引言
隨著世界社會的經濟迅猛發展，能源和資源需求大幅增長。太陽能由于具有綠色、無污染、無噪音等獨特的優點，已經成為一種最具潛力的、新的、重要的能量來源。近年來，綠地灌溉逐步采用自動灌溉的方式，但自動灌溉設備仍依賴市網提供電能，加重了市網用電負荷，且有些灌溉區域根本無法采用市網供電。將太陽能光伏發電應用于綠地灌溉，達到了節約電能的目的。
光伏發電是太陽能應用研究的一個核心。太陽能是一種非線性元件，其輸出最大功率點和最大功率點電壓會隨著光照強度和環境溫度的變化而變化，只有在某一電壓下才能輸出最大功率。因此，為了提高光伏電池的轉換效率，使其在同樣日照強度和環境溫度下輸出盡可能多的電能，需要在光伏陣列工作時對其進行最大功率工作點跟蹤控制。
1 MPPT 工作原理
1． 1 太陽能電池電氣特性
太陽輻照度和組件溫度是影響太陽能電池輸出功率的兩個主要因素。研究證明:太陽能電池在同一溫度下，太陽輻照度越低，輸出電流越低，相應最大功率點也越低;但開路電壓基本保持不變。圖 1、圖 2給出了光伏電池在不同光照強度和不同溫度條件下的輸出特性曲線。
1． 2 最大功率跟蹤原理
從以上面分析可知，太陽能電池的輸出功率受太陽輻照強度與環境溫度影響較大。在實際情況中，太陽能電池需要連接負載。因太陽輻照與環境溫度都具有很強的變化性，太陽能電池的輸出功率可能偏離其最大功率點，導致太陽能電池功率輸出與負載無法實現最佳匹配，使太陽能電池的發電效率降低。為了讓太陽能電池工作在高效狀態，本文通過供電主回路中的前級降壓斬波電路與負載相連，并對降壓斬波電路中的功率管 V1進行脈沖寬度調制\\(PWM\\)，改變太陽能電池的等效負載，以實現太陽能電池最大輸出功率與負載相匹配，從而達到最大功率跟蹤的目的。
2 MPPT 控制算法研究
2． 1 系統結構
由于太陽能光伏綠地自動灌溉系統中所有負載供電都通過太陽能獨立供電環節提供。所以，系統主回路在工作過程中不僅要讓太陽能電池工作輸出電壓維持在最大功率點\\(MPPT\\)附近，使得太陽能電池板實時輸出功率最大，而且又要實現多電壓等級電能輸出。綜合考慮，本文供電主回路采用前級降壓斬波電路\\(buck chopper\\)，后級采用 LTM4605 與 LM7805實現系統 12、5V 的直流電壓輸出與負載相匹配。電路結構如圖 3 所示。
2． 2 MPPT 控制算法
由圖 1 和圖 2 可知，在溫度變化穩定時，不同輻照狀態下最大功率點所對應的電壓基本穩定在太陽能電池板的最佳輸出電壓附近\\(本文所采用的太陽能電池板的最佳輸出電壓為 37． 7V\\)，所以把最大功率點跟蹤轉化為對電壓的跟蹤，即采用恒壓跟蹤法。此方法追蹤速度快，對太陽輻照發生突變和負載發生突變時適應性強，但在溫度變化較大時追蹤精度偏低。
在溫度變化時，由于太陽能電池的開路電壓變化，所以采用電壓追蹤無法滿足系統要求，可采用擾動觀察法。為了讓輸出功率在小范圍內逼近最大功率輸出點，采用了如圖 4 所示的控制算法流程。首先對電壓、電流采樣后，分別與前一次電壓、電流求差，并計算出功率和電壓差值;通過電壓差值與功率差值求積，根據積值的正負性，判斷最大功率點追蹤方向。當積值等于 0 時，說明太陽能電池工作在最大功率點;當積值小于 0 或者大于 0 時，說明太陽能電池未工作在最大功率點。此時，控制系統給出一個占空比增量，讓系統接近最大功率點，這樣不斷地擾動就可讓太陽能電池輸出功率接近最大功率點。擾動觀察法跟蹤方向如圖 5 所示。
3 基于 MatLab 的 MPPT 算法仿真
3． 1 仿真模型
根據太陽能電池數學模型、供電主回路以及最大功率點跟蹤算法，用 MatLab 建立仿真模型。該模型主要由太陽能電池模型、降壓斬波電路模塊和MPPT 控制模塊 3 部分組成，如圖 6、圖 7、圖 8 所示。
其中，主回路元器件參數分別如下:L1為 318μH ，電容為 380μF，功率開關管頻率為 20kHZ。本太陽能電池板溫度 25℃、太陽輻照 800W/m2時，以及太陽能電池板溫度 25℃、太陽輻照 1 000W/m2時，太陽能電池仿真模型的各參數如下:Vm= 37． 7V，Im= 5． 05A，最大功率為 190W。其擾動步長和采樣周期為 0． 001。
3． 2 仿真結果
太陽能電池板溫度 25℃、太陽輻照由 1 000W/m2變為 800W/m2時，太陽能電池輸出端的電壓、電流、功率的仿真結果如圖 9 所示。
太陽能電池板溫度 25℃、太陽輻照由 800W/m2向1 000W / m2升高時，太陽能電池輸出端的電壓、電流、功率的仿真結果如圖 10 所示。
太陽輻照 1 000W/m2、太陽能電池板溫度從 25℃變為 55℃時，太陽能電池輸出端的電壓、電流、功率的仿真結果如圖 11 所示。
太陽輻照 1 000W/m2、太陽能電池板溫度從 55℃變為 25℃時，太陽能電池輸出端的電壓、電流、功率的仿真結果如圖 12 所示。
4 結論
當溫度不變時，增強太陽輻照，太陽能電池的輸出電壓略有變化，而電流明顯增大;當溫度不變時，減弱太陽輻照，太陽能電池的輸出電壓略有變化，而電流降低。當太陽輻照不變、溫度變大時，電壓變小，電流略有增加，功率下降;當太陽輻照不變、溫度降低時，電壓變大，電流略有降低，功率增加。因此，所建立的模型基本符合實際情況。本文所研究的最大功率點跟蹤算法無論溫度參數和輻照參數如何變化，系統均能快速響應并能實現太陽能電池的輸出功率穩定在最大功率點附近，各參數波動范圍小。
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