MPPT控制器應(yīng)該分兩種,一種是基于蓄電池(或者其他形式的簡(jiǎn)單儲(chǔ)能裝置)這種有限能量池,另一種是基于并網(wǎng)應(yīng)用的這種無(wú)線能量池。其共同點(diǎn)是,MPPT控制器的輸出,也就是加在蓄電池或者電網(wǎng)上的電壓是一定的(或者在很小一個(gè)區(qū)間變化);不同的是,蓄電池可接收的電流是有限定的,并且蓄電池的電流變化會(huì)導(dǎo)致蓄電池電壓的變化,而并網(wǎng)的情況則是MPPT控制器在理論上可以給電網(wǎng)強(qiáng)加無(wú)窮大的電流,只要控制器能夠給得起。
下面先只討論基于蓄電池的MPPT控制器,基于并網(wǎng)的控制器可能會(huì)偶爾提起,但暫時(shí)不是主線。
現(xiàn)有普通控制器,在充電第一階段大多采用直接將太陽(yáng)能電池和蓄電池直接并聯(lián),太陽(yáng)能電池的阻抗和蓄電池的阻抗由兩者的自身物理特性進(jìn)行組合,組合的結(jié)果就是太陽(yáng)能電池以一個(gè)動(dòng)態(tài)的恒流源給蓄電池充電,并且太陽(yáng)能電池的輸出電壓略大于蓄電池的充電在線電壓,這個(gè)電壓值很有可能原理太陽(yáng)能電池的MPP(最大功率點(diǎn))處的電壓,因而使得太陽(yáng)能電池的功效沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)。
從阻抗匹配的角度來(lái)看,MPPT控制器就是太陽(yáng)能電池阻抗和蓄電池阻抗之間的阻抗轉(zhuǎn)換器。
下面先以BUCK電路說(shuō)說(shuō)本人對(duì)這種阻抗轉(zhuǎn)換器的疑惑。
問(wèn)題一:
現(xiàn)有的MPPT控制大多以BUCK,BOOST,BUCK-BOOST這三種電路形式為主,或者這三種電路的變形??紤]到弱光照時(shí)充電可能性,BUCK-BOOST電路應(yīng)該是最佳形式。但筆者還是先從最簡(jiǎn)單的BUCK電路去探索MPPT控制器的奧秘。
在非連續(xù)工作模式,BUCK電路的占空比除以周期的值等于輸出電壓除以輸入電壓的值。假定控制器的輸出電壓被恒定在某一個(gè)值,通過(guò)調(diào)節(jié)占空比使得控制器輸入電壓也就是太陽(yáng)能電池的輸出電壓等于MPP電壓,此時(shí),太陽(yáng)能電池會(huì)根據(jù)I-U曲線給出一個(gè)電流值,這個(gè)電流值就是控制器的輸入電流,控制器的輸出電流是和占空比D有關(guān)系的一個(gè)確定值,如果這個(gè)控制器的輸出電流加到蓄電池上,那么這個(gè)假定的控制器輸出電壓(也就是蓄電池電壓)和控制器輸出電流(也就是蓄電池輸入電流)是否滿足蓄電池的阻抗。
簡(jiǎn)略而言,上面問(wèn)的問(wèn)題就是如何通過(guò)調(diào)節(jié)占空比D來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換器的作用,這應(yīng)該是MPPT控制器除了MPPT算法以外的關(guān)鍵所在。
問(wèn)題二:
接著一的問(wèn)題,考慮問(wèn)題的時(shí)候占空比D的控制對(duì)象是控制器的輸出電壓,MPPT控制器的控制對(duì)象應(yīng)該是功率,確切的說(shuō)應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)需要尋找的最大功率點(diǎn)。占空比D和最大功率點(diǎn)之間的關(guān)系是什么?如果控制器對(duì)象是最大功率,假設(shè)蓄電池沒(méi)有鉗位作用,MPPT控制器的輸出電壓可能會(huì)比蓄電池電壓大的很多,但是一個(gè)有了這個(gè)蓄電池的話,雖然太陽(yáng)能電池的最大輸出功率滿足了,蓄電池這塊,怎么滿足匹配。
簡(jiǎn)略而言,還是占空比和阻抗轉(zhuǎn)換器之間的問(wèn)題。
問(wèn)題三:
是否可以這樣做?直接檢測(cè)蓄電池的電壓和電流,假設(shè)蓄電池的充電電壓范圍是10到15伏,那么調(diào)節(jié)占空比使得蓄電池充電電壓從10V到15V掃描一遍,在這個(gè)過(guò)程中記錄蓄電池的充電功率,最終將控制器占空比調(diào)節(jié)在使得蓄電池充電功率最大的電壓點(diǎn)上,再后面的事情就是怎么維持這個(gè)最大充電功率點(diǎn)。