上大功率點追蹤

上大功率點追蹤（Maximum power point tracking，簡稱MPPT）是定定用佇風力發電機佮光伏太陽能系統的技術，目的是佇咧各種的情形下攏會當得著上大的功率輸出。

上大功率點追蹤主要是用佇太陽能發電，毋過其原理也會當應用佇其輸入功率會變化的能量源：比如講光能傳輸佮熱光電等。

簡介

光伏太陽能系統可能會接逆變器、外部電網、電池組抑是其他的電子負載。但是毋管其實連接的負載為啥物，上大功率點追蹤欲處理的問題攏類似，太陽能電池功率傳輸的效率佮照著太陽能枋頂懸的日照量有關係，嘛佮負載的電子特性有關係。當日照情形的變化時，會當提供上大功率傳輸效率的負載曲線嘛綴咧變化，若負載會當配合功率傳輸效率上懸的負載曲線來調整，系統會有上好的效率。功率傳輸效率上懸的負載特性稱做上大功率點（maximum power point）。 上大功率點追蹤就是設法揣著上大功率點，並且使負載特性維持佇這个功率點。會當設計電路來表示連接著太陽能電池上的任何負載，了後才閣轉換電壓、電流抑是頻率以配合其他的系統。上大功率點追蹤會使揣著為著得著最大會使用功率所需要的最佳負載。

太陽能電池其溫度佮總電阻之間有複雜的關係，所以其實輸出效率會有非線性的關係，會當用電流-電壓特性曲線來表示。上大功率點追蹤的目的就是佇太陽能電池的輸出取影，佇咧任意的環境條件之下攏設法維持上大功率輸出。上大功率點追蹤設備一般攏會整合著電能轉換設備內底，設備包括電壓抑是講電流的轉換、濾波、才閣驅動像電網、電池抑是講 mòo-tà 等負載。

• 太陽能倒反變器共直流電轉換做交流電，會當整合上大功率點追蹤。這類的逆變器根據太陽能模組的資料（I-V 曲線）計算輸出功率，才閣調整負載使輸出功率上大。
• 上大功率點的功率（Pmpp）是上大功率點電壓（Vmpp）佮電流（Impp）的乘積。

電流-電壓特性曲線

太陽能電池會當輸出的上大功率佮環境之間有複雜的關係。形狀因為太陽能電池的上大功率，除了開路電壓 Voc 佮短路電流 Isc 乘積了後的比值。佇咧算四常用形狀因為來估計光伏電池佇一定條件之下會當產生的上大功率 _ P=FF \ * Voc \ * Isc _。大部份的應用下，FF、Voc 佮 Isc 已經會當大致模擬光伏電池佇一般條件下的電氣特性。

佇一定會操作條件下跤，電池會有一个工作點，其電流（_ I _）佮電壓（_ V _）的乘積（電功率）會是上大值。此數值會對應特定的電阻，依歐姆定律會等於 _ V _ / I。毋過功率會當用 _ P=V \ * I _ 計算。光伏電池佇咧其主要應用的曲線範圍內，近來親像定電流源。毋過佇光伏電池的上大功率點範圍，其電壓佮電流之間有類似指數函數的關係。以基本的電路佮微積分理論，若是 I-V 曲線的斜率 _ dI / dV _（微分量）和 _ I / V _ 比例數值相等，符號顛倒反，d _ P / dV _=零，現此時輸出的功率為上大值。所以叫做上大功率點（maximum power point，簡稱 MPP）， 對應曲線的轉折點。

若太陽能電池的負載阻抗 _ R=V / I _ 等於最述值的問題，這个時陣會當對太陽能電池當中輸出上大的功率。有時數值也叫做太陽能電池的「特徵阻抗」，此數值是一个動態的量，佮日照程度、溫度佮太陽能電池的壽命有關。若電阻小於是大於此數值，所抽的功率攏會細於上大功率，因此太陽能電池就無咧上理想、上有效率條件咧運作。上大功率點追蹤會用幾種無仝的控制電阻或者是邏輯來揣著上大功率點，予轉換器會當對太陽能電池內底抽上大的功率。

分類

控制器有無仝款的策略來揣著模組的上大功率輸出。上大功率點追蹤控制器可能有無仝的演算法，並且看著運作條件選擇適當的演算法。

擾動觀察法

擾動觀察法（Perturb and observe）的控制器會細幅的增加或者是減少電壓，並且量測其功率。若講功率增加，繼續依相仝方向調整電壓，一直到功率無增加為止。這个方式叫做擾動觀察法（Perturb and observe）， 是上捷看的上大功率點追蹤方式，毋過其輸出可能有小幅的功率震盪。此算法屬於𬦰山算法，是依照功率對電壓的曲線佇未到上大功率時曲線會上升，超過上大功率時曲線會下降的特性而來的。擾動觀察法因為容易實現，是上捷使用的上大功率點追蹤方式。若是配合著適當的估測佮適應性𬦰山算法，擾動觀察法會當達成上懸的效率。

增量電導法

增量電導法（incremental conductance method）的控制器會漸漸進式的調整太陽能模組的電壓佮電流，以預測改變電壓了後的影響。此方式的控制器計算量較大，但是隨條件變化的速度比擾動觀察法愛緊。增量電導法佮擾動觀察法類似，伊可能會造成輸出功率的震盪。此方法會利用太陽能模組的增量電導（incremental conductance , dI / dV )，來計算功率對應電壓變化比例 ( dP / dV ) 的符號做正抑是為負。

增量電導法計算上大功率點的方式是較增量電導（IΔ / VΔ）佮模組的電導（I / V）。 二者同齊的時陣（I / V=IΔ / VΔ）， 其輸出電壓即為上大功率點電壓。控制器會維持這電壓，若照射條件來改變的時陣，會閣重新振動的流程。

電流掃描法

電流掃描法（current sweep method）會針對太陽能模組配合一个掃描用的電流波形，會當每一段時間量測閣較新電流-電壓曲線的關係。閣再上新的電流-電壓曲線揣著上大功率點，設法使系統運作佇上大功率點。

定電壓法

佇上大功率點追蹤的方法內底，定電壓法（Constant voltage）有用來描寫兩个由無仝人研發的無仝技術。其中一个是佇任何條件下攏將輸出電壓調整甲仝款的定值，另外一个是將電壓調整到彼个時陣量測著開路電壓（VOC）的固定倍率。後者嘛佇一寡文獻中講開路電壓法。若輸出電壓維持咧定值，也就袂去試著調整電壓去揣著上大功率點，所以論真講，此方式無算是上大功率點追蹤法。毋過佇一寡一般上大功率點追蹤法無法度使用的應用，會當使用此方法，所以有時會有這个方式來輔助一般的上大功率點追蹤法。

佇咧嘛講號做開路電壓法的定電壓法內底，為著欲量測開路電壓，輸出到負載的電流會有短暫的斷節。了後控制器會繼續來運作，並且共電壓控制咧開路電壓 VOC 的一定比例下，比如講空芳七六。此比例多半是確認過會是上大功率點的比例，可能是咧預期的操作條件之下，以實驗方式抑是利用建模來確認此比例。因此控制器會控制太陽能模組的輸出電壓，接近固定的參考電壓 Vref=kVOC，用便控制太陽能模組的工課點。Vref 的數值也會當選擇予其他方面也有理想的表現，猶毋過其主要原理是予 Vref 和 VOC 維持固定的比例。

實際上大功率點電壓佮開路電壓 VOC 的比值其實干焦最近捷算爾，所以有一寡空間會當做進一步的優化。

各方法的比較

擾動觀察法佮增量電導法攏屬於𬦰山算法，攏是佇該運轉條件落去揣功率曲線的區域極大值，所以會當揣著真正正上大功率點。

就算是佇日照條件固定的時陣，擾動觀察法的工作點嘛佇咧上大功率點附近徙振動，毋才會有輸出功率的震盪。

增量電導法有淡薄仔較擾動觀察法愛理想：此方法無需要予頭路點佇咧上大功率點附近徙振動，就會當揣著上大功率點。佇日照條件快速變化的時陣，增量電導法揣著的上大功率點比擾動觀察法愛精確。因為增量電導法的運算較擾動觀察法欲複雜，因此取樣頻率需要比擾動觀察法較低。

佇咧嘛講號做開路電壓法的定電壓法內底，為著欲量測開路電壓，光伏模組的輸出電流會有短暫時間為零，了後欲輸出電壓調整到開路電壓的一定比例（多半會是百分七十六）。 踮電流為零時，光伏模組的能量就浪費矣。而且 MPP 電壓佮 VOC 比例的百分之七十六嘛無一定是精準，雖然這个方法真簡單，成本真低，毋過輸出電流的斷節會降低模組效率，而且嘛無法度揣著真正正上大功率點。啊若有一寡系統的效率其實會當達到欸百分之九十五以上。

MPPT 設備的位置

傳統的光伏逆變器會針對所有的太陽能面枋陣列進行 MPPT。這爿的系統會予太陽能面枋陣列串聯，所有的太陽能面枋攏產生仝款的電流。毋過因為無仝的太陽能模組其電流-電壓特性曲線無仝（原因是因為製造公差、部份有陰影等）。 此架構下跤，有一寡模組可能袂佇上大功率來點下運作，因此效率偏低。

有的公司啊（比如講電源優化器公司）會當對一个別模組進行上大功率點追蹤，自按呢就算日頭照袂齊、汙染抑是講電氣不匹配，逐个模組攏猶是會當佇上大功率來點下運作。

配合電池的運作

佇咧夜間，無連接電網的太陽能系統會用電池來提供能量予負載。已經充電充飽的電池組電壓會倚近太陽能面積上大功率點電壓。但是電池組伊干焦放電一半，天光的電壓佮上大功率點電壓差異較大。所致電池的充電需要佇咧電壓比上大功率點電壓細足濟時就愛會使動作，MPPT 嘛會當處理這類的問題。

若電池已經充飽電，太陽能系統的輸入已經超過負載需要的功率，MPPT 就無閣再運作佇上大功率點，MPPT 會調整其實操作功率點，予太陽能系統產生的功率符合負載需要的功率。（另外一款佇太空船當中捷用的做法是共太陽能系統產生傷過濟的功率由電阻載消磨，面枋會當一直運作佇上大功率點。）

若是有連接電網的光伏系統，所有產生的能量攏會送到電網。所以按呢這類系統的 MPPT 會一直去運作佇上大功率點。

外部連結

• MPPT tracker by Daniel F . Butay ( Microchip PIC based )
• A simple maximum power point tracker utilizing the ripple correlation control technique