應用在太陽能光伏發電系統中的高效率全類比最大功率追蹤技術

Abstract

本論文利用類比電路的設計，提出了一個可以應用於太陽能光伏(Photovoltaic)發電系統中的最大功率追蹤技術(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。論文一開始先探討了太陽能板的非線性特性。太陽能板鑒於不同的外在溫度以及太陽光照度，因而存在著不同的最大功率點(Maximum Power Point, MPP)。這些受外在環境影響的非線性特性嚴重地影響了太陽能板發電效率。論文比較了現存的幾種最大功率追蹤技術之間的優劣，並提出了一個同時具有高追蹤速度以及高追蹤效率的最大功率追蹤技術。太陽能發電系統的電壓電流操作範圍受到外在環境因素的影響相當明顯，其操作範圍也因此相當大。因此在這篇論文中，作者提出了一個具有大計算範圍的電流乘法器來滿足在最大功率追蹤上斜率計算電路的需求。除此之外，太陽能板的最大功率點以及發電效能常受到周遭建築物或是雲的遮蔽而改變。全域最大功率追蹤技術(Global Maximum Power Point Tracking, GMPPT)可以進一步的實現在這篇論文所提出的最大功率追蹤技術上，來提升整個太陽能發電系統的健全性與實用性。在論文的最後，相關的模擬以及實驗結果證明了所提出的最大功率追蹤技術可達到追蹤效率97.3%。除此之外，所提出的太陽能發電系統並可將太陽能所產生的電力反饋回市電上，進而拓展整個太陽能光伏發電系統的應用層面。

A compact-size analog maximum power point tracking (AMPPT) technique is proposed in this thesis for high power efficiency in the photovoltaic (PV) system. Several MPPT techniques are studied at first to compare their pros and cons. The characteristics of solar array are introduced as well to address the difficulties when utilizing the solar energy. Combining the existing MPPT approaches, the thesis presents a fast and accurate tracking performance. The shading effect, which undermines the efficiency of solar array, is also discussed. The proposed MPPT technique can be further improved by global maximum power tracking (GMPPT) algorithm to guarantee its robustness. Here, a wide-range current multiplier, which tracks the maximum power point (MPP) in the solar power system, is implemented to detect the power slope condition of solar array. Simulation and experiment results show that the proposed MPPT technique can rapidly track the MPP with a high tracking efficiency of 97.3%. Furthermore, the proposed system can connect to the grid-connected inverter to supply AC power.