图2.3 Iph子模块
2. 求解光伏电池反向饱和电流I0 当外部负载开路时，知IL=0，此时
因此可求得：
根据公式：
可先建立Uoc的子模块如图2.4所示：
图2.4 Uoc子模块
令
Vt?AkTq则建立Vt的子模块如图2.5所示：
图2.5 Vt子模块
则：
根据上式可建立I0的子模块如图2.6所示：
图2.6 I0子模块
3.求解串联等效电阻RS
完成上述三个未知量的求解，即可完成光伏阵列的建模，如图2.7所示：
图2.7光伏阵列 Simulink 模型
2.4. 仿真曲线
用此模型可以得到任意环境条件下光伏阵列的输出特性曲线。在日照强度为
800W/m 2，温度为56℃的条件下，光伏阵列的I-V曲线和P-V曲线如图2.8所示：
图2.8光伏阵列的I-V曲线和P-V曲线
从图可以看出,当电压变化时(即负载阻抗变化时),光伏电池的输出电流和输出功率也随之发生变化，另外，通过这两个特性曲线图可以看到,光伏电池具有的非线性特性。
3. 光伏阵列最大功率点跟踪
如果把光伏阵列与蓄电池直接连接起来，由于光伏阵列的输出特性与日照强度和温度等因素有关，一方面蓄电池的内阻不会随着光伏电池输出的最大功率点的变化而变化，致使无法对光伏电池的输出进行调节，造成资源的浪费；另一方面蓄电池的充电电压随外界环境的变化而变化，不稳定的电压对蓄电池进行充电，会影响
蓄电池的寿命。因此需要在光伏阵列和蓄电池之间加入最大功率跟踪环节，它既可以跟踪光伏阵列的最大输出功率，又可以输出稳定的电压对蓄电池进行充电。带有最大功率跟踪功能的光伏电源系统框图如图3.1所示。
图3.1光伏电源系统框图
3.1. 光伏系统最大功率点跟踪的原理
太阳能电池是一种非线性直流电源,其P一V输出特性具有非线性特征,受日照强度，环境温度和负载情况影响光伏电池可以工作在不同的输出电压,但是只有在某一输出电压值时,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一电压曲线的最高点,称之为最大功率点（MPP），所以实时检测光伏电池阵列的输出功率,通过一定的控制算法预测当前工况下光伏电池可能的最大功率输出,从而改变当前的阻抗情况,调整光伏电池的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,这一过程就称之为最大功率点跟踪（MPPT）。
图3.2 MPPT 方法示意图
为便于说明，现将光伏阵列的输出特性重新绘制如图 3.2所示。假定图中曲 线1和曲线2为两不同日照强度下光伏阵列的输出特性曲线，A点和B 点分别为相应的最大功率输出点；并假定某一时刻，系统运行在A点。当日照强度发生变化，即光伏阵列的输出特性由曲线1上升为曲线2。此时如果保持负载1不变，系统将运行在A’点，这样就偏离了相应日照强度下的最大功率点。为了继续跟踪最大功率点，应当将系统的负载特性由负载 1 变化至负载 2，以保证系统运行在新的最大功率点 B。同样，如果日照强度变化使得光伏阵列的输出特性由曲线 2 减至曲线 1，
则相应的工作点由B点变化到B’点，应当相应的减小负载2至负载1以保证系统在日照强度减小的情况下仍然运行在最大功率点A。
在光伏发电系统中,虽然光伏电池和DC一DC转换电路都是非线性的,然而在一定的时间和条件下,可以认为是线性电路，因此,只要调节DC一DC转换电路的等效电阻使其始终等于光伏电池的内阻,就可以实现光伏电池的最大输出,也就实现了光伏电池的MPPT。
3.2. 扰动观测法
由于光伏电池的最大功率点是一个时变量,因此可以采用搜索算法进行最大功
率点跟踪，其搜索算法可分为自寻优和非自寻优两种类别，这里我们采用的是自寻优算法中的扰动观察法。
扰动观测法又叫爬山法，是目前经常被采用的 MPPT 方法之一。其原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏阵列输出电压，并观测之后其输出功率变化方向，来决定下一步的控制信号。这种控制算法一般采用功率反馈方式，通过两个传感器对光伏阵列输出电压及电流分别进行采样，并计算获得其输出功率。
下面对经典的干扰观察算法简述如下：光伏系统控制器在每个控制周期用较小的步长改变光伏阵列的输出，改变的步长是一定的，方向可以是增加也可以是减小，控制对象可以是光伏阵列输出电压或电流，这一过程称为“干扰”；然后，通过比较干扰周期前后光伏阵列的输出功率，若 Δ P> 0，说明参考电压调整的方向正确，可以继续按原来的方向“干扰”；若 ΔP < 0，说明参考电压调整的方向错误，需要改变“干扰”的方向。当给定参考电压增大时，若输出功率也增大，则工作点位于图 3.3 中最大功率点Pmax左侧，需继续增大参考电压；若输出功率减小，则工作点位于最大功率点Pmax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Pmax的左侧，需增大参考电压,若输出功率增大，则工作点位子Pmax的右侧，需继续减小参考电压。这样，光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点，最终在其附近的一个较小范围往复达到稳态。
图3.3扰动观测法示意图
扰动观察法的流程图如图3.4所示。