什么是MPPT

上圖中，光伏組件的輸出電壓和電流遵循I-V曲線（綠色）、P-V曲線（藍色），如果希望逆變器輸出的功率最大，就需要直流電壓運行在紅點所在的最大點，這個點就是最大功率點。假如最大功率點是550V，550V時功率是200W。此時，運行在520V時的功率約為190W，580V時約為185W，都沒有550V時的功率大。逆變器如果跟蹤不到550V，就損失了發(fā)電量，但不會對系統(tǒng)產生其他影響。

那為什么還要不斷跟蹤呢？因為這個曲線隨著光照強度、溫度和遮擋的不同在變化著，最大功率點也就在變化了，可能早上最大功率點電壓是560V，中午是520V，下午是550V，所以逆變器需要不斷地尋找這個最大功率點，也就是最大功率點跟蹤了，這樣才能保證全天的電池板能量都能最大化地輸出出來，不浪費太陽能資源。

在了解上述基本知識的基礎之上，我們再來聊一聊MPPT。

MPPT，即MaximumPowerPointTracking的簡稱，中文為“最大功率點跟蹤”，它是指逆變器根據外界不同的環(huán)境溫度、光照強度等特性來調節(jié)光伏陣列的輸出功率，使得光伏陣列始終輸出最大功率。

最大功率點跟蹤的原理

隨著電子技術的發(fā)展，當前太陽能電池陣列的MPPT控制一般是通過DC/DC變換電路來完成的。其原理框圖如下圖所示。

光伏電池陣列與負載通過DC/DC電路連接，最大功率跟蹤裝置不斷檢測光伏陣列的電流電壓變化，并根據其變化對DC/DC變換器的PWM驅動信號占空比進行調節(jié)。

對于線性電路來說，當負載電阻等于電源的內阻時，電源即有最大功率輸出。雖然光伏電池和DC/DC轉換電路都是強非線性的，然而在極短的時間內，可以認為是線性電路。因此，只要調節(jié)DC-DC轉換電路的等效電阻使它始終等于光伏電池的內阻，就可以實現光伏電池的最大輸出，也就實現了光伏電池的MPPT。

逆變器的MPPT有什么用

由于太陽能電池收到光強以及環(huán)境等外界因素的影響，其輸出功率是變化的，光強發(fā)出的電就多，帶MPPT最大功率跟蹤的逆變器就是為了充分的利用太陽能電池，使之運行在最大功率點。也就是說在太陽輻射不變的情況下，有MPPT后的輸出功率會比有MPPT前的要高，這就是MPPT的作用所在。

就假設說MPPT還沒開始跟蹤，這時組件輸出電壓是500V，然后MPPT開始跟蹤之后，就開始通過內部的電路結構調節(jié)回路上的電阻，以改變組件輸出電壓，同時改變輸出電流，一直到輸出功率最大（假設是550V最大），此后就不斷得跟蹤，這樣一來也就是說在太陽輻射不變的情況下，組件在550V的輸出電壓情況，輸出功率會比500V時要高，這就是MPPT的作用。

MPPT的算法

目前，光伏陣列的最大功率點跟蹤（MPPT）技術，國內外已有了一定的研究，發(fā)展出各種控制方法常，常用的有一下幾種：恒電壓跟蹤法（ConstantVoltageTracking簡稱CVT）、干擾觀察法（PerturbationAndObservationmethod簡稱P&O）、增量電導法（IncrementalConductancemethod簡稱INC）、基于梯度變步長的電導增量法等等。（這些算法只能用在無遮擋的條件下）

1）單峰值功率輸出的MPPT的算法

目前，在無遮擋條件下，光伏陣列的最大功率點跟蹤（MPPT）的控制方法常用的有以下幾種：

l恒電壓跟蹤法（ConstantVoltageTracking簡稱CVT）

l干擾觀察法（PerturbationAndObservationmethod簡稱P&O）

l增量電導法（IncrementalConductancemethod簡稱INC）

l基于梯度變步長的電導增量法，等等。

2）多峰值功率輸出MPPT算法

普通的最大功率跟蹤算法，如擾動觀測發(fā)和電導增量法在一片云彩的遮擋下就有可能失效，不能實現真正意義的最大功率跟蹤。目前，國際上也有人提出了多峰值的MPPT算法，主要包含如下三種：

結合常規(guī)算法的復合MPPT算法

Fibonacci法

短路電流脈沖法

光伏逆變器MPPT技術對系統(tǒng)發(fā)電量影響

在光伏系統(tǒng)中，逆變器的成本不到5%，卻是發(fā)電效率的決定性因素之一，當組件等配件完全一致時，選擇不同的逆變器，系統(tǒng)的總發(fā)電量有5%到10%的差別，這個差異的主要原因就是逆變器造成的。而MPPT效率是決定光伏逆變器發(fā)電量關鍵的因素，其重要性甚至超過光伏逆變器本身的效率，MPPT的效率等于硬件效率乘以軟件效率，硬件效率主要由采樣電路的精度，MPPT電壓范圍，MPPT路數來決定的，軟件效率主要由控制算法來決定的。

最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，簡稱MPPT）是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一項核心技術，它是指根據外界不同的環(huán)境溫度、光照強度等特性來調節(jié)光伏陣列的輸出功率，使得光伏陣列始終輸出最大功率。

中國光伏市場的爆發(fā)，促進了光伏逆變器的發(fā)展，各種技術層出不窮。目前使用的有集中式逆變器，單級組串式逆變器，雙級組串式逆變器，集散式逆變器，高頻模塊化逆變器，MPPT的技術也是多種多樣。

1、MPPT采樣電路精度

MPPT實現的方法有很多種，但不管用哪種方法，首先要測量組件功率的變化，再對變化做出反應。這其中最關鍵的元器件就是電流傳感器，它的測量精度和線性誤差將直接決定硬件效率，電流傳感器做得比較好的廠家有瑞士的LEM，美國的VAC，日本的田村等，有開環(huán)和閉環(huán)兩種，開環(huán)的電流傳感器一般是電壓型，體積少，重量輕，無插入損耗，成本低，線性精度99%，總測量誤差1%左右，閉環(huán)的電流傳感器，頻帶范圍寬，精度高，響應時間快，抗干擾能力強，線性精度99.9%，總測量誤差0.4%。

天氣劇烈變化時，使用閉環(huán)傳感器有優(yōu)勢。

2、MPPT電壓范圍

逆變器的工作電壓范圍和逆變器的電氣拓撲結構以及逆變器輸出電壓有關，組串式逆變器和集散式逆變器是雙級電氣拓撲結構，MPPT工作電壓范圍在250-850V之間，集中式逆變器是單級結構，輸出電壓有270V，315V，400V等規(guī)格，輸入MPPT電壓范圍有450-850V，500-850V，570-850V等多種，還有一種單級結構的組串式逆變器，只有一級DC-AC逆變器，輸出電壓是400V，MPPT輸入電壓范疇是570-850V。從應用的角度來看，各有優(yōu)勢和缺點。

1）從逆變器角度上講，輸出電壓越高的逆變器，相同功率等級，電流越低，效率也就越高。單級比雙級結構簡單，可靠性高，成本低，價格便宜。

2）從系統(tǒng)角度上講，逆變器MPPT電壓范圍越寬，可以早啟動，晚停機，發(fā)電時間長。

3）根據電壓源串聯原理，系統(tǒng)輸出電壓相加，電流不變。光伏組件串聯后，輸出電流是由最少的電池板來決定的，受到組件原材料，加工工藝，陰影，灰塵等影響，一塊組件功率降低，這一串的組件功率都會降低，因此組件串聯數目要盡量少，并聯的數目盡量多，才能減少由于組件的一致性而帶來的影響。

3、MPPT的路數

目前組串式逆變器，MPPT路數有1到5路不等，集中式逆變器一般是1路MPPT，集散式逆變器，把匯流箱和MPPT升壓集成在一起，有多路MPPT，還有一種高頻模塊化逆變器，每一個模塊有一路MPPT。

從解決失配的問題角度來說，MPPT數量越多越有利；從穩(wěn)定性和效率上來說，MPPT的數量越少越好，因為MPPT數量越多系統(tǒng)成本越高，穩(wěn)定性越差，損耗越多。因此需要結合實際地形需求選擇合適的方案。從理論上講，組件的不一致性要超過0.5%以上，才有使用的價值。

1）功能損耗：MPPT算法很多，有干擾觀察法、增量電導法、電導增量法等等，不管是哪一種算法，都是通過持續(xù)不斷改變直流電壓，去判斷陽光的強度變化，因此都會存在誤差，比如說當電壓實際正處于最佳工作點時，逆變器還是會嘗試改變電壓，來判斷是不是最佳工作點，多一路MPPT，就會多一路損耗。

2）測量損耗：MPPT工作時，逆變器需要測量電流和電壓。一般來說，電流越大，抗干擾能力就越大，誤差就越少，2路MPPT比4路MPPT電流大1倍，誤差就少一倍。如某公司50KW的逆變器，使用開環(huán)直流電流傳感器HLSR20-P，電流為20A，誤差為1%，當輸入電流小于0.5A時，誤差就經常發(fā)生，當輸入電流小于0.2A時，就基本上不能工作了。

3）電路損耗：MPPT主電路有一個電感和一個開關管，在運行時也會產生損耗。一般來說，電流越大，電感量可以做得更小，損耗就越少。

下圖是在兩個不同的地方，選擇不同MPPT逆變器，單極單路和雙級多路，實際發(fā)電量的示意圖，由圖可以看出，在平地無遮擋光照好的地區(qū)，兩種逆變器發(fā)電量相差不多，單極單路早晚發(fā)電時間短，要損失一部分電量，在由于本身損耗低效率高，當光照達到啟動電壓后，輸出功率要比雙級多路的要大，所以綜合比較起來差不多。

在山地或者屋頂有遮擋光照條件一般的地區(qū)，雙級多路MPPT的逆變器發(fā)電量高。這是因為在低電功率發(fā)電時間段時間較長，高功率發(fā)電時間較短。

總結：

逆變器MPPT技術的多樣性，給電站設計帶來了極大的便利。結合實際，科學設計，不同的地形，光照條件，選擇不同的逆變器，降低電站成本，提高經濟效益。山丘電站和屋頂電站，存在朝向不一致和局部遮擋的現象，且不同的山丘遮擋特性不一樣，帶來組件失配問題，建議選擇多路MPPT，電壓范圍寬的雙級結構的逆變器，可以增加早晚發(fā)電時間。平地無遮擋，光照條件好的地區(qū)，建議選擇單路MPPT，單級結構的逆變器，可以提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。