隨著全球溫室氣體排放和燃料成本不斷上升，許多人認為采用可再生能源系統是實現清潔未來的關鍵解決方案。太陽能電池因其高潛力功率輸出而受到歡迎，然而，許多太陽能電池板無法輸出預期的電壓。電壓也可能因當地不斷變化的天氣環境而有所不同。為了提高太陽能電池的壽命和效率，已經開發了最大功率點跟蹤(MPPT)技術。

　　MPPT如何與太陽能電池板配合使用?

　　MPPT算法使在不同條件下(包括環境或操作條件變化)從可變電源中獲取最大能量成為可能。MPPT用于充電控制器中，以從太陽能電池中提取最大充電量并將其存儲在電池或電網中。最大功率點，也稱為峰值功率電壓，是太陽能電池模塊產生最大功率的電壓。此點將根據當地溫度而變化。

　　MPPT充當具有數字跟蹤功能的電子DC-DC轉換器，以優化太陽能電池與電池(或電網)之間的電壓不匹配。它們將太陽能電池板輸出的較高DC電壓轉換為較低的DC電壓，用于為電池充電(并儲存能量)。

　　實際上，充電控制器評估太陽能電池板的輸出，并將其與電池的輸出進行比較。然后，算法確定面板可以輸出以給電池充電的最佳功率。

　　當地條件如何影響太陽能電池性能

　　標準太陽能電池的最大功率點(MPP)電壓在18V至36V之間，具體取決于太陽能電池板的標稱(近似)電壓(12V-24V)。雖然太陽能電池設計為輸出其標稱電壓值，但實際上，操作電壓根據環境條件而變化。

　　MPP電壓在溫暖的日子里會較低，在寒冷的日子里會較高。這種可變性意味著太陽能電池的性能總是與標準測試條件下的性能不同。一般來說，功率輸出隨著面板溫度降低而增加，反之亦然。

　　在這些可變條件下，挑戰還在于電池儲存能量，因為它們的操作電壓接近其標稱電壓。因此，如果一個12V太陽能電池實際上輸出16-18V，但電池需要接近12V(粗略舉例為11-13V)，則存在電壓不匹配。這就是MPPT算法變得有用的地方，因為它們跟蹤太陽能電池的MPP以產生最佳輸出到電池。

　　MPPT是高效的控制解決方案，但它們的有效性因季節而異。在夏季，當溫度較高時，MPPT對功率增益的貢獻小于冬季。實際上，與夏季的10-15%相比，MPPT在冬季提供了20-45%的功率增益。這也取決于電池充電狀態等因素。一般來說，MPPT在以下條件下最有效：寒冷天氣、低電池充電和長電線運行。

　　大型太陽能農場中的MPPT技術

　　MPPT專注于單個太陽能電池，但通常將多個電池組合在一起以產生更大的輸出。這些電池并聯連接，向電網提供更多能量，但每個面板根據可變的當地溫度和光照輻射以不同方式運行。這可能導致太陽能農場中出現不同的陰影條件(全陰影和部分陰影)。然而，可以使用不同的MPPT方法在這些場景中從每個太陽能電池中獲取最大能量。

　　一些常見方法包括：

　　恒定電壓方法使用參考電壓在不同陰影條件下跟蹤MPP，并確定所需的輸出到電池/電網。

　　擾動和觀察比較最近的功率輸出與歷史數據，以跟蹤單個太陽能電池的MPP。

　　電流掃描方法確定太陽能電池的I-V特性，以確定不同時間段內的MPP。

　　單周期控制方法使用單級逆變器將DC功率轉換為與電網兼容的AC功率，該逆變器既充當轉換設備(從DC到AC)，又充當MPPT。

　　除了更傳統的MPPT方法外，智能MPPT方法也開始在太陽能電池中實施，但尚未像更經典的方法那樣成熟。這些包括人工神經網絡、模糊邏輯控制器、滑模控制、牛頓-拉夫森和斐波那契系列MPPT。

　　MPPT在可變條件下提高太陽能電池性能

　　MPPT通過控制和優化其輸出到存儲設備和更廣泛的電網來提高太陽能電池性能。沒有它們，太陽能電池在收獲后儲存電荷的能力將不理想，并導致功率損失。雖然MPPT可以在太陽能電池所處的不同天氣條件下使用，但它們在較冷條件下以及在充電場景中工作得最好，在這些場景中，它們可以將更多電流輸入到能量存儲系統(如低充電電池)。

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