毕业论文-光伏发电最大功率点跟踪系统.doc

第一章绪论 第一章 绪论 11课题背景 能源是人类赖以生存的物质基础，影响着人类社会发展的进程与未来。在农 业社会，人类主要依靠太阳能、生物质能、水能、风能等可再生能源。自工业革 命以来，煤的开发利用逐步取代了木柴，经历了约半个世纪，煤成为全球的主要 一次能源。到了20世纪，人类开始大规模开发利用石油和天然气，20世纪成为 化石能源世纪。今天，煤、石油与天然气己占世界能源消耗总量的80以上n1。 化石能源不可再生，并终将耗竭。全世界的人们已经认识到，人类必须逐步减少 化石能源的份额，增大可再生与新型能源的比重，向建立可持续发展的能源体系过渡。 大量使用化石能源给人类的生存环境带来了严重的后果。目前由于大量使用 矿物能源，全世界每天产生约一亿吨“温室效应气体，造成了严重的大气污染。 人类文明的高度发展与生存环境的快速恶化已经形成了一对非常突出的矛盾。因此，在有限的资源和环保严格要求的双重制约下，人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，走大规模开发和利用可再生洁净能源的道路。 我国是世界上少数几个能源结构以煤炭为主的国家，也是世界上最大的煤炭 消费国，对环境造成的污染不容乐观。2000年，全国有57的城市环境污染颗粒物超过国家限制值，有48个城市的二氧化硫浓度超过国家标准；82的城市出现过酸雨，面积已达国土面积的30D3。2007年，全国二氧化硫废气排放量24681万吨，烟尘排放量9866万吨，工业粉尘排放量6987万吨，因使用煤炭等化石能源造成的环境污染形势相当严峻。我国经济正处在一个快速发展的时期，对能源的需求量在未来几十年依然巨大。在今后15年和更长的一段时间里，能源的发 展状况对我国全面实现小康社会的宏伟目标将起到决定性的作用。目前我国的能源工业面临着经济发展和环境保护的双重压力，开发利用可再生能源，改变能源 结构已成为我国能源工业发展的迫切需要。 111太阳能发电的优点 太阳能是一种理想的可再生能源，在对太阳能的利用中，太阳能光伏发电最 具发展潜力，它的开发利用是解决能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。随着技术的发展以及光伏电池成本的下降，太阳能光伏发电必将在二十一世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构中担当重任，成为人类社会的重要能源之一。 太阳能光伏发电技术是将太阳能转化为电能的技术，具有许多其他发电方式无法比拟的优点 1资源丰富：地球表面接受的太阳能辐射能是人类能源需求的1万倍。地表每平方米平均每年受到的辐射可生产1700kWh电能。国际能源署数据显示，在全球4的沙漠上安装太阳能光伏系统，就足以满足全球的能源需求。 2不受地域限制：地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区等更具有利用价值。我国约有23的地区可以较好地利用太阳能资源。 3洁净能源：太阳能在开发利用时，不会额外消耗燃料，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，不会造成环境污染和公害，更不会影响生态平衡。 4维护方便：太阳能发电系统是模块化安装，静态运行，寿命长，无需或极少需要维护分布式电力系统将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义。 5光伏建筑集成(BIPV-Building Integrated Photovoltaics)：光伏发电和建筑结合，可以节省发电使用的土地，减少电能传输与分布的成本和损失，又可以使房子具有节能环保功能，是目前大规模使用光伏技术发电的研究开发热点。 随着可再生能源法的颁布，各种减免税政策和补贴政策为光伏市场的发展提供了良好的基础。光伏发电的应用领域逐渐由边远地区的补充能源向全社会的替代能源过渡。 112国内外光伏发电的现状及发展趋势 近年来，国际上对太阳能资源的开发利用十分重视，促使太阳能开发利用的技术发展很快。自20世纪50年代太阳能光伏集成建筑的兴起，世界范围内的太阳能利用技术已经走过了半个多世纪的历史，特别是上世纪70年代爆发的世界性的石油危机有力的促进了太阳能的开发利用。当前国际上对光伏发电的研究主要有两个方向，个是光伏电池的研究，主要是研究不同材料电池板的发电效率，力求找到一种价格低、转换效率高的太阳能电池板材料。另一个研究热点主要集中在低成本、高效率、高稳定性的光伏发电控制器和光伏建筑集成应用系统等方面。在世界各国，如美、日、德等发达国家先后发起了大规模的国家光伏发电计划和太阳能屋顶计划，在它们的刺激和推动下，光伏产业近几年保持着年均30以上的高速增长，许多企业和研究机构成功地推出了多种不同的高性能逆变器，并网光伏发电已经成为光伏发电领域研究和发展的最新亮点。进入21世纪后，世界光伏发电系统更是得到了前所未有的发展，截至2007年底，世界光伏系统累计装机容量约12GWp，其中并网光伏发电约10GWp，占总市场份额的83n1，是全球发展最快的新能源。 我国于1958年开始研究太阳能电池，并于1971年成功地首次应用于我国发射的东方红二号卫星上哺1。80年代以后，国家开始对光伏发电和光伏市场的发展给以支持，经过十多年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池技术不断进步，与发达国家的差距越来越小，光伏电池转换效率不断提高，目前单晶硅电池实验室效率达20，批量生产效率为14，多晶硅实验室效率为12，在2000年以后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，其效率与发达国家相比，差距在不断缩小。在国家实施西部大开发发展战略和国内绿色环保工业升温的背景下，2002年国家计委启动了西部地区送电到乡的项目，耗资近20亿人民币，有力地推进了我国光伏产业的发展。国家科技部已把“光伏屋顶并网 发电系统列入了“国家十五科技攻关计划，并在北京建成了20kWp、50kWp 等容量等级的光伏屋顶并网系统，成功地实现了并网发电阻1。在大型光伏电站方面，中科院电工研究所于2004年在深圳世博园成功地实施了1 MWp容量的大型光伏并网电站。截至2007年底，我国光伏系统累计安装容量100MWp，但并网发电所占的比例还比较底，还需要从科学发展观的高度提高对并网光伏发电的战略意义及重要性的认识，加快并网光伏发电的发展步伐H3。随着光伏市场的不断发展，与光伏产业相关的政策也相继出台。我国19962010年新能源和可再生能源发展纲要中明确指出，要按社会主义市场经济的要求，加快新能源和可再生能源的发展和产业化建设，要求采取措施调整能源结构，提高清洁能源在能源消费中所占的比重，要通过技术进步来推动可再生能源事业的发展，改造传统能源利用技术，提高能源利用效率，降低污染排放。 综上可知，我国的光伏发电产业必将得到快速的发展。据专家预测，我国2010年光伏发电的累计装机容量将达到250MWp，到2020年，光伏发电的累计装机容量将达到1600MWp“1。面对如此巨大的国内市场需求和广阔的发展前景，要实现太阳能光伏发电的快速发展和光伏并网系统的产业化，必须发展具有自主知识产权的光伏发电技术，增加技术积累和鼓励技术创新。 12并网光伏发电系统简介 光伏发电系统通常可分为独立光伏发电系统(Stand-aMne PV System)和并网光伏发电系(Gridconnected PV System)”1。独立光伏发电系统是指不与公共电网连接的光伏发电系统，其典型特征是需要蓄电池来存储夜晚用电的能量。并网光伏发电系统是指将太阳能光伏电池产生的直流电经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电后直接接入公共电网的系统。 在欧美一些发达国家，并网光伏发电系统最受家庭和商业用户欢迎，这种系统与地方电网连接在满足自己用电需求的同时，还可以把发出的富余电量出售给电力公司。并网光伏发电系统由光伏阵列、连接器、并网逆变器、控制器和集成的继电保护装置等组成，如图1-1所示。 图 1-1 并网光伏发电系统光伏阵列是并网光伏发电系统的主要部件，它将接收到的太阳光能直接转换为电能，目前工程上应用的太阳能电池阵列多为由一定数量的晶体硅太阳能电池组件按照并网逆变器输入电压的要求串、并联组成。并网逆变器将光伏电池所发出的直流电逆变成正弦电流并入电网中。控制器是并网光伏发电系统的核心部件，一般由单片机或微处理器作为核心器件构成，控制器控制光伏电池最大功率点的跟踪、控制逆变器并网电流的波形和功率，使向电网传送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能相平衡。继电保护系统可以保证光伏发电系统和电力网的安全性。并网光伏发电系统从结构上可以分为工频和高频两种哺儿91。工频并网逆变器由于带有工频变压器而使体积大且笨重。它是先通过DCAC变换，将太阳电池直流电能转化为交流电能，然后通过工频变压器和电网相连，完成电压匹配以及和电网的隔离，实现并网发电。工频并网逆变系统结构如图1-2所示。 高频并网逆变器首先通过高频变换器将太阳电池的直流电升压或者降压转化为满足并网要求的直流电压，然后通过桥式逆变后直接和电网相连。高频并网逆变器有隔离和不隔离两种方式，高频并网逆变器结构如图1-3所示。高频并网逆变系统因其在实现装置小型化方面所起的重要作用而逐渐成为新型太阳能发电系统的发展趋势。 13课题来源及本文所做的主要工作 本课题来源于国家自然基金重点项目“分散式风力一太阳能发电系统的混和控制研究(60534040)，本文研究的内容为该项目的一部分.在前人研究的基础上，本文主要研究了如何提高光伏电池利用效率的问题。高频化在实现装置小型化方面起到了重要作用，Cuk电路在高频化应用中具有其独特的优点，而软开关技术是解决装置高频化带来的开关损耗和减少电磁干扰等问题的有效途径。因而本文采用了带软开关的隔离式Cuk电路作为光伏发电系统 中前级的DCDC电路，并在理论分析的基础上，研制分析光伏阵列最大功率点跟踪系统。14本章小结 本章首先简单的引出光伏利用过程中所存在的现象和问题。太阳能的光伏利用日益被人们重视，但是在光伏控制的技术方面还有待于进一步的改进和提高，具有高性能价格比的MPPT的控制器将会比CVT控制器带来更大的效益。接下来介绍了国内外光伏发电状况，如能充分发展我国的光伏产业，对节约常规能源、减少环境污染，将具有重大的经济意义和社会意义。紧接着具体阐述了目前国内外太阳能最 大功率点跟踪控制方法的原理，并对其控制特点进行了深入的分析，最后说明了本课题的研究内容以及研究意义。第二章 光伏电池的特性研究 光伏电池的特性研究为光伏电池的最大功率点的研究奠定了理论基础，本章主要对光伏电池的工作原理和工作特性进行详细的介绍。 21光伏电池工作原理 太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是光伏电池201211。光伏电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。通常，用于光伏电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示：如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个PN结。光伏电池的奥妙就在这个“结”上，PN结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当光伏电池受NIgH光照射时，电子接受光能，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。这样，在PN结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”。如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，并输出功率。制造光伏电池的半导体材料已知的有十几种，因此光伏电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的光伏电池要算硅太阳电池。 22光伏电池工作特性 光伏电池特性一般包括光伏电池的输入输出特性、照度特性、以及温度特性。 221光伏电池的输入输出特性 图2-1为太阳能光伏电池的输入输出特性，也称为太阳能光伏电池的电压，电 流特性。图中的实线为太阳能光伏电池被光照射时的电压一电流特性，虚线为太阳 能光伏电池未被光照射时的电压一电流特性。 无光照射时的暗电流相当于PN接合的扩散电流，其电压电流特性可用下式表示： 这里， I。：逆饱和电流的作用，由PN结两端的少数载流子和扩散常量决定的常数； V: 光照射时的太阳能光伏电池的端子电压； n：二极管因子； k:波尔兹曼常数； T：温度PN结被光照射时，所产生的载流子的运动方向与(2-1)式中的电流方向相反， 用表示。光照射时的太阳能光伏电池端子电压V与光电流密度Iph的关系如下： 这，比与被照射的光的强度有关，相当于太阳能光伏电池端子短路时的电流， 称为短路光电流密度(Short Circuit CurrentDensity)。 由(22)式可知，当太阳能光伏电池开路状态时，将会产生与光电流的大小对应的电压。即开路电压，用表示。太阳能光伏电池端子开路时，可用下式表示： 当太阳能光伏电池接上最佳负载电阻时，其最佳负荷点P为电压电流特性上的 最大电压与最大电流的交点，图中斜线部分的面积相当于太阳能光伏电池 输出的功率，其式如下： 由于最佳负荷点P处的输出功率为最大值，因此，由下式即可得到太阳能光伏 电池的最佳动作电压以及最佳动作电流： 最佳动作电压为： 最佳动作电流为： ， 当光照射在太阳能光伏电池上时，太阳能光伏电池的电压与电流的关系可以简单的用图2-2所示的特性来表示。如果用I表示电流，用V表示电压，也可称为I-V曲线。 图中： ：开路电压； ：短路电流： ：最佳动作电压； ：最佳动作电流。 如前所述，图中的最佳动作点对应太阳能光伏电池的最大出力，其最大值由最佳动作电压与最佳动作电流的乘积得到。实际上，太阳能光伏电池的动作受负载条件、日照条件的影响，动作点会偏离最佳动作点。 (1)开路电压图2-2中横坐标上所示的电压称为开路电压，即太阳能光伏电池的正极(+)、负极(-)之间未被连接的状态，即开路时的电压。单位用V(伏特)表示。太阳能光伏电池单元的开路电压一般为0508V左右。用串联的方式可以获得较高的电压。 (2)短路电流k 太阳能光伏电池的正极(+)、负极(-)之间用导线连接，正负极之间的短路状态时的电流。用表示，单位为A(安培)。电路电流值随光的强度变化而变化。 另外，太阳能光伏电池单位面积的电流称为短路电流密度，其单位是或者(3)曲线因子FF 曲线因子(Curve Fill Factor)为图中的斜线部分的长方形面积() 与虚线部分的长方形面积()之比； 曲线因子是一个无单位的量，是衡量太阳能光伏电池性能的一个重要指标。曲线因子为1时被视为理想的太阳能光伏电池特性。一般地，曲线因子的值小于10，在05,-一08之间。 (4)太阳能光伏电池的转换效率 太阳能光伏电池的转换效率(Conversion Efficiency)用来表示照射在太阳能光伏电池上的能量转换成电能的大小。一般用输出能量与入射能量之比来表示，即： 太阳能光伏电池的转换效率是衡量太阳能光伏电池性能的另一个重要指标。但是，对于同一块太阳能光伏电池来说，由于太阳能光伏电池负载的变化会影响其出力，导致太阳能光伏电池的转换效率发生变化。为了统一标准，一般采用公称效率(Nominal Efficiency)来表示太阳能光伏电池转换效率。即对在地面上使用的太阳能光伏电池，太阳辐射的通过空气量AM(Air Mass)为15时，入射光能100mW与负载条件变化时的最大电气输出的比的百分数来表示。厂家的产品说明书中的太阳能光伏电池转换效率就是根据上述测量条件得出的转换效率。各种太阳能光伏电池转换效率如表21所示 由表可以看出，单晶硅、多晶硅以及非晶硅太阳能光伏电池中，单晶硅的转换效率最高，其次是多晶硅，非晶硅较低。 222光伏电池的照度特性 太阳能光伏电池的出力随照度(光的强度)而变化。图23为荧光灯的照度时，单晶硅太阳能光伏电池以及非晶硅太阳能光伏电池的电流、电压特性。（开路电压)、短路电流)以及 (最大出力)的照度特性如图2-4所示。由图可知： (1)短路电流与照度成正比：(2)开路电压随照度的增加而缓慢地增加； (3)最大出力几乎与照度成比例增加。 另外，曲线因子FF几乎不受照度的影响，基本保持一定。太阳光下的照度特性 如图2-5所示。可见，由于光的照度不同，太阳能光伏电池的出力也不同。 223光伏电池的温度特性 太阳能光伏电池的出力随温度的变化而变化。如图2-6所示，太阳能光伏电池的特性随温度上升短路电流增加，温度再上涨时，开路电压减少，转换效率出力减小。由于温度上升导致太阳能光伏电池的出力下降，因此，有时需要用通风的方法柬降低太阳能电池板的温度以便提高太阳能光伏电池的转换效率，使出力增 加。太阳能光伏电池的温度特性一般用温度系数表示。温度系数小说明即使温度升高，但是出力的变化较小。 23本章小结 本章首先详细的阐述光伏电池的的工作原理，它是利用半导体PN结的光生伏打效应实现光能转化为电能。最后介绍光伏电池的特性即输入输出特性、照度特性以及温度特性，光伏电池的出力即最大功率点的输出受光照强度和环境温度的影响。第三章.光伏电池的最大功率跟踪光伏电池的输出特性呈非线性，其输出受光照强度、温度和负载情况的影响。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不同的输出电压状态，但是只有工作在某一特定的输出电压时，光伏电池的输出功率才能达到最大值，这时光伏电池的工作点就达到了输出功率电压(PV)曲线的最高点，如图3-1中曲线的交点所示，称之为最大功率点(Maximum Power Point，MPP)。因此在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，使其始终工作在最大功率点处，这一过程就称之为最大功率点跟踪(MaximumPower Point Tracking，MPPT) 。由于目前光伏电池的价格较高，在整个太阳能发电系统的总投资中光伏电池所占的比例比较大，提高光伏系统的效率以降低系统的使用成本就显得异常重要。如果能够让光伏电池始终工作在其最大输出功率点附近从而输出最大功率，就能有效提高光伏发电系统的整体效率。 31最大功率跟踪控制原理 光伏电池的工作点电压会因光照强度、环境温度等的变化而不断变化。最大功率跟踪的目的就是控制光伏电池的工作点电压，使其能在各种不同环境下输出最大功率。 如图31所示，在最大功率点的左侧，光伏电池的输出功率随光伏电池工作点电压的增加而增加；在最大功率点的右侧，光伏电池的输出功率随光伏电池工作点电压的增加而减小。MPPT控制的作用就是当光伏电池的输出功率点在最大功率点左边时，使光伏电池的工作点电压升高，从而逼近最大功率点；而当光伏电池的输出功率点在最大功率点右边时，使光伏电池的工作点电压降底，从而逼近最大功率点。 MPPT的实现实质上是一个动态自寻优的过程，通过对光伏电池阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前阵列的输出功率，再与己存储的前一时刻阵列的功率相比较，舍小取大，再检测，再比较，如此周而复始，便可使光伏电池阵列动态工作在最大功率点，其原理如图32所示。 32最大功率跟踪控制的方法 光伏电池阵列的开路电压和短路电流在很大程度上受日照强度和温度的影响，系统工作点也会因此不停地变动，这必然导致系统效率的降低。光伏电池阵列通过最大功率点跟踪控制，可使阵列在不同环境下始终获得最大功率输出。常见的最大功率跟踪控制方法主要有恒定电压跟踪法、扰动观测法 、电导增量法等等。 321恒定电压跟踪法(CVT) 当温度一定时，光伏电池的最大功率点几乎落在同一根垂直线的两侧附近。如图33所示，这表明最大功率点对应的工作电压相差不大，那么就有可能把最大功率点的轨迹线近似的看成电压不变的一根垂直线，只要保持光伏电池的输出 电压为常数且等于某一光照强度下相应于最大功率点的电压，就可以大致保证光伏电池输出最大功率，这就是恒定电压跟踪法(Constant VoltageTracking，CVT)控制的思想。 在同等光照强度下，温度对最大功率点影响较大，如果采用恒定电压跟踪控制策略，光伏阵列的输出会随温度的变化而偏离最大功率输出点，产生较大的功率损失。为了克服场合、季节、早晚时间及天气情况和环境变化对系统造成的影响，在CVT控制方法的基础上，可以采用以下折中解决办法： 1手工调节方式：通过电位器手动按季节给定不同的这种方法使用较少，需要人工维护。 2根据温度查表调节：事先将特定光伏阵列在不同温度下测得的最大功率点电压值存储在控制器中，实际运行时，控制器根据温度传感器检测光伏阵列的温度，通过查表选取合适的值。 3参考电池方法：在光伏发电系统中增加一块与光伏阵列相同特性的较小的光伏电池模块，检测其开路电压，按照固定系数计算得到当前最大功率点电压，这种方法可以在近似CVT的控制成本下得到接近MPPT的控制效果。 采用恒定电压跟踪法实现的优点是： 1控制简单，易实现，可靠性高； 2有很好的稳定性，可以方便地通过硬件实现。 缺点是： 1控制精度差，特别是对于早晚和四季温差变化剧烈的地区； 2必须人工干预才能良好运行，更难以预料风、沙等的影响。 采用恒定电压方式实现的控制，由于其良好的可靠性和稳定性，目前在太阳能发电系统中仍有使用。 322扰动观测法(P&0) 扰动观测法(Perturb&Observe algorithm，P&O)，又称为爬山法，是目前实现MPPT常用的方法之一。扰动观测法就是在光伏阵列正常工作时，不断地对它的工作电压进行很小的扰动，在电压变化的同时，检测功率也发生变化，根据功率的变化方向，决定下一步电压改变的方向，从而使它逐渐逼近阵列最大功率点的电压，如图34所示。当给定参考电压增大时，若输出功率增大，则工作点位于最大功率点的左侧，需继续增大参考电压；反之，若输出功率减小，则工作点位于最大功率点的右侧，需要减小参考电压。当给定参考电压减小时，若输出功率也减小，则工作点位于最大功率点的左侧，需增大参考电压；反之，若输出功率增大，则工作点位于最大功率点的右侧，需继续减小参考电压。扰动观测法的流程图如图35所示。 绝大部分光伏发电系统，无论其拓扑结构如何，都会在光伏阵列输出母线上并联一个大容量电容，这个电容可以作为光伏阵列输出的滤波器，减少后置电力电子变换装置导致的开关谐波。但在应用干扰观测法的光伏系统中，母线电容会影响MPPT算法对天气变化引起的光照强度波动的响应速度。 采用扰动观测法实现的优点是： 1跟踪法简单，系统容易实现； 2对传感器精度要求不高。 缺点是： 1只能在光伏阵列最大功率点附近振荡运行，会导致一定功率损失； 2初始值及跟踪步长的给定对跟踪精度和速度无法兼顾； 3在特定情况下会出现“误判”现象。 323最优梯度法原理 最优梯度法是一种以梯度法(Gradient Method)为基础的多维无约束最优化问题的数值计算法。它的基本思想是选取目标函数的负梯度方向作为每步迭代的搜索方向，且逐步逼近函数的最小值。而对于光伏发电系统，应选择正梯度方向，且逐步逼近函数的最大值。梯度法是一种传统且被广泛用于求取函数极值的方法，该方法运算简单，且有着令人满意的结果。定义正梯度。则梯度法之迭代算法可定义为： 其中，a。为一非负值的常数，搜寻函数的最大值点总是沿着毋的方向搜寻。如图3-8所示，光伏电池的P-V特性曲线可视为一非线性函数，而最大功率跟踪法的目的是要在PV特性曲线上求得曲线的最大值。由于端电压有界，故把梯度法运用到光伏电池最大功率点的跟踪上，所搜寻到的最大功率点是全域的。 根据光伏电池的电气特性，由式(25)，若忽略串联电阻的效应，可得电压和功率的关系为： 功率为一个一阶连续可微的非线性函数，且以电压作为唯一的变量，对