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【導(dǎo)讀】光伏行業(yè)在我國仍然在穩(wěn)步發(fā)展中。中國光伏協(xié)會(huì)王勃華最近分享數(shù)據(jù)顯示，2026年預(yù)計(jì)新增裝機(jī)612GW，2026年處于階段性調(diào)整階段，同比下降8%，中國光伏市場政策大幅調(diào)整，將顯著影響全球總量。雖然整體行業(yè)還在承壓，但2027年以后將持續(xù)擴(kuò)容，2026~2030年復(fù)合增速7%，2030年預(yù)計(jì)新增裝機(jī)升至864GW。

對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，效率是永遠(yuǎn)繞不過的話題，畢竟太陽輻照度、環(huán)境溫度、陰影遮擋、灰塵污染以及季節(jié)變化等因素都會(huì)影響其發(fā)電能力。

對(duì)光伏組件而言，在任何時(shí)刻都存在一個(gè)能夠輸出最大功率的工作點(diǎn)，即最大功率點(diǎn)（Maximum Power Point，MPP）。由于MPP會(huì)隨著環(huán)境條件實(shí)時(shí)變化，因此光伏系統(tǒng)必須持續(xù)跟蹤這一工作點(diǎn)，才能始終輸出最大功率。這正是最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技術(shù)存在的意義。

看明白MPPT

光伏發(fā)電的原理是利用光伏效應(yīng)的半導(dǎo)體材料（主要為Si），當(dāng)陽光照射到光伏電池時(shí)，光子激發(fā)性能電子-空穴對(duì)，從而產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。完整的光伏系統(tǒng)包括光伏組件（PV Module）、逆變器（Inverter）、充電控制器（Charge Controller）、儲(chǔ)能電池（可選）。

正因?yàn)樘鞖夂拓?fù)載變化持續(xù)移動(dòng)，所以最大功率點(diǎn)（MPP）并不是固定不變的。

圖源丨TI

因此，現(xiàn)代光伏系統(tǒng)通常采用MPPT控制算法，通過實(shí)時(shí)調(diào)整工作電壓和電流，使系統(tǒng)始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近，實(shí)現(xiàn)最大能量輸出，提高光伏發(fā)電接入電網(wǎng)后的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

圖源丨Doi:10.1016/j.rineng.2025.107227.

簡單解釋一下MPPT原理是：當(dāng)輸出電阻Ro與電源內(nèi)阻Rint達(dá)到阻抗匹配時(shí)，負(fù)載可獲取最大輸出功率?；谶@一原理，光伏系統(tǒng)中的MPPT電路通過實(shí)時(shí)調(diào)整負(fù)載側(cè)的等效輸入阻抗，使光伏組件持續(xù)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)（MPP）附近，從而提升系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。

照實(shí)現(xiàn)方式，MPPT算法大致可分為三類：傳統(tǒng)算法（擾動(dòng)觀察法P&O、增量電導(dǎo)法IncCond）、智能算法（模糊邏輯控制FLC、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN、遺傳算法GA）、混合算法（P&O+FLC、ANN+GA、PSO+IncCond）。

在逆變器中，MPPT怎么配置

MPPT功能通常集成在逆變器內(nèi)部，并位于DC-DC級(jí)，完成最大功率跟蹤后，再逆變。

眾所周知，住宅光伏系統(tǒng)更傾向于微型逆變器或組串式逆變器，工商業(yè)光伏系統(tǒng)主要采用組串式逆變器，大型地面電站在組串式和集中式逆變器之間進(jìn)行選擇。按照逆變器類型不同，MPPT配置也有所不同：

微型逆變器：微型逆變器采用每塊光伏組件配置一路MPPT和一路逆變器的架構(gòu)。雖然這種方式硬件成本較高，但能夠?qū)γ繅K組件進(jìn)行獨(dú)立控制，即使部分組件受到陰影遮擋，也不會(huì)影響其他組件發(fā)電，因此可以最大化整套系統(tǒng)的發(fā)電量。與此同時(shí)，組件級(jí)監(jiān)測還能提升系統(tǒng)安全性，降低后期運(yùn)維成本，因此微型逆變器更適用于住宅光伏等分布式場景。

集中式逆變器：與微型逆變器相反，集中式逆變器采用多個(gè)組件共用一個(gè)逆變器的方式。一臺(tái)逆變器通常連接幾十塊甚至數(shù)百、上千塊光伏組件，而整個(gè)系統(tǒng)往往只配置一路MPPT，甚至沒有獨(dú)立MPPT控制。這種方案硬件投資最低，但由于控制粒度較粗，對(duì)組件之間的不一致性適應(yīng)能力較弱。

組串式逆變器：組串式逆變器則介于兩者之間。將若干塊光伏組件組成一個(gè)組串（String），通常每個(gè)組串配置一路MPPT。相比集中式方案，組串式能夠降低陰影遮擋、組件差異等因素帶來的發(fā)電損失；相比微型逆變器，又能有效控制硬件成本，因此目前已成為商業(yè)和工商業(yè)光伏系統(tǒng)的主流方案。

圖源丨納芯微

MPPT功能主要由采樣、計(jì)算、驅(qū)動(dòng)三個(gè)相互配合的環(huán)節(jié)組成：首先，系統(tǒng)通過電壓、電流傳感器實(shí)時(shí)采集光伏組件的工作狀態(tài)；隨后，MPPT算法根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前最佳工作點(diǎn)；最后，將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至驅(qū)動(dòng)電路，以精確控制功率器件的開關(guān)動(dòng)作，使光伏組件持續(xù)保持在最大功率點(diǎn)附近運(yùn)行。

整個(gè)過程中，這些器件都很重要：

采樣提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)：電壓檢測相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，電流檢測則對(duì)測量精度提出了更高要求；

控制器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)決策：核心控制通常由MCU/DSP完成，持續(xù)執(zhí)行MPPT算法，根據(jù)實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前最大功率點(diǎn)的位置，將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成高頻、高精度PWM信號(hào)，進(jìn)而精確控制功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏系統(tǒng)工作點(diǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；

驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)高精度執(zhí)行：完成計(jì)算后，控制指令需要通過柵極驅(qū)動(dòng)器（Gate Driver）作用于MOSFET、SiC MOSFET等功率器件；

電源管理：MPPT系統(tǒng)還需要穩(wěn)定可靠的電源管理芯片（PMIC）。

圖源丨英飛凌

MPPT常用拓?fù)?/p>

Buck、Boost、Buck-Boost拓?fù)渚蓱?yīng)用于MPPT。Buck和Buck-Boost主要應(yīng)用于小功率光伏系統(tǒng)，中、大功率光伏逆變器則普遍采用Boost及其衍生拓?fù)洌珺oost電路本身結(jié)構(gòu)簡單，逆變器通常需要較高直流母線電壓，因此升壓型拓?fù)涑蔀橹髁鬟x擇。

具體到Boost拓?fù)?，主要包括Single Boost、Dual Boost、Flying Capacitor Boost（FC Boost）。

Single Boost屬于兩電平結(jié)構(gòu)，電路簡單、控制容易實(shí)現(xiàn)，但器件需要承受更高的電壓應(yīng)力。Dual Boost和Flying Capacitor Boost均屬于三電平拓?fù)?，器件電壓?yīng)力會(huì)降低一半，兩者在光伏MPPT中的工作特性存在明顯差異。

Single Boost：由于正母線共模噪聲通過負(fù)母線形成旁路，因此幾乎不會(huì)產(chǎn)生對(duì)地共模漏電流（Common-mode Leakage Current），但器件承受的整體電壓應(yīng)力相對(duì)較高；

Dual Boost：共模漏電流是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵難點(diǎn)，采用交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)時(shí)，共模漏電流明顯高于同步驅(qū)動(dòng)方式，較易超出VDE、GB/T等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值要求；

FC Boost：基本能夠消除共模漏電流，因此兩路主動(dòng)開關(guān)可以采用交錯(cuò)控制，但相比Single Boost和Dual Boost，電路與控制設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，不僅需要增加飛跨電容預(yù)充電電路，還受部分專利約束，整體工程實(shí)現(xiàn)難度和應(yīng)用門檻更高；

圖源丨英飛凌

芯片廠商對(duì)MPPT的關(guān)注點(diǎn)

英飛凌

英飛凌提供Easy封裝的模塊方案，比如針對(duì)1500V光伏系統(tǒng)DF4-19MR20W3M1HF_H94，改模塊采用2kV SiC芯片，單模塊集成4路Boost，僅需較簡單拓?fù)浼纯蓪?shí)現(xiàn)1500VDC系統(tǒng)中40A以上MPPT應(yīng)用，支持30kHz以上開關(guān)頻率，有利于進(jìn)一步減小電感尺寸、提高系統(tǒng)功率密度。

隨著高壓、大電流IGBT、SiC MOSFET日趨成熟，英飛凌認(rèn)為光伏逆變器會(huì)越來越多地采用分立器件方案，在保證性能同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化整體系統(tǒng)成本。

舉例來說，在Boost MPPT電路中，英飛凌1200V Trench Stop IGBT7 H7兼顧較低導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗，在16kHz開關(guān)頻率下即可覆蓋不同功率等級(jí)MPPT應(yīng)用需求；使用SiC MOSFET開關(guān)頻率可進(jìn)一步提升至約32kHz，有效縮小Boost電感體積，從而提升整機(jī)功率密度。而且實(shí)際仿真結(jié)果表明，兩種方案器件損耗和結(jié)溫均處于較為充足的安全范圍。

除此之外，英飛凌在官網(wǎng)還提供面向可擴(kuò)展光伏系統(tǒng)的功率優(yōu)化解決方案，器件包括功率晶體管OptiMOS 5、OptiMOS 6 MOSFET、OptiMOS N溝道功率MOSFET，柵極驅(qū)動(dòng)器ICEiceDRIVER系列，電流傳感器XENSIV系列，32位MCU XMC和PSoC 6，EXCELON系列內(nèi)存。眾所周知，光伏電站的設(shè)計(jì)使用壽命在25年左右，英飛凌強(qiáng)調(diào)其擁有豐富的產(chǎn)品組合，可助力太陽能優(yōu)化器實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，在最大化能源輸出的同時(shí)，確保產(chǎn)品具備25年以上的使用壽命。

德州儀器

TI主要推GaN方案。TI推出了基于GaN的1.6kW雙向微型逆變器參考設(shè)計(jì)，支持四路相同功率通道，直流側(cè)最高支持60 V、±14 A輸入，可連接光伏（PV）組件或48 V電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）。交流側(cè)接入單相電網(wǎng)，低壓側(cè)與高壓側(cè)之間采用雙向固定頻率CLLLC變換器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，控制算法運(yùn)行于C2000 MCU。

此外，值得關(guān)注的還有基于GaN器件的MPPT太陽能充電400W參考設(shè)計(jì)TIDA-010042，面向12V/24V電池系統(tǒng)及中小功率太陽能充電器，也可作為電源優(yōu)化器使用。該方案支持15V～60V太陽能組件輸入，輸出電流最高16A，采用降壓拓?fù)鋵⑻柲馨咫妷恨D(zhuǎn)換為電池充電電壓。

該設(shè)計(jì)基于集成柵極驅(qū)動(dòng)器的GaN功率級(jí)LMG2100和MSPM0G1506 MCU，利用擾動(dòng)觀測法（P&O）實(shí)現(xiàn)MPPT控制，整機(jī)效率超過98%。憑借GaN器件低導(dǎo)通電阻、低開關(guān)損耗和零反向恢復(fù)電荷等優(yōu)勢，系統(tǒng)可支持最高250kHz開關(guān)頻率，從而減小磁性器件和其他無源元件尺寸，提升功率密度。同時(shí)，方案還集成了反接保護(hù)、軟件可編程告警以及浪涌、ESD保護(hù)等功能。

NXP

恩智浦在去年底展示了基于NXP MCX A346實(shí)現(xiàn)MPPT的參考設(shè)計(jì)，包括光伏系統(tǒng)原理、硬件架構(gòu)、軟件控制算法、演示平臺(tái)及測試結(jié)果。

參考設(shè)計(jì)采用BOOST拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)MPPT控制，最大功率100 W，光伏輸入18 V，電池24 V，峰值效率98%，算法采用經(jīng)典的擾動(dòng)觀察法（P&O）。

ADI

ADI也提供集成MPPT功能的充電器。比如，LT8491 是一款Buck-Boost開關(guān)型電池充電管理芯片，支持恒流恒壓（CCCV）充電，可兼容鉛酸電池（密封式、液式、膠體）和鋰離子電池等多種電池類型。支持 6V～80V 輸入電壓，可直接由太陽能電池板或直流電源供電，并通過單電感架構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸入電壓高于、低于或等于電池電壓時(shí)的穩(wěn)定充電。

芯片集成MPPT 功能，可自動(dòng)優(yōu)化太陽能發(fā)電效率，同時(shí)支持電池溫度補(bǔ)償、I2C 配置與遙測、EEPROM 參數(shù)存儲(chǔ)以及 LED 狀態(tài)指示。采用 7mm×11mm QFN 封裝，適用于太陽能充電器、鉛酸和鋰電池充電系統(tǒng)，以及工業(yè)設(shè)備和便攜式軍用設(shè)備等應(yīng)用。

納芯微

納芯微聚焦MPPT的感知和驅(qū)動(dòng)。首先，在感知方面提供電流傳感器。比如，納芯微NSM201x系列霍爾電流傳感器采用霍爾效應(yīng)原理，可實(shí)現(xiàn)±65A以內(nèi)電流的隔離檢測，并輸出線性電壓信號(hào)，兼顧測量精度與可靠性，為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的電流和功率信息。

其次，在驅(qū)動(dòng)方面，提供穩(wěn)定可靠的柵極驅(qū)動(dòng)與功率器件，保證準(zhǔn)確執(zhí)行MCU指令。比如，

NSI6801/x系列電流型輸入隔離單管驅(qū)動(dòng)器已廣泛應(yīng)用于光伏逆變器，是成熟的主流驅(qū)動(dòng)方案。產(chǎn)品采用雙電容增強(qiáng)隔離技術(shù)，可PIN to PIN兼容光耦驅(qū)動(dòng)，同時(shí)具備更高的隔離性能；結(jié)合AdaptiveOOK編碼技術(shù)，CMTI可達(dá)200kV/μs，為系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行提供保障。

寫在最后

MPPT這項(xiàng)技術(shù)雖然不起眼，但對(duì)光伏系統(tǒng)來說，至關(guān)重要。目前來看，隨著IGBT、SiC、GaN發(fā)展，MPPT設(shè)計(jì)向分立式發(fā)展，MPPT算法也正在逐漸向智能算法和混合算法發(fā)展。未來，相信MPPT會(huì)越來越智能化，MPPT效率還會(huì)進(jìn)一步提升。

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