摘要：在分析了目前幾種比較主流的光伏電池最大功率點跟蹤(MPPT)算法的基礎上提出了一種新的光伏電池MPPT算法。利用PIC16F877單片機構建的最小系統控制的Buck電路，實現了新算法的實驗驗證，新算法較大地提高了MPPT控制器的性價比。同時，這里還提出了一種新的基于IR2110構建的單管高邊功率NMOSFET驅動電路，提高了變換器的變換效率。
關鍵詞：光伏電池；最大功率點跟蹤；硬件電路

1 引言
近年來，隨著地球上化石能源不斷被人類開采并消耗，石油可用儲量不斷減少，太陽能光伏電池系統作為可控性強，利用率高，并儲存方便的一種對太陽能進行利用的方式，為人類解決日益嚴重的能源和環境危機提供了一個很好的發展方向。
然而，目前光伏電池的太陽能轉化率還不高，對其商業化形成了巨大的阻力。故提高光伏電池的轉化率是推動光伏電池產業和解決能源危機的主要途徑。從光伏電池材料和制造工藝角度提高光伏電池的轉化率是做法之一。此外，還可通過光伏電池控制器，利用MPPT技術，使光伏電池輸出功率達到最大。目前為達到良好的動態特性，研究出的光伏MPPT方法很多，但通過控制器提高轉化率的前提條件是控制器的性價比要合理，據此，從實際應用的角度出發，通過引入新的MPPT算法，以有限的硬件條件實現了光伏電池的最大功率輸出。

2 MPPT算法思想
2．1 MPPT算法的基本原理
圖1示出光伏電池陣列的電路原理圖。

顯然，流經等效二極管的電流IVD隨光伏電池陣列輸出電壓Uoc增大而增大，且增大到二極管的導通閾值電壓時，Iph大部分從等效二極管分流，從而使輸出電流IL較小，所以設計MPPT控制器的思想是通過控制器將Uoc鉗制在等效二極管完全導通之前的某一電壓值，使光伏電池的實際輸出功率是當前光照和環境溫度條件下的最大功率。
2．2 傳統MPPT算法
恒電壓法是最早的一種MPPT控制方法，不同光照強度下，光伏電池陣列的最大輸出功率點(MPP)的電壓近似相等。利用這一特性，將光伏電池輸出電壓固定在此電壓上，實現光伏電池的最大功率輸出。此方法無法較準確地實現MPPT控制。
擾動觀察法，即爬山法，是一種比較實用的MPPT控制算法，這種方式雖在一定程度上減輕了CPU的負擔，但由于周期性尋優，會對系統的輸出電壓造成周期性的波動。
電導增量法是目前跟蹤MPP快速而準確的算法之一，但其缺點是：對硬件的要求非常高，特別是要求模擬信號的數字化轉換精確而快速，且必須要對信號做高質量的濾波處理，否則無法實現找到MPP的功能。此外還有同擾動觀察法一樣占用CPU時間太多的缺點。
2．3 新MPPT算法一過山車法
過山車法是針對傳統算法占用CPU時間過多，或對硬件要求過高的缺點提出的，對于中小功率的太陽能光伏系統而言，此算法性價比較高。由于該算法是在Buck電路實驗平臺上發展起來的，故該算法適用的主要范圍是負載端的阻抗比光伏電池MPP處的等效阻抗小的情況。
該算法基本思想是：①利用過山車法，即先將光伏電池陣列兩端電壓U1鉗制在蓄電池電壓U2處，再逐漸增加U1，使光伏電池陣列的輸出功率點由小到大，經過MPP后，繼續增大U2，使輸出功率比最大輸出功率小于一個閾值△P1。輸出功率由小變大，再變小，一定會經過一個最大點。在輸出功率變化過程中，記錄下光伏電池陣列輸出最大功率時的輸出電壓U_max；②根據光伏電池陣列輸出最大功率時記錄下的U_ max，利用穩壓程序(可利用PID控制)將U1鉗制在記錄下的U_max上，實現光伏電池陣列以最大功率穩定地輸出能量；③當光照強度發生變化(由于在短時間內，環境溫度的變化對系統輸出功率的變化影響不大，可以忽略)，即輸出電壓U_max時的輸出功率P1與之前的P_max之間差值超過一定閾值△P時，若P1>P_max，說明光照強度增加了，MPP處的輸出電壓也相應增大了，所以此時應啟動按增加光伏電池陣列輸出電壓的方向用過山車法尋找MPP程序；如果P1P_max，說明光照強度減小了，MPP處的輸出電壓也相應減小，故此時應啟動按減小光伏電池陣列輸出電壓的方向用過山車法尋找MPP程序。整個程序的流程圖如圖2所示。