpowerpointtrackingcontrolmethod.Finally,wesimulatedandanalyzedabasicbuckcircuit.Keywords:photovoltaicpowergeneration,solarenergy,maximumpowerpointtracking,control

引言由于人類對環(huán)境保護的重視，以及傳統(tǒng)的燃煤燃燒技術的局限性，光伏技術已經(jīng)成為當今社會的重要選擇。它通過使用半導體材料的光電特性，把太陽輻射的熱量變成電力，從而實現(xiàn)節(jié)約資源、保護環(huán)境的目的。因此，它已經(jīng)成為當今社會的重要選擇。光伏發(fā)電具有光電轉(zhuǎn)化效率高、運行成本低、環(huán)境占地面積小等優(yōu)勢，適用于各種規(guī)模、場景和用途的應用。有著越來越多的國家和地區(qū)采用光伏發(fā)電的方式來實現(xiàn)能源多樣化和能源安全。在城市和農(nóng)村，太陽能技術已經(jīng)被應用于供電、熱水、空調(diào)、照明等許多領域。太陽能電池板的應用不僅可以降低環(huán)境污染，還可以減少對石油、煤等傳統(tǒng)能源的需求，以及減少生產(chǎn)和運輸這些能源所產(chǎn)生的二氧化碳等污染物。中國是世界上最大的發(fā)展中國家之一，面臨著在經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間平衡的挑戰(zhàn)。不可再生能源（如石油、天然氣和煤炭等）是人類社會過去幾十年的主要能源來源，但它們的供應是有限的，且使用它們會造成環(huán)境問題和氣候變化。每年有成百上千噸的有害物質(zhì)，如二氧化碳和二氧化硫被排放到大氣中，導致環(huán)境污染加劇，直接影響居民的健康和生活質(zhì)量。同時，這些污染物還會形成酸雨，進一步污染當?shù)氐乃春屯寥馈Ｍ瑫r由于排放大量溫室氣體而產(chǎn)生的溫室效應,已引起全球氣候惡化[1]。不可再生能源受到天氣、地理和季節(jié)等多種因素的影響，其能源產(chǎn)量的不穩(wěn)定性也是一個難以克服的挑戰(zhàn)。這使得不可再生能源無法滿足某些高能耗需求（如高速鐵路和工業(yè)生產(chǎn)等），限制了其市場份額的進一步擴大。目前，全球正在逐漸向可再生能源轉(zhuǎn)型。國內(nèi)：中國在光伏發(fā)電領域已經(jīng)成為全球領導者。中國的光伏發(fā)電業(yè)務發(fā)展迅速，目前的年度規(guī)模已經(jīng)突破250GW，大大高于世界平均水平。特別是上半年，中國的新能源發(fā)電規(guī)模更是突破29.5GW，為世界能源市場帶來重要貢獻。這主要得益于政府出臺了一系列支持政策，如光伏扶貧、光伏扶持等政策。國外：歐洲在光伏發(fā)電領域一直擁有領先優(yōu)勢，其中德國是當之無愧的光伏發(fā)電領導者。歐洲在光伏發(fā)電技術和政策方面投入巨大，仍然是世界上最先進的光伏技術創(chuàng)新和應用領域之一。此外，美國、日本、澳大利亞等國家也在積極推廣光伏發(fā)電?？偟膩碚f，全球各國都在積極發(fā)展光伏發(fā)電，相信未來可再生能源將會越來越被重視，光伏發(fā)電的應用也會不斷擴大。此外，全球?qū)τ诃h(huán)境保護和氣候變化的重視不斷提高，這也為光伏發(fā)電的發(fā)展提供了有利的環(huán)境和機遇。隨著技術和市場的進一步發(fā)展，光伏發(fā)電將逐漸占據(jù)更大的市場份額，成為未來可持續(xù)發(fā)展的主流能源之一。光伏發(fā)電還有以下一些特點和趨勢：(1)建設靈活：光伏發(fā)電可以建設在各種地形和地理位置，不需要大量土地，對環(huán)境和生態(tài)沒有很大的破壞，且可以進行分布式建設。(2)維護便利：與傳統(tǒng)能源相比，光伏發(fā)電沒有大型設備，維護較為簡單，而且具有長期使用壽命，可以節(jié)約維護成本。(3)安全性高：與火力發(fā)電等傳統(tǒng)能源相比，光伏發(fā)電不會產(chǎn)生煙塵和廢氣等有害物質(zhì)，減少了環(huán)境污染和安全隱患。(4)占地面積?。号c傳統(tǒng)發(fā)電相比，光伏發(fā)電所需的占地面積較小，適合在城市等場所建設，這進一步促進了光伏發(fā)電的普及和應用?？傮w來說，光伏發(fā)電已經(jīng)成為全球關注焦點和未來能源發(fā)展方向之一。隨著技術、政策、市場和環(huán)境等各種因素的不斷推動，我們有足夠的理由相信，光伏發(fā)電將會越來越被人們所重視和使用，為人類提供更加清潔、安全、可持續(xù)的能源。

1光伏電池的光電轉(zhuǎn)換機理與應用1.1工作原理通過利用半導體材料的電學特性，光伏電池可以將太陽輻射轉(zhuǎn)化為可再生能源，從而實現(xiàn)可再生能源的利用。其工作原理主要是基于光伏效應。光伏效應是指某些材料在受到光照時產(chǎn)生電能的現(xiàn)象。該過程分為以下幾個步驟：(1)光子激發(fā)：光子激發(fā)是指物質(zhì)或材料受到光的作用而激發(fā)電子的一種現(xiàn)象。具體來說，物體被光照射時會吸收光能，此時物質(zhì)或材料中的電子會躍遷到高能級態(tài)，這種現(xiàn)象稱為光子激發(fā)。光子激發(fā)在光伏發(fā)電、光致發(fā)光[2]、光致變色[3]、光化學反應等方面都有重要應用。(2)電子運動：導帶中的電子會被電場推動向電極移動。(3)電子流：在光伏電池的兩端設置電極，電子通過電極流入電路中，從而產(chǎn)生電動勢和電流。(4)電荷補償[4]：在光伏電池的內(nèi)部，載流子被電場控制，電荷在電場的作用下得到補償，從而使得光伏電池內(nèi)部的電場保持穩(wěn)定。通過以上過程，光伏電池將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能，并輸出到電路當中。不同類型的光伏電池在具體實現(xiàn)上可能有所不同，但是其本質(zhì)的工作原理都是基于光伏效應的。在光伏電池的工作過程中，材料的選擇非常重要。通常，選擇的材料應具有以下幾個特征：(1)半導體特性：能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換成電能的材料必須是半導體，例如硅、鎵等。(2)穩(wěn)定性：光伏電池通常需要具有多年的使用壽命，并且在不同的環(huán)境條件下仍能夠保持穩(wěn)定的性能。(3)高轉(zhuǎn)換效率：材料需要能夠具有低反射率、高透光性和高吸收率等特性，以提高光能的利用率。(4)低成本：選材需要考慮成本因素，選擇性價比高的材料。光伏電池的類型根據(jù)其結構和制作工藝的不同，可以分為以下幾種類型：硅的結構類型，薄膜型光伏電池，有機太陽能電池，無機半導體太陽能電池等。這些不同類型的電池材料都有著各自的特點，并且可以根據(jù)不同的需要進行選擇應用。1.2光伏電池的光伏效應光伏效應是指在光照下，光伏材料中的能帶結構被激發(fā)，使其內(nèi)部的載流子（電子和空穴）能夠被激發(fā)到達能帶的導帶或價帶，形成電子空穴對并且發(fā)生電流的現(xiàn)象。通過使用光伏技術，我們可以將太陽能轉(zhuǎn)換成可再生能源。在典型的光伏電池中，材料通常是以硅（Si）為主要成分的半導體。硅在不受光照時是一種絕緣體，但當受到光照時，會形成內(nèi)部電場，當施加正向電壓時會形成電流。這個電流可以被導線連接到鉛蓄電池或一個外部電路中。因此，光伏效應是光伏電池工作的關鍵。利用太陽光轉(zhuǎn)化成電能的光伏效應，可以有效地利用可再生的太陽能，來提供清潔的、可再生的能源。實際上，光伏效應并不僅限于硅材料，許多其他的材料也能實現(xiàn)這種效應。目前，太陽能電池的發(fā)展趨勢是發(fā)掘具有高效轉(zhuǎn)換率和低成本的材料。這些新型材料包括銅銦鎵硒（CIGS）、硫化鋅和鈣鈦礦等，它們能夠?qū)崿F(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)化。雖然光伏效應是一種非常有前途的能源轉(zhuǎn)化方式，但是光伏電池的生產(chǎn)、安裝和維護等過程也面臨著很大的挑戰(zhàn)，其中最重要的挑戰(zhàn)之一就是成本。不過近年來，太陽能電池的技術和成本都有了很大的進步，而且在未來，隨著技術的不斷發(fā)展，光伏電池將會越來越普及，成為一種非常重要的清潔能源。1.3光伏電池的等效電路當太陽輻射照耀光伏電池，電子便會朝著不同的方向運行，并且隨著太陽輻射的增加，電池的電量也隨之增加。而且，由于現(xiàn)代的太陽能電池通常都是由P-N結二極管組裝而成，所以它們能夠承受更高的太陽輻射，并且能夠提供持續(xù)的電力。當P-N結達到最佳性能時，我們應該采用光伏電池的相應模型，具體表現(xiàn)形式見圖1-1。圖SEQ圖\*ARABIC1-1理想狀態(tài)的太陽能電池等效電路圖在實際的光伏電池中，由于光伏電池的特性，其表面、背部的電極、接頭的電阻、以及其自身的電阻等因素都會導致電流的消失，而這種影響通常通過串聯(lián)的Rs來反映出來。同時，電池邊緣的漏電可能導致一部分電流被短路，這可以用并聯(lián)電阻Rsh表示。理想的光伏電池中，Rs很小，Rsh很大，可以忽略不計，相應的，該系統(tǒng)的基本組成部分是一個具有Iph的恒定輸出，并配置了一個雙向的二極管。另一方面，該系統(tǒng)還具有一系列的分布式電容，然而，因為直流設備沒有高頻交流分量的，所以被完全拋棄。硅型光伏電池的電路結構必須具備P-N結構，以及P-N結形成的其他分布電容[5][6]。這些電容的值取決于P型和N型半導體材料的厚度和材料的介電常數(shù)。但是這些電容不會影響光伏電池的正常運行，可以省略。為此，為了深入理解光伏電池的工作原理，必須通過構建相關的電路來研究它的電壓、電流、填充因子等參數(shù)，并且結合實際情況，才能夠有針對性的實施圖1-SEQ圖\*ARABIC2實際光伏電池等效電路圖由以上內(nèi)容和電力圖可得出以下方程式ID=IoIL=Iph-Isc=IoUoc=AKTq其中IL為電池單元輸出電流:

lph

為光生電流(A)[7];

I0

為二極管的反向飽和電流(A);Ud為等效二極管的端電壓(V);

q是單位電荷(1.6x10*9C);

K是波爾茲曼常數(shù)(0.86x10^*eV/K);

T是絕對溫度(K);

A為P-N結的曲線常數(shù)弱光下，有Iph<<Io,使得Uoc=AKTqIphI從結果來看，硅型光伏電池的開路電壓與光照強烈程度存在著明顯的正相關，即，光照越弱，其電流就越低，光照越強，其電流就會越高，通常介于0.5~0.58V左右。理想等效電路方程為IL=Iph2光伏電池的輸出特性以及影響因素2.1光伏電池的p-v和I-v特性曲線光伏電池的輸出特性主要由以下三個因素決定：（1）光強：隨著光照強度的提高，光伏電池的輸出電壓和電流也會隨之增加，并在某一點達到最大值。（2）溫度：溫度越高，光伏電池的輸出電壓和電流就越低。這是因為溫度會影響到光伏電池的半導體材料導電性能。溫度越高，半導體材料的導電性能就越差。（3）陰影：光伏電池表面被掩蓋的部分。在光伏電池的輸出功率上的影響主要取決于遮擋部分的面積、位置和持續(xù)時間。對于現(xiàn)代的光伏系統(tǒng)來說，設計者通常會盡量避免出現(xiàn)陰影，因為即使是一個很小的陰影都可以對整個系統(tǒng)的輸出功率產(chǎn)生重要影響。光伏電池組件是由若干電池組成的，如果一個電池上出現(xiàn)陰影，那么只要在整個組件中有一塊電池出現(xiàn)陰影，這個組件的輸出就會下降。以上三個因素是光伏電池輸出特性的主要影響因素。了解這些因素可以有效指導光伏電池系統(tǒng)的設計。電池的性能可通過伏安特性曲線和溫度特性曲線表示[8][9]。在這篇文章中，我們將主要研究電池的伏安特性和溫度特性以及它們的影響因素。伏安特性曲線反映了光照強度對光伏電池輸出電流和電壓的影響[10]。光伏電池的輸出功率可以通過伏安特性曲線來計算，其最大值對應的電壓和電流就是最大輸出功率點的電壓和電流。光伏電池有三種常見的伏安特性曲線：正常伏安特性曲線、暗特性曲線和短路電流曲線，分別描述了在正常光照、無光照[11]和短路狀態(tài)下的輸出特性[12]。光伏電池溫度特性曲線描述了光伏電池輸出電壓與溫度之間的關系。隨著溫度增加，光伏電池的電壓輸出減小。通常情況下，每個電池片都會有一個溫度系數(shù)來描述這種關系。圖2-1光伏電池的I-V特性曲線2.2光伏電池的主要參數(shù)光伏電池的重要參數(shù)有開路電壓、短路電流、最大功率等。最大功率是指在最佳工作狀態(tài)下光伏電池輸出的功率。光伏電池的功率受多種因素的影響，因此發(fā)電系統(tǒng)應經(jīng)常改變以使系統(tǒng)工作在最大功率點附近。以下給出幾種情況下的p-v和I-v特性曲線。圖2-2不同光照強度下I-V和P-V特性曲線圖2-3不同電池溫度下I-V和P-V特性曲線3最大功率跟蹤控制技術3.1實現(xiàn)最大功率跟蹤控制的原因一般來說，太陽能電池板的特性曲線會隨著周圍因素的變化而產(chǎn)生相應的偏移和變形。為了確保光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的可靠性，必須采用最大功率點跟蹤控制，使光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在工作時以最大的效率產(chǎn)生電能。當前，為了實現(xiàn)最大功率點的跟蹤控制，已經(jīng)提出了多種方法，常見的方法包括恒電壓控制法[13],觀察法[14],電導增量法[15]。恒電壓控制法會自動保持電池電壓的大小，以使光伏電池的輸出功率達到最大，并且保持在這一點上運行。但是，該方法的系統(tǒng)響應較慢，且容易產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩。擾動觀察法則是一種基于擾動反饋的自適應控制方法，它通過對光伏系統(tǒng)進行擾動，然后通過觀察響應的變化，來實現(xiàn)最大功率點的跟蹤。這種方法的優(yōu)點在于可靠性和穩(wěn)定性較好，但是需要進行比較復雜的算法設計。電導增量法是一種高效的光伏系統(tǒng)跟蹤技術，它可以通過測量電阻來實現(xiàn)最大功率點的跟蹤，這種技術操作簡便，可以提供準確的信息，并且可以快速響應，但是需要對電池的特性曲線進行精確的分析和計算，以確保最佳的效果。在未來，隨著光伏發(fā)電技術的不斷發(fā)展和普及，光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和成本會得到進一步的提高。同時，最大功率點跟蹤控制技術的研究和應用也將成為光伏系統(tǒng)領域一個重要的研究方向。3.2幾種常見的最大功率跟蹤方法（1）恒電壓控制法根據(jù)上述數(shù)據(jù)，當光伏電池處于不斷變化的環(huán)境中，其最高功率輸出會維持在特定的電壓水平，從而實現(xiàn)對其進行阻抗變換，使得系統(tǒng)成為一個穩(wěn)壓器，這樣可以保證輸出功率在最大功率點附近。具體來說，該方法需要一定的控制電路和控制算法來實現(xiàn)。電路中通常包括一些比較器、放大器、運算放大器等元器件，用于將光伏陣列的電壓和電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再通過微處理器或者控制板卡等設備，使用一些控制算法進行處理，控制充電器輸出的電壓。恒電壓控制法的優(yōu)點在于其響應速度較快，且可以在不同的溫度和光照強度條件下進行穩(wěn)定的跟蹤。然而，如果陣列的溫度或光照條件變化較大，該控制方法的最大功率點跟蹤效果可能不理想，此時需要采用其他更為復雜的控制策略來優(yōu)化系統(tǒng)的性能。（2）擾動觀察法相比于恒電壓控制法，擾動觀察法更加精準，它將微弱的干擾施加到光伏陣列的工作點，以便觀察功率的變化，以此來確定最大功率點的位置，并且控制充電器的電壓，以便讓工作點保持在最大功率點附近，從而實現(xiàn)最佳的輸出效果。擾動觀察法的優(yōu)點在于其適用于不同光照條件和溫度條件下的最大功率點跟蹤，而且具有較高的控制精度和穩(wěn)定性。但是，該方法需要一定的擾動信號，并且需要對充電器進行控制，因此實現(xiàn)起來可能比恒電壓控制法更為復雜。同時，對于一些非線性的光伏陣列模型，該方法的效果可能也不夠理想。擾動觀察法如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC3-1擾動觀察法的流程(3)電導增量法通過p-v曲線可知在最大功率點pm斜率為零，因此公式（2）立，將公式(1)代入到公式(2)推導便得到公式（3P=V*I（1）dp/dv=I+V*dp/dv=0（2）dI∕dv=-I/V（3）圖3-2光伏電池陣列P-V曲線據(jù)圖3-2，dp/dv值和輸出電壓值之間存在著密切的關系。當dp/dv值等于0時，它們位于最高的功率值附近；當dp/dv>0時，它們位于最高的功率值的左側(cè)；當dp/dv<0時，它們位于最高的功率值的右側(cè)。采用電導增量法，可以準確地控制逆變器的輸出功率，以確保太陽能光伏控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即將其調(diào)整到與目前的最高輸出功率點相對應的位置，避免了不必要的變化。通過使用電導增量法，我們可以在轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€新的狀態(tài)后，依靠電流的變化來進行準確的判斷，避免了錯誤的判斷。3.3改進的雙模式MPPT技術改進的雙模式MPPT技術（improveddual-modeMPPTtechnology）是一種用于太陽能光伏電池的最大功率點跟蹤（MPPT）技術。它采用兩種不同的功率跟蹤模式，以便更好地適應不同光照條件下的太陽能電池輸出特性。傳統(tǒng)的MPPT技術只使用一種跟蹤模式，需要在不斷地試驗中確定功率點。這種方法效率較低，不利于日常使用。因此，改進的雙模式MPPT技術提供了更高效、更靈活的能量跟蹤方式。一種模式是適用于弱光照條件下的太陽能電池的掃描模式。它通過對電池電壓進行掃描，檢測到最大功率點，并實現(xiàn)跟蹤。該模式的優(yōu)點是跟蹤速度較快，對于光照弱的場合下，可以提高能量利用率。另一種模式是在強光照條件下的被動跟蹤模式。當光照強度較高時，太陽能電池的輸出電壓基本保持不變，這種情況下使用掃描模式無法有效跟蹤。所以在這種情況下，另一種模式通過在線性逼近法的基礎上，對輸出電流和功率進行快速檢測和修正，使太陽能電池能夠保持在最大功率點上輸出。該模式的優(yōu)點是能夠快速、穩(wěn)定地跟蹤最大功率點，并充分利用強光照條件下太陽能電池的輸出能力?？偟膩碚f，改進的雙模式MPPT技術能夠在不同的光照條件下提高太陽能電池的利用率，并且能夠提高能源收集效率。雙模式控制的原理：首先介紹擾動觀察法和短路電流法擾動觀察法：擾動觀察模式是一種被動式的跟蹤模式。在該模式下，控制器會在太陽能電池的工作點附近添加一個微小的電流或電壓擾動，然后測量太陽能電池的電流、電壓和功率，并計算功率的斜率。這個斜率告訴控制器最佳工作電壓點的位置。擾動觀察模式的特點是反應速度較快，能夠在短時間內(nèi)快速跟蹤到最大功率點，并能夠應對弱光等特殊情況下的跟蹤要求，但對噪聲和波動具有一定的敏感性。短路電流法：通過短路電流法，可以有效地控制光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，這一技術的核心原理是通過觀察短路電流與工作電流的關系，實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效調(diào)節(jié)。由短路電流法知，系統(tǒng)的輸出功率與光伏器件的短路電流呈現(xiàn)出一種接近的比例關系，而且隨著光照條件的變化，這種比例關系也會發(fā)生變化，從而使得理論上的最大輸出功率點也隨之發(fā)生變化。通過不斷地測量和調(diào)節(jié)電路，讓系統(tǒng)輸出功率和最大功率點趨于一致，最終實現(xiàn)輸出功率的最大化。相比于傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)控制技術，短路電流法更加簡便，控制精度更高，反應更迅速，這些都是它的顯著優(yōu)勢。此外，該方法對控制器的要求較低，所以較多應用于大規(guī)模系統(tǒng)。短路電流的獲?。簜鹘y(tǒng)的光伏器件短路電流Is采樣過程對系統(tǒng)運行存在干擾,因此會降低系統(tǒng)的效率并使控制變得復雜被采用[16][17]。根據(jù)上述分析，實施雙模式控制方法的步驟可以總結為三個：首先是在線計算短路電流Is，其次是根據(jù)該值進行初步控制，以將電路維持在最大功率點附近。最后，采取適當?shù)男〔礁蓴_，使輸出功率得到提升，并最終穩(wěn)定在最大功率點處。因此，可以設計出如下圖：圖3-3電導增量法流程圖工作原理：根據(jù)獲得的電壓與電流并結合△P（k）/△V（k）[18]其為正值則工作在最大功率左邊反之右邊。此時若在最大功率點附近，則可以施加小干擾進行調(diào)節(jié)，若不在附近，則可以用短路電流進行固定參數(shù)法[19][20]來調(diào)節(jié)。3.4直流變換電路在家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，最大功率跟蹤的實現(xiàn)是在DC/DC級。因此，在按DC/DC變換電路分類中，主要采用了降壓式變換電路（BuckConverter）。4系統(tǒng)的電路Matlab仿真4.1光伏電池等效電路的Matlab仿真研究建立了太陽能光伏電池陣列的仿真模型，通過分析其物理機制，進行了不同光照條件下的I-V特性和P-V特性的仿真。4.2光伏電池等效電路仿真框圖隨著瞬間光照強度S的增加，光生電流也會呈正比增長，而當溫度從T升至298K時，光生電流Iph會發(fā)生Iph=5.46*10-3*S受控電流源Iph模擬光生電流(A)其中S為瞬間光照強度(KW/m2),T則是指環(huán)境氣溫,Ta為光伏電池器件溫度ID=2*8*10-4*其中B為常量,由光伏陣列決定。通過使用Matlab/simulink，我們構建了一個光伏電池的仿真參數(shù)模型。建立兩個函數(shù)模塊表示公式(1)、(2)，Displayl,

2,

3模塊分別顯示光伏電池的輸出電流、輸出電壓、輸出功率值。圖SEQ圖\*ARABIC4-1光伏電池仿真框圖4.3光照強度變化時光伏電池的輸出特性當太陽輻射強度升高時，光伏電池的電量也將相應提升，而當輻射強度降低時，電量也將相應降低。由于光生電流IPh對日照強度的響應較為敏感且與其成正比，因此，可以通過改變S將I0設定為I0=0.0008A，t設定為t=300K，Rsh設定為Rsh=5000Ω，Rs設定為Rs=2.25Ω，并將環(huán)境溫度調(diào)節(jié)至298K，器件溫度調(diào)節(jié)至330K，從而根據(jù)R值對S賦的值，將其分別設定為1KW/m2、0.7KW/m2和0.4KW/m2，進行仿真，從而獲得光伏電池的輸出電流、電壓和功率值，,圖4-2光伏電池I-V曲線圖4-3光伏電池P-V曲線4.4Buck電路的仿真在模型中開關器件采用了MOSFET,

MOSFET的驅(qū)動信號由脈沖發(fā)生器Pulse產(chǎn)生，設定脈沖發(fā)生器的脈沖周期和脈沖寬度可以調(diào)節(jié)脈沖占空比。模型中連接了多個示波器，用于觀察線路中各部分電壓和電流。仿真的模型線路如圖4-4圖4-4仿真框圖圖4-5MOSFET的驅(qū)動信號圖4-6二極管兩端電壓圖4-7MOSFET的電流圖4-8二極管電流圖4-9輸出電壓圖4-10輸出電流5結論與分析由圖4-2和4-3表明光伏電池的輸出特性呈現(xiàn)出非線性的曲線形狀，在該曲線上存在一個最大功率點。隨著日照強度的提高，光伏電池輸出的電能也隨之增加，并在曲線上達到最大值。圖4-5所示為MOSFET的驅(qū)動脈沖。圖4-6所示為二極管兩端的電壓，從圖中可以看到，在二極管導通瞬間由于電感的di/dt

作用使二極管兩端電壓出現(xiàn)尖峰。圖4-7和圖4-8則分別是通過MOSFET和二極管的電流，從圖中可以看到在MOSFET關斷時，電感電流經(jīng)電阻負載和二極管形成環(huán)路，使電阻兩端波形連續(xù)，但是電壓的波動很大，增大電感可以減少輸出電壓的脈動，但是要增加電感的體積。一般既要減少輸出電壓的脈動又要使電感不太大，可以采取的措施是提高斬波頻率和采用電容濾波，