图说：太阳能电池的输出特性主要是受到日照强度，以及太阳电池表面温度等因素所影响，因为在不同照度及不同表面温度下的太阳电池输出特性曲线有所不同；该产品为太阳能充电器。（www.yunbi.com）

从太阳能电池功率转换原理来看，只要经由太阳光直接发电的光电半导体芯片，只要受到适当的太阳光照射之后，便可瞬间输出电压及电流，而太阳能电池的等效输出阻抗等于负载端的等效输入阻抗时，太阳能电池所送出的功率为最大，这就是最大功率转移的基本原则，然而下一步就是要如何追踪太阳能电池板最大工作功率点？

追踪太阳能电池最大功率转换

从目前太阳能电池技术的发展来看，已经有许多方式能够达到目标，例如：增量电导法(Incremental and Conductance)、扰动观察法 (Perturbation and Observeation method)、曲线近似法(Curve Fitting)，以及类神经学习法 (Neural Learning)；其中又以扰动观察法是目前最多用来追踪太阳能电池最大功率转换技术(Maximum Power Point Tracking; MPPT)，而该方式所需要的硬件架构较为简单，可以大幅降低制造成本，所以这是目前最为成熟，也是最多被采用的技术。

不过，该技术最大缺点在于，在功率追踪过程中，一旦大气条件改变了，反应速度若无法及时调整，容易造成追踪速度变减缓，功率便会有所耗损。成功大学系统暨船舶机电工程研究所赵儒民教授表示，因应追踪太阳能电池最大功率所设计的追踪器，若能有1套单变量2项式的极值追踪演算技术，只需要透过量测单一变量就能够达成，从架构来说，包括：传感器、转换器的需求就会变得比较少，除了降低制造成本之外，还可获得最大的功率点，减少大气中不必要的扰动现象，而造成功率损失的情形。

太阳能电流与直流电及交流电系统示意图

图说：由太阳光能转化为直流或者交流电能，以供应负载的用电需求，该转换系统的组成项目包括：充电控制器或逆变器、电线和开关设备以及避雷器等。（www.re.emsd.gov.hk）

软、硬件技术让太阳能电池保持最佳效率

然而，透过软件技术来加以改善也是1种方式；赵儒民教授提到，这是运用最佳开发软件接口平台，并在平台上撰写算法，赋予系统自我调整反应速度之功能。简单的说，就是利用软件算法来达到太阳能电池最大功率的追踪，然后再利用算法透过FPGA模块，以达到最快的执行效率，并在较高频率的分析系统下，让太阳能电池保持最大功率追踪时的最佳效率。

 

太阳能电能转换系统架构图


（资料来源：国立成功大学、DIGITIMES整理　制图：罗清岳）

另外，就硬件的角度来分析，藉由量测模块量测到太阳能板电流与温度变化情形，接着由FPGA与RT模块进行软件运算，也就是进行实时运算处理，最后自PWM模块输出最大功率点之Duty Cycle至降压型电路，此时输出电压即为最大功率点下所产生之电压，并可提供电池供电或马达等负载，透过以上过程可进一步实现太阳能电池最大功率的追踪。

 

一般来说，若是透过控制器来展现各个讯号的量测数值，以便将量测讯号植入FPGA芯片中进行单变量演算动作，就可获得执行最大的功率追踪，最后再由PWM控制输出到降压式直流／直流电压转换器的功率开关，因此改变Duty Cycle达到最大功率追踪效果，而这当中包括了网络监控的RT处理器，以增加系统可靠度及实用性，一方面也可缩短研发成果到市场商品化的开发时间。