最大功率點(diǎn)追蹤簡(jiǎn)介

光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)可能會(huì)連接逆變器、外部電網(wǎng)、電池組或是其他的電子負(fù)載。但不論其連接的負(fù)載為何， 最大功率點(diǎn)追蹤要處理的問(wèn)題都類似，就是太陽(yáng)能電池功率傳輸?shù)男屎驼盏教?yáng)能板上的日照量有關(guān)，也和負(fù)載的電子特性有關(guān)。當(dāng)日照情形變化時(shí)，可以提供最大功率傳輸效率的負(fù)載曲線也隨之變化，若負(fù)載可以配合功率傳輸效率最高的負(fù)載曲線來(lái)調(diào)整，系統(tǒng)會(huì)有最佳的效率。功率傳輸效率最高的負(fù)載特性稱為最大功率點(diǎn)（maximum power point）。而最大功率點(diǎn)追蹤就是設(shè)法找到最大功率點(diǎn)，并使負(fù)載特性維持在這個(gè)功率點(diǎn)?？梢栽O(shè)計(jì)電路來(lái)表示連接到太陽(yáng)能電池上的任何負(fù)載，之后再轉(zhuǎn)換電壓、電流或是頻率以配合其他系統(tǒng)。而最大功率點(diǎn)追蹤可以找到為了得到最大可用功率所需要的最佳負(fù)載。

太陽(yáng)能電池其溫度和總電阻之間有復(fù)雜的關(guān)系，因此其輸出效率會(huì)有非線性的關(guān)系，可以用電流-電壓特性曲線來(lái)表示。最大功率點(diǎn)追蹤的目的就是在太陽(yáng)能電池的輸出取様，在任意的環(huán)境條件下都設(shè)法維持最大功率輸出。最大功率點(diǎn)追蹤設(shè)備一般都會(huì)整合到電能轉(zhuǎn)換設(shè)備中，設(shè)備包括電壓或是電流的轉(zhuǎn)換、濾波、再驅(qū)動(dòng)像電網(wǎng)、電池或是馬達(dá)等負(fù)載。

1）太陽(yáng)能逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，可以整合最大功率點(diǎn)追蹤。這類的逆變器根據(jù)太陽(yáng)能模組的資料（I-V曲線）計(jì)算輸出功率，再調(diào)整負(fù)載使輸出功率最大。

2）最大功率點(diǎn)的功率（P_mpp）是最大功率點(diǎn)電壓（V_mpp）及電流（I_mpp）的乘積。

太陽(yáng)能電池可以輸出的最大功率和環(huán)境之間有復(fù)雜的關(guān)系 。形狀因子定義為太陽(yáng)能電池的最大功率，除以開(kāi)路電壓V_oc和短路電流I_sc乘積后的比值。在計(jì)算中常用形狀因子來(lái)估計(jì)光伏電池在一定條件下可以產(chǎn)生的最大功率

在一定的操作條件下，電池會(huì)有一個(gè)工作點(diǎn)，其電流（I）及電壓（V）的乘積（電功率）會(huì)是最大值。此數(shù)值會(huì)對(duì)應(yīng)特定的電阻，依歐姆定律會(huì)等于

若太陽(yáng)能電池的負(fù)載阻抗等于上述值的倒數(shù)，此時(shí)可以從太陽(yáng)能電池中輸出最大的功率。有時(shí)此數(shù)值也稱為太陽(yáng)能電池的“特征阻抗”，此數(shù)值是一個(gè)動(dòng)態(tài)的量，和日照程度、溫度及太陽(yáng)能電池的壽命有關(guān)。若電阻小于或大于此數(shù)值，所抽取的功率都會(huì)小于最大功率，因此太陽(yáng)能電池就沒(méi)有在最理想、最有效率條件下運(yùn)作。最大功率點(diǎn)追蹤會(huì)用幾種不同的控制電阻或是邏輯來(lái)找到最大功率點(diǎn)，使轉(zhuǎn)換器可以從太陽(yáng)能電池中抽取最大的功率。

控制器有不同的策略來(lái)找到模組的最大功率輸出。最大功率點(diǎn)追蹤控制器可能有不同的算法，并且視運(yùn)作條件選擇適當(dāng)?shù)乃惴ā?h3 class="title-text">最大功率點(diǎn)追蹤擾動(dòng)觀察法

擾動(dòng)觀察法（Perturb and observe）的控制器會(huì)小幅的增加或減少電壓，并且量測(cè)其功率。若功率增加，繼續(xù)依相同方向調(diào)整電壓，一直到功率不增加為止。此方式稱為擾動(dòng)觀察法（Perturb and observe），是最常見(jiàn)的最大功率點(diǎn)追蹤方式，不過(guò)其輸出可能會(huì)有小幅的功率震蕩。此算法屬于爬山算法，是依照功率對(duì)電壓的曲線在未到最大功率時(shí)曲線會(huì)上升，超過(guò)最大功率時(shí)曲線會(huì)下降的特性而來(lái)的。擾動(dòng)觀察法因?yàn)槿菀讓?shí)現(xiàn)，是最常使用的最大功率點(diǎn)追蹤方式。若是配合了適當(dāng)?shù)墓罍y(cè)及適應(yīng)性爬山算法，擾動(dòng)觀察法可以達(dá)到最高的效率。

最大功率點(diǎn)追蹤增量電導(dǎo)法

增量電導(dǎo)法（incremental conductance method）的控制器會(huì)漸進(jìn)式的調(diào)整太陽(yáng)能模組的電壓及電流，以預(yù)測(cè)改變電壓后的影響。此方式的控制器計(jì)算量較大，但追隨條件變化的速度比擾動(dòng)觀察法要快。增量電導(dǎo)法和擾動(dòng)觀察法類似，可能會(huì)造成輸出功率的震蕩。此方法會(huì)利用太陽(yáng)能模組的增量電導(dǎo)（incremental conductance, dI/dV)，來(lái)計(jì)算功率對(duì)應(yīng)電壓變化比例(dP/dV)的符號(hào)為正或?yàn)樨?fù)。

增量電導(dǎo)法計(jì)算最大功率點(diǎn)的方式是比較增量電導(dǎo)（I_Δ/ V_Δ）和模組的電導(dǎo)（I / V）。若二者相同時(shí)（I / V = I_Δ/ V_Δ），其輸出電壓即為最大功率點(diǎn)電壓?？刂破鲿?huì)維持此電壓，若照射條件改變時(shí)，會(huì)再重復(fù)上述的流程。

最大功率點(diǎn)追蹤電流掃描法

電流掃描法（current sweep method）會(huì)針對(duì)太陽(yáng)能模組配合一個(gè)掃描用的電流波形，可以每隔一段時(shí)間量測(cè)且更新電流-電壓曲線的關(guān)系。再依最新的電流-電壓曲線找到最大功率點(diǎn)，設(shè)法使系統(tǒng)運(yùn)作在最大功率點(diǎn)。

在夜間，未連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能系統(tǒng)會(huì)用電池來(lái)提供能量給負(fù)載。已經(jīng)充電充飽的電池組電壓會(huì)接近太陽(yáng)能面積的最大功率點(diǎn)電壓。但若電池組只放電了一半，天亮?xí)r的電壓和最大功率點(diǎn)電壓差異較大。因此電池的充電需在電壓比最大功率點(diǎn)電壓小很多時(shí)就要可以動(dòng)作，MPPT也可以處理這類的問(wèn)題。

若電池已充飽電，太陽(yáng)能系統(tǒng)的輸入已超過(guò)負(fù)載需要的功率，MPPT就不再運(yùn)作在最大功率點(diǎn)，MPPT會(huì)調(diào)整其操作功率點(diǎn)，使太陽(yáng)能系統(tǒng)產(chǎn)生的功率符合負(fù)載需要的功率。（另一種在太空船中常用的作法是將太陽(yáng)能系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)多的功率由電阻負(fù)載消耗，使面板可以持續(xù)運(yùn)作在最大功率點(diǎn)。）

若是有連接電網(wǎng)的光伏系統(tǒng)，所有產(chǎn)生的能量都會(huì)送到電網(wǎng)。因此這類系統(tǒng)的MPPT會(huì)持續(xù)的運(yùn)作在最大功率點(diǎn)。2100433B