PDF《太阳能光伏发 电最大功率跟踪控制器的研究》

一8一节能ENE RGY C ONS E RVATI ON

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0 8年第

1 2期(总第

3 1 7期) 太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器的研究 刘洋, 白连平 ( 北京信息科技 大学 自动化学院, 北京

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9 2 ) 摘要 : 针对 目前太阳能发 电系统效率低 、 铅 酸蓄 电池使 用寿命短 等问题 , 利用微控 制器 MC

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0 ( ;

8设 计一种太阳能控制器.

该控制 器采 用升降压 式DC/DC转换 电路 、 利用 电压扰 动 法实现最 大功率点跟 踪,使太阳能电池始终保持最 大功率输 出;

控制器还能 实时测 量蓄电池的端 电压 , 对蓄 电池进行 充放 电 保护.该控制 器软硬件 结合 、 可靠性高, 提高 了太阳能发 电系统的效率, 延长 了蓄电池的使 用寿命. 关键词 : 太 阳能控 制器;

最大功率点跟踪 ;

D C / I ~ 转换电路 ;

电压扰 动法 中图分类号 : TP

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2 .

1 文献 标识码 : A 文章编号 :

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0 4―7

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3 引言 太阳能 电池 的输出功率 曲线为非线性特性 , 受 负荷状态 、 环境温度 、 日照强度等 因素的影响 , 太阳 能电池输 出的最大功率点时刻都在变化.若负载工 作点偏离太阳能电池最大功率点将会降低太 阳能电 池输出效率 , 浪费电池板容量. 本文设计制作一种具有最大功率点跟踪功能的 太阳能控制器 , 控制器采 用高性 价 比的微 控制器 MC

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0 8 QG 8来实现最大功率点跟踪控制 , 提高了 太阳能电池的输 出效率 , 充分利用了光伏阵列所转 换的能量 . 1太 阳能 电池输 出特性 太阳能电池输出是非线性的 , 受外界多种因素 的影响, 如 日照强度 、 温度等.太阳能电池特性曲线 如图

1、图2所示 . 由图 l 、 图 2中可以看出 , 光照强度越大, 太阳 能电池输出的功率也越大 ;

相反温度越高 , 太阳能电 池输出的功率越小 .在不同的环境中 , 太阳能电池 输出曲线是不同的 , 最大功率点随着光照强度和温 度的变化而变化.因此在实际应用 中为了提高太阳 能电池的发电效率 , 就要对太 阳能电池最大功率点 进行跟踪. 2太阳能发电系统构成 太阳能发电系统主要由光伏板 、 太阳能控制器 、 蓄电池和负载

4 部分构成.其 中太阳能控制器是整 个 系统 的核 心 部分 , 主 要完 成最大功率 点跟踪(MP F r r ) 、 蓄电池充 电、 负载供电和蓄电池保护等功 能,其性能的好坏直接决定了整个光伏系统的性能. 太阳能发电系统如图 3所示. . 2・ O O ≤ O .

5 O

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0 0

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0 0 U} ( a ) 相 同温 度不同光照

2 ・

0 ≤ Uf V ( b ) 相同光照 不 同温度 【 , 一I特性曲线

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8 0

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0 0 U } V ( b ) 相 同光 照不 同温 度图2太阳能 电池 P―U特性曲线 图3太阳能发 电系统框图 太阳能控制器包括 D C / D C转换 电路 、 微控制 器、 电压电流检测、 驱动电路和充放电保护电路等电 路单元.该控制器采用低功耗 、 高性能

8 位微控制

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0 8年第12期 ( 总第

3 1 7期) 节能ENERGY o0NS ERVATI ON 一9一器MC

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8 , 电压 电流检测 电路采集到 的模 拟 信号经 A . / D端 口送人微控制器进行分析计算 , 微控 制器通过驱动 电路输 出PWM 脉 冲控 制信号调 节DC/ D C转换电路内部开关管 的通断 , 实现对转换电 路输出电压及电流的控制 .控制器还能实时测量蓄 电池的端电压 , 对蓄电池进行充放电保护 , 防止蓄电 池过充或过放. 3最大功率点跟踪( MP P T) 的实现

3 . 1最 大功率 点跟踪 控制 原理 D C /

1 = 转换电路接在直流电源和负载之间, 通 过控制电压的方法将不可控的直流输入变为可控的 直流输出的一种变换电路.本文设计的太 阳能控制 器通过采用升 降压式 D C/

1 = ) C转换 电路 , 将太 阳能 电池的不可控输出电压转换成可控的输 出电压. 升降压式 D C/ D C转换 电路是输 出电压既可 高 于又可低于输入电压 的单管不隔离 直流转换 电路. 如图 4所示 , 主电路 由开关管 Q、 二极管 D、 电感 L 和电容 C等构成 , 其输出电压极性与输入 电压极性 相反.D图4升降压式DC/DC转 换 电路 转换电路输入输出电压关系式为: n V o=一Vi * (

1 ) 占空 比D=T( ) N / T, 其中T=T( ) N+TO F F , TO N 是开关管导通时间. 从式 (

1 ) 可以看出 : 当D=0 . 5时,Vo =Vi ;

当D