MPPT开发笔记-理论基础
1. MPPT
MPPT(Maximum Power Point Tracking)，最大功率点跟踪。似乎看起来不算是一个很复杂的东西，在光伏发电领域应用广泛。由于光线是变化的，受到环境、天气等因素的影响，通过动态调整太阳能板的输出电压，并实时计算功率，从而追踪到能使功率最大化的那个“最佳电压点”。
了解了MPPT的定义，一个很自然的问题就会浮现出来：为什么光伏板不总是以最大功率输出，而是存在这么一个特定的“最大功率点”呢？那我们可能会想，有多少就输出多少呗，正常全部输出不就应该是最大功率吗？
Q: 为什么有最大功率点？为什么会有这种效应？
A: 源于光伏板特有的半导体物理机制，这涉及到光伏发电的原理。光伏板是一种光敏PN结，首先当光照射到PN结上时，会神奇的让电子运动（伏打效应）。然后，PN结的单向导电性将正负电荷分开，形成定向的电流，只要光照强度不变，电流的大小就是恒定的。但是PN结它会泄露，泄露的程度由两端的电压决定，电压越高泄露越多，与光生电流方向相反，即光生电流全部被泄露电流抵消，全部在电池内部消耗掉了，没有电流对外输出。于是经两个电流的博弈，从而形成了I-V特性曲线。
最大功率点是太阳能板内部物理结构（恒流特性与二极管特性）相互制约、共同作用的结果。
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config:
xyChart:
width: 1000
height: 400
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xychart-beta
title "太阳能电池板I-V🟣 与 P-V⚫特性曲线（归一化）"
x-axis "电压 (V)" [0, 10, 20, 30, 35, 40, 45, 50]
y-axis "归一化值 (0-1)" 0 --> 1
line "电流 I (归一化)" [0.85, 0.83, 0.80, 0.72, 0.60, 0.35, 0.10, 0.00]
line "功率 P (归一化)" [0.00, 0.35, 0.67, 0.90, 0.88, 0.58, 0.19, 0.00]
根据上面的“太阳能电池板I-V与P-V 特性曲线”，我们可以看出：
- 当你把电池板两端短路时，输出电压为0，此时电流最大，即短路电流；
- 当你让电池板空载时，输出电流为0，此时电压最大，即开路电压；
- 所以根据电流和电压的变化合成得到一个功率曲线，从图中可以看出，大概在电压30V时，功率输出最大，我们可以认为这个点就是最大功率点。对应的电压和电流分别称为Vmpp和Impp。
- 注意！光伏板的输出特性完全不同于电池或稳压电源，在光伏板中，负载通过改变工作电压来调节PN结的泄露程度，泄露程度决定了有多少光生电流被内部消耗，从而最终决定了对外输出的电流。
Q: 为什么需要MPPT呢？如果最大功率点是一个固定值？
A: 如果最大功率点（Vmpp）是固定不变的，那我们确实只需要把电路静态地设置在那个点就行了。
但现实是：
- 因为受到天气、遮挡等因素影响，输入电压波动。目前常见的做法是通过DC-DC调压，来找到最大功率点，DC-DC转换是有损耗的，强行升压或降压到理论上的最大功率点，并不是最优解。
- 但最重要的是，Vmpp不是一个固定值！Vmpp受温度、光照辐射强度、电压等影响，导致Vmpp是一个移动的目标，I-V曲线只是固定温度下的理想曲线。因此我们无法直接调到Vmpp。
2. 光伏电池输出特性
为什么MPP点是变化的？因为收光伏电池的输出特性影响！
除了环境变化等因素外，太阳能电池板本身的输出特性也是不容忽视的。辐射强度与电池温度，影响其I-V特性曲线。
- 光照强度越高，光伏板能产生的最大功率越大，功率曲线整体抬升
- 温度越高，发电效率越差，光伏板能产生的最大工程量越小，整体曲线压低。
2.1. 辐照度对I-V，P-V曲线的影响
太有实力了！趋势原本不打算放了，简单文字总结下就算了。问了下AI，它直接把Python的数据扒下来用浏览器JavaScript图形库，直接重新绘制。
ps: 以下数据仅供参考，看看数据趋势即可。有bug，勿点击图表，页面会卡死，如果首次进入没加载出来请刷新一次。
2.2. 温度对I-V，P-V曲线的影响
3. MPPT性能指标
- 追踪速度: 任意初态下系统开始运行时，或系统发生扰动时，光伏输入首次超过99.0%静态追踪效率的时间应不超过25秒。
- 跟踪精度：设备实际工作点与理论最大功率点之间的偏差
- 静态追踪效率: 不小于99.0%。
- 动态追踪效率: 不小于99.0%，测试标准符合NB/T 32004-2013。