MPPT中文全称即Maximum Power Point Tracking的简称，中文为“最大功率点跟踪“。MPPT“最大功率点跟踪”是指逆变器根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏阵列的输出功率，MPPT控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使得光伏阵列始终输出最大功率。
MPPT最大功率点跟踪是一种确保太阳能逆变器在不同气象条件下尽可能以其最大功率点运行的方法。MPPT最大功率点跟踪是光伏逆变器评价的关键性指标，性能优异的光伏逆变器MPPT效率高达99.9%以上。
太阳能电池最大功率点跟踪MPPT技术能够多保证在负载或环境光照强度变化时，光伏电池一直保持最大输出功率，以最大化太阳能利用率。
从太阳能板的IN伏安特性曲线（绿线）中可以看出，曲线与纵轴的交点为太阳能板的短路电流ISC，与横轴的交点为开路电压VOC，太阳能板的ISC和VOC均随着光照强度的增加而上升，其输出电流 IPANEL随着输出电压VPANEL经过一个先缓后急的逐渐下降过程。当我们把电压与电流相乘，以输出电压为自变量，可以得到太阳能板的PN伏瓦特性曲线（蓝线），随着光照强度的上升，太阳能板在各电压下的输出功率也随之上升，但达到最大输出功率时的输出电,压VMP随光照的变化不大，因此可认为一块太阳能板的最大输出功率电压(也叫做额定电压）是一个固定的值，该值通常为开路电压的70%至80%，即 MVP=（70% ~ 80%）＊VOC
VPanel (V)
MPPT最大功率点跟踪技术一般用于光电、风电等输出功率不可控或者不稳定的电源。光伏电源既不是一个电压源，又不是一个电流源，它的电路模型如下：
光伏电源电路模型
MPPT控制器是什么？
MPPT控制器是通过实时监测太阳能电路板的电压和电流，采用特定的算法和技术，快速准确地判断出当前的工作状态，并调整负载阻抗或工作电压，使电池板始终处于最大功率输出状态。这一过程是自动进行的，无需人工干预。
MPPT控制器
MPPT控制器效率更高，可实时监测太阳能板的电压及电流，并追踪最大功率点（P=U*I），使系统以最大功率输出对蓄电池进行充电，跟踪效率高达99%，整个系统发电效率高达97%，比传统系统提高约50%。
MPPT控制器则更适用于对系统效率要求较高的场景。在大型光伏发电站、分布式光伏发电系统等对效率要求较高的场景中，MPPT控制器可以充分发挥其优势，提高系统的整体发电效率。
那为什么还要不断跟踪呢？
因为这个曲线随着光照强度、温度和遮挡的不同在变化着，功率点也就在变化了，可能早上功率点电压是560V，中午是520V，下午是550V，所以逆变器需要不断地寻找这个功率点，也就是功率点跟踪了，这样才能保证全天的电池板能量都能化地输出出来，不浪费太阳能资源。
MPPT的工作原理
随着电子技术的发展，当前太阳能电池阵列的MPPT控制一般是通过DC/DC变换电路来完成的。MPPT原理框图如下图所示。
光伏电池阵列与负载通过DC/DC电路连接，最大功率跟踪装置不断检测光伏阵列的电流电压变化，并根据其变化对DC/DC变换器的PWM驱动信号占空比进行调节。
太阳能是一种非常重要的可持续能源。但由于光伏阵列受到外界环境因素如光照强度或温度的影响，其输出电压、电流呈现出明显的非线性特征。因此如何实时地调节光伏模块的输出功率，在任何外界环境下实现MPPT最大功率点跟踪显得十分重要。
对于MPPT而言，大多数人往往知其然而不知其所以然。因此，下面我們將详细讲解MPPT原理。
一个简单的光伏MPPT系统可以如下图所示，其包含光伏组件和一个可变负载。
MPPT系统包含光伏组件和一个可变负载
由于光伏组件直接与可变负载相连，因此光伏组件的输出电压(Vpv)、输出电流(Ipv)分别与可变负载的电压(Vload、电流(Iload)相等。因此，通过调节可变负载的阻值(Rload)，即可调节光伏组件的等效电阻(Rpv，继而调节光伏组件在其白身I-V曲线上的工作点。
如下图所示，Rload 大到某一个值时，工作点将移动至其最大功率点(MPP)，从而使光伏组件的发电效率达到最大化。
但是，在实际情况下，在某一段时间内，Rload往往是一个固定值。因此，直接调节负载阻值显然不太现实。为此，我们可以在光伏组件与负载之间添加一个DC-DC变流器，如下图所示，其中d为DC-DC的占空比。
我们假定M(d)为电压转换比，故dc-dc输入输出电压可以写为
其中Rin和Rout为等效输入、输出电阳。
在光伏系统中，Rpv = Rin且 Rload = Rout。因此上式可写为
通过上式可知，即使Rload为某一个定值，通过调节DC-DC占空比d，工作点仍可以将移动至其最大功率点(MPP)，如下图所示。
MPPT效率怎么算？如何测试MPPT算法？
MPPT最大功率点跟踪是一种确保太阳能逆变器在不同气象条件下尽可能以其最大功率点运行的方法。
由于最大功率点跟踪 MPPT算法比较复杂，因此开发在逆变器中使用的 MPPT算法和电路并验证其性能颇具挑战性。即便能在不同温度和辐照条件下进行日照测试，测试操作也会相当复杂且测试成本比较高。
随着逆变器的功率提升，测试阵列的规模也变得难以管理。单个逆变器上的输入数量越多，测试的复杂性就越大。为了应对这一测试挑战，实验室测试解决方案必须能够仿真现实情况下一对多的太阳能电池阵列串。
我们先通过几张图来了解光伏电池的输出特性和mppt最大功率点跟踪定义？
下图是Keysight DG9000A多路光伏模拟器软件中编辑光伏电池组输出IV和PV曲线和列表的界面。图中分成三个部分：光伏模组参数输入区（红色），V/I/P数据列表区（橙色）,I-V,P-V曲线区（黄色）。
光伏电池通常是采用硅基材料制作，典型的有单晶硅、多晶硅电池，其等效电路如下：
在光伏电池的I-V曲线上，最重要的三个点（不包括0， 四个参数Isc/Voc/Imax/Vmax）：
短路点：电压 = 0V， 电流 = Isc
开路点：电压 = Voc，电流 = 0A
最大功率点：电压 = Vmax, 电流 = Imax, 功率 = Pmax
同时，曲线上其他点的电压和电流关系公式为：
按照公式，光伏模拟器只需要知道Isc,Voc,Imax,Vmax，就可以计算出从0V到Voc所有电压和电流值，同时绘制出光伏电池的曲线。典型的n值为1024，也有些光伏模拟器取n=256 或 n=4096。
光伏电池的输出I-V曲线受光照强弱（Isc变化显著）、温度高低（Voc变化显著）变化非常巨大。
因此，为了保证投资效益， 光伏发电系统必须时刻保持在最大的功率输出，这就是最大功率追踪MPPT！
什么是MPPT最大功率点追踪？
Dcdc电路有阻抗变换的功能，求MPPT的过程实际上是改变DCDC占空比的过程 光伏控制中的MPPT技术如何用DCDC电路中功率开关器件的占空比来控制光伏电池的输出电压来实现最大功率点的追踪。我想问改变占空比是如何改变负载的等效电阻，以及怎么改变输出电压的大小呢？某些文献上不是说用电压扰动的方法来改变太阳能电池板的输出电压吗？是如何实现的？
光伏电站是什么?
光伏电站是通过太阳能电池方阵将太阳能辐射能转换为电能的发电站。光伏电站是利用太阳光能、采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成的发电体系，与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。光伏电站是属于国家鼓励力度最大的绿色电力开发能源项目。
光伏电站 - 通过太阳能电池方阵将太阳能辐射能转换为电能的发电站
可以分为带蓄电池的独立发电系统和不带蓄电池的并网发电系统。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。现时期进入商业化的太阳能电能，指的就是太阳能光伏发电。
光伏发电原理
所谓光伏发电技术其实用通俗易懂的话来说就是太阳能发电，其原理是通过太阳光照射在太阳能电池材料上，再通过光伏电缆直接将光能转化为电能，从而产生电流，也叫光生伏特效应。这里有2个关键部件一是太阳能电池材料，它作为吸收太阳能量的半导体主要是由硅组成它具有稳定性高、提纯技术成熟的优点。
光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、MPPT控制器和逆变器。
光伏发电系统
什么是光生伏特效应？
光生伏特效应(Photovoltaic effect) 指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。
如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子流－空穴流。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。
对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。
光生伏特效应--可制作光电池、光敏二极管、光敏三极管和半导体位置敏感器件传感器
侧向光生伏特效应（殿巴效应）--可制作半导体位置敏感器件（反转光敏二极管）传感器
PN结光生伏特效应--可制作光电池、光敏二极管和光敏三极管传感器
光伏发电产品主要用于三大方面：
一是为无电场合提供电源；
二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；
三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。
逆变器
逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。
光伏逆变器工作原理
逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
太阳能光伏组件将直射太阳光转化为直流电，光伏组串通过直流汇流箱并联接入直流配电柜，汇流后接入逆变器直流输入端，将直流电转变为交流电，逆变器交流输出端接入交流配电柜，经交流配电柜直接并入用户侧。
光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器
理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。
光伏逆变器特点
光伏发电和光伏逆变器趋势
近年来，环境污染、气候变暖和全球能源危机倍受关注，同时人们对能源需求在日益增大,许多不可再生资源面临着枯竭,从而加剧了能源危机。因此，可再生能源成为各国能源发展的战略选择,而风电和光伏发电又成为重中之重,全球风电,光伏装机容量一路高歌猛进。
根据“全球太阳能需求监测”报告，随着光伏电池、光伏逆变器等主要部件成本的进一步降低， 最近投标的光伏发电项目平均合并对价分摊PPA（Purchase Price Allocation）已经能够与煤炭天然气成本竞争，同时系统平衡成本仍将占大型光伏电站项目成本的很大份额。效率改进，高效组件和1500V系统将提供BOS（Balance of System,光伏组件外的开支，如土建，工程安装，项目设计，工程验收等费用）成本节省，帮助太阳能赢得与其他发电系统的竞争。
光伏屋顶和大型光伏发电场是目前主要的两种光伏发电模式，光伏屋顶通常使用微型逆变器直接并网，而光伏电站则需要将成千上万个光伏电池，通过集中式大型逆变器（MW级）或者将光伏电池分成若干组，每组或多组通过组串式逆变器（15-100KW）汇流后并入电网。
如上图所示，当由部分光伏电池出现遮挡或问题时，集中式逆变器系统整体效率会受到影响，而组串式系统中只有受到遮挡的部分效率降低。
另外一个问题时，当系统出现问题时，如光伏逆变器宕机，集中式整体系统对当地电网将产生巨大的供电缺口，影响企业生产和居民的正常用电。而组串式采用分布式逆变器，个别光伏逆变器出现异常，不会造成集中式类似的验证供电影响。
以下为采用1500V / 组串式2.5MW光伏电站的光伏电池模组、光伏逆变器、汇流箱等硬件数量，以及与1000V 光伏系统的比较，综合来说，采用1500V光伏系统可以节省约30%的成本。
1500V光伏发电系统，度电成本可降低 30%
直流侧输入电压提高，每串连接更多组件（增加50%） 子串的数量减少了167个 光伏逆变器的数量减少18个 汇流箱的数量减少了9个 DC（直流）侧线缆使用量减少，同时, 电气设备（汇流箱、直流柜、逆变器）的单位功率密度提升，安装、维护等方面工作量也减少，在一定程度上促进了光伏系统成本的降低。
多输入光伏逆变器MPPT效率测试
1. MPPT最大功率点跟踪测试 - 如上所述， MPPT测试就是要验证光伏逆变器是否能够追踪和时刻保持在光伏电池最大的功率点Pmax，下图为DG9000A软件中光伏曲线和当前逆变器工作点（红点）和 效率。
MPPT测试时需要使用可以模拟光伏特性的电源（通常之为光伏模拟器，如是德科技的E4360A 模块化太阳能电池阵列仿真器主机, 光伏阵列仿真器，PV8922A光伏阵列仿真器等）,并配合模拟器控制和测量软件完成复杂的综合MPPT效率测量。
考虑到太阳光照射到光伏电池随季节和气候的变化，甚至一天内早、中、晚光照强度和角度变化的影响，必须测试光伏逆变器在各种条件下的MPPT效率。因此，光伏逆变器行业协会将MPPT测试分成 静态MPPT和动态MPPT，给每种状态不同的权重（系数）,计算出综合加权MPPT最大功率点跟踪效率值。
如下表为CGC定义的各种光照强度对应的系数，负载点 = 1.0 表示最强光照条件下， 对应的权重系数为0.15(15%)，0.75光照强度的权重为37%。
1.2 静态MPPT最大功率点跟踪测量 - 下图为DG8900软件MPPT 效率测试界面，按照标准要求，依此模拟和测量光伏电池在5%，10%，20%，30%，50%，70%，100%时的MPPT效率，然后按照标准权重系数计算出加权效率。
为了方便研发工程师快速和全面的评估逆变器在各种光照条件下，DG9000A软件提供了光照强度缩放（SCALE）功能。工程师可以一键式设置到任意的光照强度，如下图调整到5% (即50 W/m2)。
以上讨论的标准中对光伏逆变器静态MPPT效率的测试，然而现实中的光伏电池模组场景要比标准定义复杂的多。如上文提到的部分光伏电池遮挡或顺坏时，集中式逆变器效率会整体大大下降，此时光伏电池阵列输出的合成曲线不同于光照强度下降,最大功率点Pmax对应的电压Vmax 会很大变化。
DG9000A光伏模拟器软件可以控制多台PV9822A光伏模拟器，每一台模拟器输出不同的I-V曲线，并输入到同一个MPPT电路，实现复杂的光伏曲线MPPT测试。
如下图所示，如果上述集中式光伏逆变器保持在无遮挡时的工作电压，只能获得大约72%的MPPT效率。再配合上述曲线缩放（SCALE），可测量在具备光伏模组异常时系统的静态效率。
1.3 动态MPPT测试 - 动态MPPT评估在光照强度动态变化的过程中光伏逆变器MPPT追踪性能，标准定义了以下三种不同光照变化过程的测试：
除了光照强度幅值的变化范围，标准还定义的不同的变化斜率和驻留时间，循环次数，等待时间，使得动态MPPT成为一个非常耗时的测试项目。表格为 C 中等和高辐照强度变化测试过程详细参数定义，总测试耗时6987 秒（约2小时）。
10次循环 X （上升时间70S + 驻留时间10S+ 下降时间70S+驻留时间10S） + 等待时间300S = 1900S
DG8900A光伏模拟器软件的动态MPPT功能，按照EN50530标准依此测试上述B/C/A 辐照变化过程时的MPPT，并自动保存过程中的详细功率，MPPT效率等数据。
如上所述，严格按照EN50530标准定义的参数执行，对研发工程来说花费的时间太长了，影响光伏逆变器研发和调试进度，甚至耽误新项目和产品的上市时间。DG8900 软件支持用户自定义动态MPPT测试功能，改功能允许用户增减测试项目，修改辐照强度变化幅值区间，上升/下降/驻留时间，循环次数，还可以设置温度同步变化范围。
研发和测试工程师可以通过优化测试参数，加速测试进度，同时还可以测量评估标准尚未定义，而实际场景存在的性能评估。
1.4 如何优化MPPT最大功率点跟踪性能？
光伏发电作为绿色环保的新能源主要技术之一，受到全球各国的高度关注，特别是在各国达成巴黎气候协定之后，发达国家以及部分发展中国家都采用政府补贴方式建立了很多光伏电站工程。近年来，随着光伏电池、光伏逆变器等关键组件效率的提升以及成本的下降，大型的光伏发电项目平均PPA已经能够与煤炭天然气成本竞争，同时政府补贴也在逐渐的退坡甚至取消。
如何进一步优化光伏发电系统的成本，改善光伏电站建设和运营的效益，提升光伏电站的竞争力？
单从光伏逆变器的效率来看，领先的光伏逆变器品牌标称的转换效率已经高达99%，MPPT效率甚至高达99.9%以上。如何进一步提升？
首先、从上述光伏逆变器测试规范EN50530的静态和动态MPPT测试定义看，只定义了极少数情况下测试场景，目前绝大多数光伏逆变器都具有非常优异的性能，即MPPT效率。但不同的逆变器在现实光伏发电站的性能迥异，光伏逆变器应该更多匹配光伏电站的光伏电池和辐照情况进行优化——即使同一款光伏逆变器，用在不同光伏电站，可能测试场景和权重应该做相应的调整。
按照标准，如下4路MPPT光伏逆变器效率测试时，采用的是均匀分配到每路MPPT输入的,对应测试连接图为：
如上文所述，该连接与光伏电池模组部分遮挡或损坏的场景I-V曲线变化甚异。
DG9000A光伏模拟器软件支持多达12路独立MPPT输入，以及灵活的光伏模拟和MPPT的连接方式， 研发和测试工程师可以模拟任意的光伏电池矩阵的异常或遮蔽情况。
新一代光伏逆变器發展趋势
在整个行业中，作为降低 LCOE 和 BOS（系统平衡）成本的重要环节，全球各地还将继续向 1500 Vdc 系统进行过渡。根据 GTM 的调查显示，1000 Vdc 设备更换为 1500 Vdc 系统之后，每瓦将会节省 0.05 美元的成本。
这只是未来的众多趋势之一。根据国际能源署（IEA）预测，在不久的将来，太阳能将会推动清洁能源实现强劲增长）。随着更多太阳能电池板的安装，在把太阳能转换为可用的交流电的实际过程中，新一代光伏逆变器将会扮演重要角色。因此，对增强型逆变器技术的需求也将推动对改进设计和仿真工具的需求；这些工具可帮助开发人员实现最大的能源效率。
太阳能是一个不断发展的领域。光伏 (PV) 阵列利用太阳能并将其转换为电能。利用电能并将其转换为交流电（可运行电子设备或反馈到电网）的最流行方法之一是使用太阳能逆变器。
如果您想了解最大功率点跟踪效率对太阳能逆变器的重要性，请点击文末阅读原文。
联系是德科技 www.keysight.com.cn
