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光伏發(fā)電是太陽能發(fā)電的一個主要方式，它利用太陽光照射在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏電池上產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)換成電能。一個典型的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列組件、充放電控制器、儲能裝置和負(fù)載等組成。經(jīng)過光伏組件得到的電能受外界環(huán)境因素的影響很不穩(wěn)定，需要經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換器將不穩(wěn)定的直流電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電源，從而輸送到蓄電池進(jìn)行保存或者直接供給負(fù)載使用。如果要并網(wǎng)到電力網(wǎng)上，還需要經(jīng)過DC-AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。 　　

目前比較常見的提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率手段主要有：提高光電轉(zhuǎn)換效率、提高光板有效接受面積和最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)等。 　

光電轉(zhuǎn)換效率 　

一直以來，光伏發(fā)電行業(yè)都是以半導(dǎo)體行業(yè)為標(biāo)準(zhǔn)，但事實(shí)上，半導(dǎo)體超高純度的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出太陽能電池制造所需要的標(biāo)準(zhǔn)，這種情況造成了晶硅電池生產(chǎn)的高成本。而且光電轉(zhuǎn)換效率較低，占市場份額最多的晶體硅光伏電池，轉(zhuǎn)換效率最高可接近25%，另一方面光伏電池容易受外界環(huán)境因素的影響而導(dǎo)致功率損失。比較典型的晶體電池有：N型單體電池、P型單體電池、多晶電池、薄膜電池等。 　　

除了砷化鎵薄膜太陽能電池外，晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率較薄膜太陽能電池高，然而由于原材料多晶硅的供應(yīng)能力有限，加上國際投資者的炒作，導(dǎo)致國際市場上多晶硅價格一路攀升，雖然近幾年來價格有所下跌，但這種震蕩的現(xiàn)狀給光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展帶來影響。而砷化鎵電池的人理論轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到40%，但是其較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆的特性，使得其加工時比較容易碎裂。在應(yīng)用上常把其制成薄膜，并使用襯底（常用Ge[鍺]），來對抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。 　

受制作工藝水平以及成本的影響，太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率提升空間不大，因此可以在其他方面提升系統(tǒng)的發(fā)電效率。

提高光板有效接受面積 　　制約太陽能光伏發(fā)電的主要因素除了上文所提的光電轉(zhuǎn)換成本高外，還有發(fā)電量波動大以及不適合遠(yuǎn)距離輸送等因素。采用提高光板有效接受面積的手段可以延長太陽能發(fā)電時間，增加發(fā)電量，一定程度上降低發(fā)電量的波動，從而降低太陽能發(fā)電成本。 　　跟蹤原理：光電強(qiáng)度與光入射時與電池板表面的夾角有關(guān)，當(dāng)其夾角越接近直角時，光電轉(zhuǎn)換效率越好。因此，使太陽能入射角始終保持與太陽能電池板的垂直，可以提高太陽能電池板的發(fā)電效率。而太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的主要部分通常由控制部件和轉(zhuǎn)動調(diào)級部件組成?？刂撇考淖饔檬菍⑻柤磿r位置坐標(biāo)參數(shù)直接或間接輸出給轉(zhuǎn)動調(diào)級部件。轉(zhuǎn)動調(diào)級部件的主要作用是將控制部件給出的信號進(jìn)過調(diào)級處理或分解后用于驅(qū)動光線采集器的采集面--也就是太陽能電池組件始終與太陽光線垂直。 　　

技術(shù)分類：根據(jù)控制部件中控制信號產(chǎn)生的方式，廣義上可將跟蹤技術(shù)分為主動式、被動式和混合式三類。 　　

主動式跟蹤是利用控制器中預(yù)先存儲的與當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度相關(guān)的太陽運(yùn)動的軌跡函數(shù)，由實(shí)時時鐘來獲得精確的時間信號，從而計算出不同時刻太陽的高度角與方位角。該方法雖能提高太陽能利用率，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本比被動跟蹤器高。 　　

被動跟蹤系統(tǒng)則是采用光強(qiáng)控制法，利用光敏元件和傳感器進(jìn)行信號調(diào)節(jié)，被動地跟隨太陽轉(zhuǎn)動。被動跟蹤信號時信號采集都是由傳感器完成，因此在多云或者陰天環(huán)境下回出現(xiàn)無法跟蹤的問題。此外由于光敏傳感器處在室外環(huán)境中，易受灰塵、熱斑等因素的影響，使暗電流發(fā)生變化，從而導(dǎo)致所提供的跟蹤信號不穩(wěn)定。 　　

另外，根據(jù)轉(zhuǎn)動調(diào)集部件中所含轉(zhuǎn)動軸的個數(shù)，將跟蹤技術(shù)分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤。通常的單軸跟蹤都是控制方位角，即光線采集器跟蹤太陽由東向西旋轉(zhuǎn)以達(dá)到跟蹤目的。與雙軸跟蹤相比，單軸跟蹤結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，但太陽高度角的變化需要人工調(diào)整。雙軸跟蹤通常同時控制方位角和高度角，即將控制部件中輸出的太陽方位角信號和高度角信號分別經(jīng)轉(zhuǎn)動調(diào)級部件處理后同時控制光線采集器既跟蹤太陽由東向西旋轉(zhuǎn)，又跟蹤太陽在一年四季中仰角的變化。附上跟蹤式發(fā)電量與固定式發(fā)電比較統(tǒng)計表。

最大功率點(diǎn)追蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）系統(tǒng)是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài)，使光伏組件能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng)，能夠?qū)⑻柲茈姵亟M件發(fā)出的直流電有效地儲存在蓄電池中?？捎行У亟鉀Q常規(guī)電網(wǎng)不能覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)及旅游地區(qū)的生活和工業(yè)用電，不產(chǎn)生環(huán)境污染。從電子系統(tǒng)方面考慮，對光伏組件進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤是降低光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電成本、提高發(fā)電效率的最直接、最有效的方法。因此，光伏組件的最大功率點(diǎn)追蹤算法研究一直是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要難題和關(guān)鍵技術(shù)之一?；蛟S很多人不能理解這話的含義。 　　

部分遮擋環(huán)境下的光伏陣列組件輸出功率曲線 ，首先，我們要知道，光伏陣列組件的輸出功率曲線在理想光照環(huán)境下是一個單峰曲線，而在部分遮擋環(huán)境下則會出現(xiàn)多峰現(xiàn)象。光伏電池的輸出功率與MPPT控制器的工作電壓有關(guān)，只有工作在最合適的電壓下，它的輸出功率才會有個唯一的最大值。以一個最大輸出電壓為10.8V的光伏陣列組件為例，如果采用額定電壓為12V的蓄電池，則光伏發(fā)電系統(tǒng)采用采用升壓式DC-DC轉(zhuǎn)換器（BOOST），它的轉(zhuǎn)換公式為Vin=（1-D）Vout，其中，Vin是BOOST電路的輸入電壓，即光伏陣列組件的輸出電壓，Vout是BOOST電路的輸出電壓，即蓄電池的輸入電壓，前面提過蓄電池的額定電壓為12V，所以上式可以簡化為Vin=12*（1-D），改變占空比D，即改變了光伏陣列組件的輸出電壓Vin即控制電壓。下表給出了在Proteus實(shí)驗(yàn)平臺中，不同占空比下，光伏陣列組件的輸出功率統(tǒng)計。從表中可以看出，隨著占空比D的增大，光伏陣列組件的輸出功率先是增大，后減小，并且變化顯著，因此從個表中我們可以看到光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤的重要性。

人們在光伏陣列組件部分遮擋環(huán)境下最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略方面提出了很多算法，主要?dú)w納為兩個方面來介紹。 　　

第一種是基于傳統(tǒng)跟蹤控制方法，主要有擾動觀察法（Perturbation and Observation, P&O）、恒定電壓控制法（CVT）、增量電導(dǎo)法（Incremental Conductance Method, IncCond法）等。這些已被廣泛地應(yīng)用于商業(yè)光伏發(fā)電。 　　

20世紀(jì)80年代，日本學(xué)者提出了恒壓法，它是眾多MPPT方法中最簡單的一種。這種控制方法將光伏陣列組件的輸出電壓保持在一個恒定的電壓值，其特點(diǎn)是控制簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)，硬件易于實(shí)現(xiàn)。外太空中日照強(qiáng)度及溫度變化比較緩慢，因此很多人造衛(wèi)星中都使用恒壓法。 擾動觀察法也成為爬山法（P&O），擾動的參考變量可以是電壓，電流或占空比。其工作原理是給一個擾動輸出電壓信號（U+?U），再測量并計算其功率P2的變化，并與擾動之前的功率值P1相比，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整擾動方向。這種方法的特點(diǎn)是算法簡單，實(shí)現(xiàn)容易，沒有涉及復(fù)雜的計算。然而，它無法穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)，會隨著參數(shù)的改變在穩(wěn)定功率附近擺動。擾動觀察法是使用較廣泛的一種MPPT方法。

增量電導(dǎo)法（IncCond法），根據(jù)在最大功率點(diǎn)附近功率對電壓的導(dǎo)數(shù)接近于零這一原則來進(jìn)行判斷。這個方法避免了擾動觀察法的盲目性，同時可以判斷出工作點(diǎn)電壓與最大功率點(diǎn)電壓之間的關(guān)系。這種控制算法的最大優(yōu)點(diǎn)是光伏陣列組件的輸出端電壓能以平穩(wěn)的方式隨著日照強(qiáng)度的變化而變化，其電壓擺動的幅度相對擾動觀察法來說要小。但是該算法實(shí)現(xiàn)起來相對復(fù)雜，且檢測精度和速度在一定的程度上會影響跟蹤的精度和速度。

而另一種思路的算法是基于數(shù)學(xué)或數(shù)值模型提出來的。比如由Ahmed團(tuán)隊(duì)提出的斐波那契數(shù)列（Fibonacci sequence numbers）法，是一種通過對斐波那契序列號碼的不斷定義和改變搜索范圍來獲得最大功率點(diǎn)的峰值搜索方法。還有一種方法是根據(jù)Kobayashi等人提出的技術(shù)，然后通過測量開路電壓、短路電流，估計最佳運(yùn)行電阻Rpm。另一方面，目前開發(fā)了一種新的基于使用Lambert W-function的部分陰影條件下的光伏電池板數(shù)值模型。但是目前為止，以上這些方法還沒有應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)的跟蹤，因?yàn)樗鼈兌紱]有達(dá)到最優(yōu)的效果。