最大功率追蹤程式

最大功率追蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）是光伏（PV）系統中的一種技術，用於確保光伏模組始終在最大功率點（MPP）下運行，從而最大化系統的發電效率。MPPT控制器會監測光伏模組的輸出功率，並調整電壓和電流，以匹配電網或負載的最佳條件。

要開發一個MPPT程式，你需要考慮以下幾個關鍵點：

光伏模組特性：你需要知道光伏模組的電特性，包括其伏安特性曲線（I-V curve）和功率輸出特性。
電源管理：程式需要能夠監測光伏模組的輸出電壓和電流，並根據這些數據調整負載或電網的條件。
追蹤算法：你需要選擇一個適當的算法來追蹤最大功率點。這可能包括掃描算法、增量導航算法、濕潤算法等。
控制策略：程式需要決定何時調整電壓或電流，以及如何調整。
安全考慮：程式需要考慮到過電壓和過電流保護，以確保系統安全運行。

以下是一個簡單的MPPT程式設計示例，這是一個基於PID控制器的MPPT控制器：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 模擬光伏模組的電特性
def solar_module_characteristics(V):
    I = 10 * np.exp(-V / 0.6)
    P = I * V
    return I, P

# PID控制器
def pid_controller(error, Kp=1, Ki=0, Kd=0):
    proportional = Kp * error
    integral = Ki * np.sum(error)
    derivative = Kd * (error - error[-1]) / (V[-1] - V[-2])
    output = proportional + integral + derivative
    return output

# 最大功率點追蹤
def mppt_controller(V, I, P):
    error = P[-1] - max(P)  # 計算與最大功率的誤差
    output = pid_controller(error)  # 應用PID控制器
    V_new = V[-1] + output  # 更新電壓
    return V_new

# 模擬光伏系統
V = np.linspace(0, 10, 100)  # 電壓範圍
I, P = solar_module_characteristics(V)  # 計算電流和功率

# 最大功率點追蹤疊代
V_new = V[-1]
for i in range(len(V) - 1):
    V_new = mppt_controller(V, I, P)

# 繪製結果
plt.plot(V, P, label='Original Power')
plt.plot(V[0:i+1], P[0:i+1], label='MPPT Power')
plt.xlabel('Voltage (V)')
plt.ylabel('Power (W)')
plt.title('Maximum Power Point Tracking')
plt.legend()
plt.show()

這個程式模擬了一個光伏模組的電特性，並使用一個簡單的PID控制器來追蹤最大功率點。它會繪製原始功率輸出和MPPT控制下的功率輸出對比圖。

請注意，這是一個簡單的示例，實際的MPPT控制器需要考慮更多的因素，如系統的動態特性、電源管理策略、安全保護等。此外，實際的MPPT控制器通常會使用專用的硬體和嵌入式系統來實現，而不是使用通用計算機。