5.4.2 太阳能电池最大功率点追踪实验
1.实验目的
（1）了解太阳能电池最大功率点追踪（MPPT）方法，理解MPPT对太阳能电池高效应用的意义。
（2）学习MPPT的原理、功能和作用，以及实现MPPT的控制过程。
（3）掌握MPPT的测试方法，实现对MPPT过程的捕获。
2.实验内容
（1）模拟太阳能电池板电力特性，并使用MPPT控制器跟踪其最大功率点。
太阳能电池最大功率点追踪实验视频
（2）采用示波器配合上位机软件，捕获MPPT跟踪最大功率点的过程。
3.实验设备及软件
本实验所需的主要设备包括MPPT控制器、仿真器、光伏阵列模拟器、电子负载、示波器、上位机、增量电导法代码、串口通信软件及示波器上位机软件，如表5-5所示。
表5-5 本实验所选用设备及软件
4.实验过程
1）设备连接
根据图5-34所示的实验系统架构，连接实验设备。其中，数字示波器通过配套连接线与上位机的USB接口相连，MPPT控制器的输入电压、输出电压、输入电流、输出电流分别与示波器的四个信号通道相连。连接完成后，分别为各设备上电，等待启动完毕。
图5-34 MPPT实验系统架构
2）设置光伏阵列模拟器
首先，设置输出模式为SAS：按【菜单】键→选择“Output”→“Mode”→“SAS”，如图5-35（a）所示。完成后，返回“Output”界面。然后，依次选择“SAS”→“Curve”，进入太阳能电池工程参数设置界面，如图5-35（b）所示。完成后，返回主界面。
图5-35 设置光伏阵列模拟器
（a）选择SAS模式；（b）设置工程参数
·最大功率点电压（Vmp）＝36 V
·开路电压（Voc）＝44.78 V
·最大功率点电流（Imp）＝5.85 A
·短路电流（Isc）＝5.85 A
3）下载并启动增量电导法程序至MPPT控制器
将DSP下载器连接MPPT控制器，打开CCS上位机软件，将增量电导法程序编译并下载到MPPT控制器。
4）设置电子负载电阻
按【R-set】键，即选择恒阻模式，按【Enter】键，然后调节旋钮来设定阻值。本示例中，将阻值调节为4Ω。
5）调试示波器通信
在上位机打开OpenChoice软件，并打开“Instruments Manager”界面（一般位于PC界面右下角隐藏处）。更新仪器列表，直到出现图5-36所示的示波器信息，表明通信正常；否则，需要检查上位机与示波器的网络地址是否合适。
图5-36 搜索到示波器设备IP
6）上位机连接示波器
打开OpenChoice软件，单击“Select Instrument”后，找到相应的设备，单击“√”按钮，如图5-37所示。
图5-37 OpenChoice软件界面
7）测试示波器显示界面抓取
单击“Get Screen”按钮，观测示波器波形是否成功显示在上位机软件，若成功，则显示如图5-38所示。
8）测试MPPT的DC／DC模式
打开光伏阵列模拟器开关，观察MPPT控制器LED灯是否闪烁。若闪烁，则打开电子负载，观察电压显示为2 V左右，则测试正常。
图5-38 测试示波器显示界面抓取成功
9）测试MPPT的最大功率电跟踪模式
用跳线帽将MPPT启动触发引脚连接之后，观察示波器的波形变化。当最大功率点追踪过程完全结束后，按下示波器的【Run／Stop】键，使示波器画面暂停。
10）截取示波器显示界面数据
打开上位机中OpenChoice软件，单击“GetScreen”按钮，获取示波器此刻波形，单击“Save As”按钮保存，并单击上方的“Waveform Data Capture”按钮，在“Select Channels”中勾选CH1、CH2、CH3、CH4四个通道，如图5-39所示。然后，单击“Get Data”按钮，获取数据，并单击“Save As”按钮保存。
图5-39 示波器上位机显示界面
（a）选择通道；（b）抓取操作界面
11）停止实验
将电子负载切换至面板控制并按【On／Off】键停止电子负载运行，按光伏阵列模拟器操作面板的【开／关】键，停止光伏阵列模拟器输出，断开MPPT跳线帽。然后，断开设备电源开关，保存实验数据。其中，输入／输出电流信息是通过电压采样得到。将电压转为电流信息的曲线拟合公式如下：
式中，x，y∈｛1，2，3，4｝，x≠y。
5.讨论与思考
（1）每个通道所测量的都是电压信息，如何确定输入和输出电流信息？
（2）如何通过四个通道的数据，分析MPPT控制器是否发挥作用使太阳能电池达到了到最大功率点？
（3）电子负载为何采取恒阻模式？能否采用其他模式（如恒功率模式）？
（4）是否电子负载在每一个阻值下，MPPT控制器都能发挥最大功率点跟踪的作用？
（5）如何通过四个通道的数据分析，判断太阳能电池工作在最大功率点附近？