基于最大功率点跟踪光伏发电系统设计

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1、基于最大功率点跟踪光伏发电系统设计摘？要光伏电池的输出特性会受多方面因素影响，如光照、温度、负载状态等都会使它的输出发生变化，同时不同条件下光伏电池最大功率点的位置也会变化。本文研制的基于单片机的太阳能光伏发电最大功率点追踪控制系统，通过实时采集光伏板的输出电流值和输出电压值，经过MPPT(MaximumPowerPointTracking)控制算法，实时调整光伏电池的工作点，使光伏板稳定工作在最大功率点附近，提高光伏板的电能转换效率，从而实现太阳能的高效利用。关键词最大功率点跟踪；DC-DC；光伏电池中图分类号T

2、M615文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)112-0116-02伴随着能源匮乏，环境日益恶劣，绿色能源受到越来越多的关注，也得到了越来越多的使用。作为绿色能源中最丰富的太阳能，由于其可再生性、清洁性及取之不尽、用之不竭等特点，正在发展成为世界能源组成中的重要部分。但是,目前太阳能光伏发电由于发电成本高、转换效率低等问题并未大规模投入使用。因此，如何更有效地利用太阳能是该领域研究的热点问题。若想更有效地利用太阳能，提高电能转换效率，那么跟踪光伏电池板的最大功率点是有效途径。所以，太阳能光伏电池最大功

3、率点跟踪控制系统的研究具有很高的实际意义和应用价值。1太阳能光伏电池发电原理及特性分析1.1光伏电池发电原理光伏电池是一种直接将光能转化成电能的能量转换器，它的工作原理是以半导体P-N结上接受太阳光照产生“光生伏特效应”为基础。所谓的'‘光生伏特效应”是指物体吸收光能后，其内部传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电动势的效应。1.2光伏电池输出特性光伏电池的输出特性与负载的关系是指在一定的光照及温度的情况下，负载RL与输出电压、输出电流以及输出功率的关系。在光照强度与温度相同的情况下，输出功率随

4、着负载电阻的变化而变化。当负载电阻大小为RM时输出的功率最大，该点既为光伏电池最大功率点。2系统组成本系统是一种基于单片机控制的光伏发电最大功率点跟踪控制装置，以实现对太阳能的高效利用。光伏电池板将太阳能转换为电能，经DC-DC模块给蓄电池充电，为负载提供电能。检测模块与控制器实时检测光伏电池板的输出电压与电流，根据控制器内置控制策略电导增量法，计算出下一次控制器输出的控制信号PWM的占空比，控制信号经驱动隔离电路送给DC-DC模块，通过改变开关管MOSFET的开通与关断时间的比来控制光伏电池的输出功率，从而达到对

5、光伏电池最大功率点跟踪的效果。2.1DC-DC模块电路在最大功率跟踪控制系统中，DC-DC模块是整个电路的核心部分。我们采用的是改进型升降压斩波电路Cuk斩波电路，同时Cuk斩波电路有一个明显的优点，即其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。同时可以满足需要对光伏电池最大功率点快速跟踪与需要对蓄电池进行最大功率和恒压充电的要求。本电路开关管采用MOSTET管，经实验验证能够稳定运行。2.2检测模块要想跟踪光伏电池最大功率点，实时检测光伏电池输出电压与输出电流是必不可少的。太阳

6、能最大输出功率模块包括电压检测电路、电路检测电路和AD转换电路三部分。下面将详细对两部分电路做以介绍。2.2.1电压检测电路电压检测电路电路包括三个部分：输出电压电阻分压部分，通过这一部分得到0〜3.3V的电压，使电压在AD转换芯片所能接受的范围；然后再通过一个二阶滤波电路，减小高频信号的干扰，得到平稳的电压信号；最后再通过一个电压跟随器，将输出电压钳制在3.3V以下。2.2.2电流检测电路该电路采用的电流传感器采用霍尔电流传感器ACS712,具有大带宽，高灵敏度，及稳定的偏执电压的特点。该电路将采集到的电流信号转

7、换成电压信号，并使输出电压值在AD芯片接受范围内。2.2.3AD转换电路采用的AD转化芯片是TLC2543,它具有三个控制输入端,采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接。该芯片具有的多通道串行输入的特点，可以满足系统需同时采集多项电压、电流的要求。经AD芯片转换之后将光伏板电压、电流模拟信号转换成数字信号后送至单片机。2.3驱动隔离电路驱动隔离芯片采用光耦芯片TLP250o该芯片是一种可直接驱动小功率MOSFET的功率型光耦，最大驱动能力达1.5A。之所以选用TLP250是因为光耦既保证了功率驱动电路与

8、PWM脉宽调制电路的可靠隔离，又具备了直接驱动MOSFET的能力，使驱动电路变的简单。2.4稳压电路系统中控制器由蓄电池供电，由于蓄电池电压为12V与控制器的电源电压5V不相吻合，所以要用7805稳压芯片进行稳压，保证了蓄电池的输出电压可供数字芯片使用。为了更稳定的输出电压，对稳压芯片的输入输出端进行了滤波。稳压输出的5V为系统中的控制器、显示屏及除光耦TL