【文章內(nèi)容簡介】 能電池板的 標示功率為 50W。 從圖 ： 同一光照強度下， 在 一個 輸出 電壓范圍內(nèi)其 輸出 電流基本上保持不變 ；然而 在某個 輸出電壓 值之后其 輸出 電流 急劇下降 ，根據(jù)功率的定義式： P（ W） =U（ V） *I（ A） （ 式 21） I（A）U （V ）252020105200W /m2400W /m2600W /m2800W /m21000 W/m2M1M2 圖 常 溫下太陽能電池板在不同光照下的輸出伏安特性曲線 P(W)U （V ）1020304050252020105200W /m2400W /m2600W /m2800W /m21000 W/m2 圖 常溫下太陽能電池板在不同光照下的輸出功率曲線 結合 式 21與圖 ：在常溫下，某個光照強度時太陽能電池板的輸出總存在一個最大功率點。 如 圖 了 太陽能電池板輸出功率與輸出電壓的關系，體現(xiàn) 出 了最大功率點。 6 本 設計所使用的電池板 的 參數(shù)：開路電壓 Voc=，短路電流Isc=，最大功率點電壓 Vmp=，最大功率點電流 Imp=，圖 直觀 地 描述 出了 太陽能電池板 的輸出 特性。 I（A）U （V ）252020105P（W）1020304050UIPUIscImpVocVmpS=10 00W/m2 圖 太陽 能電池板特性曲線 方案論證 方案 一 ：恒壓法。由圖 ，在同一溫度條件下，不同光照下的最大功率點幾乎在一條垂直線上，這表示著最大功率點應該是對應著某一個固定電壓值的，這就是恒壓法的理論 [8]。這一固定電壓值可以從太陽能電池板生產(chǎn)廠商處獲得，從而在設計的時候就可將輸出電壓設定在這個固定電壓處。 方案二：擾動觀察法。這種方法其實質(zhì)是引入一個小的變化，然后進行觀察，并與前一個狀態(tài)進行比較，進而 進行 調(diào)節(jié)。 其具體方法是：先測太陽能電池 板 第 i時刻的電壓 Vi和電流 Ii，由 式 21計算出功率 Pi，然 后與第 i1時刻的功率進行比較。根據(jù)比較的結果調(diào)節(jié)太陽能電池 板 的工作點，這里引入一個參考電壓 VREF，當進行比較后，調(diào)節(jié)參考電壓使之逐漸接近最大功率點的電壓。在7 調(diào)節(jié)太陽能電池 板 工作點時，依據(jù)這個參考電壓進行調(diào)節(jié) [9]。 方案三：電導增量法。由圖 ，在最大功率點處其斜率為零。根據(jù) 式 21，因此在最大功率點處有： dPdU =I + U * dIdU = 0 (式 22) 即 dIdV = IV （ 式 23） 式 23就是達到最大功率點的條件，如果 dIdV IV （ 式 24） 則光伏電池的工作點在最大功率的右邊，此時應減小輸出電壓；如果 dIdV IV （ 式 25） 則光伏電池的 工作點在最大功率的左邊，此時應增大輸出電壓。在實際應用中，方程 式 23很難滿足，工程應用中引入一個誤差因子 E，當 dIdV IV E （ 式 26） 滿足 式 26，就可認為 式 23成立，從而得出最大功率點。 方案比較和選取 前面列出了目前的幾種最大功率跟蹤的方法，對它們進行了理論介紹。接下來對這幾種方法的各自優(yōu)缺點進行系統(tǒng)對比 ，如表 所示 ，最終選擇 出 本 設計的最佳 方案。 8 表 幾種方案系統(tǒng)比較 結合實際情況需要以及各種方案的優(yōu)缺點，本次 設計選取擾動觀察法來實現(xiàn)太陽能電池板的最大功率點跟蹤。 這種方法 硬件成本低 、 算法實現(xiàn)容易。 3 系統(tǒng)設計 D C D C 變 換P W M濾 波濾 波 負 載M C U顯 示M O S F E T 開 關電 路采 樣P V 光 伏 陣 列 圖 系統(tǒng)結構框圖 通過之前的方案討論與分析，最終選 取 了 擾動觀察法來實現(xiàn)設計。根據(jù)此方案的原 理，本系統(tǒng)既需要硬件電路對太陽能電池板的信號進行處理，也需要 程序來進行擾動控制，實現(xiàn)算法。 圖 統(tǒng)的整體框圖。 方式 恒壓法 擾動觀察法 電導增量法 工作原理 斷開太陽能電池板負載，測量開路電壓，將輸出電壓設置在78%開路電壓處 擾動太陽能電池板的工作電壓，并監(jiān)測功率的變化 擾動太陽能電池板的工作電壓，并監(jiān)控工作點處電導與電導 變化率的關系 優(yōu)點 實現(xiàn)簡單，復雜度低 硬件成本低，算法實現(xiàn)容易 誤判率低，跟蹤精度高 缺點 功率浪費嚴重，跟蹤精度低，不能適應環(huán)境的變化 不能判定何時達到最大功率點，因此會存在震蕩 硬件要求高，算法實現(xiàn)復雜 9 硬件設計 系統(tǒng) 方案的設計是通過監(jiān)測 太陽能電池板的實時輸出功率 。 由式 21，要想得到功率，就需要知道電壓與電流。所以硬件的設計包括控制核心、 DCDC、電壓采樣、電流檢測等幾個大的模塊 ， 如圖。 轉換 模塊電路設計 轉換電路是用于太陽能電池板和負載之間，通過控制電壓，將不控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏斎?。電路中開關 管 導通 與關斷 時間比例的 改變，對太陽能電池板而言表現(xiàn)為輸出阻抗的改變，從而影響其輸出特性。 +C14 7 0 u f /5 0 V+C24 7 u f /5 0 VL11 0 m H / 5 0 WR1270KR230KQ1IRFZ 4 8 NR310K PWM輸入A/D電壓輸出電流檢測PV板輸入端+ +MPPT輸出（負載）I np utI1G2O3U1 7805C3104C4104I np ut O ut pu t5 v 圖 轉換部分硬件原理圖 太陽能電池板的參數(shù)在前面已經(jīng)給出，硬件電路圖各元器件參數(shù)的選擇就是根據(jù) 太陽能 電池板的參數(shù)來決定的。如圖 ，太陽能電池板輸出的是直流電壓，電容 C C2用來防止輸出的電壓干擾，降低輸出紋波，由于輸出的電壓最大能達到 25V，因此，電容的耐壓值選擇 50V，留有一定余量。電感 L1用于濾除電壓信號的交10 流分量，降低來自 PWM控制信號的干擾、提高 A/D 采樣結果的準確度、穩(wěn)定輸出。 此處的電流檢測采用的是電流檢測模塊 ACS712ELC20A，模塊以 +5V供電，可以測量正負 20安電流，對應模擬量輸出 100mV/A，其輸出的信號為電壓信號，通過 A/D采樣將其轉換為電流；沒有檢測電流通過時，輸出的的電壓是 VCC/2。由于太陽能電池板的輸出電壓最大能夠達到 22V，所以用兩 電阻 R1=270kΩ 、 R2=30kΩ 進行分壓，測 R2兩端的電壓，由于 10 倍關系，從而可以得到太陽能電池板的輸出電壓。選取 電阻阻值 大主要是考慮到不影響負載的功率。電流檢測與電壓采樣的處理都由軟件實現(xiàn)。 Q1為 IRFZ48N， N型場效應 MOSFET，導通電阻 RDS（ on） =Ω ；柵級和源級最大承受電壓為 VDSS=55V；柵極最大承受電流ID=64A，導通電阻小，可以減少在導通時的功率損耗，其它參數(shù)均符合設計要求。在此接在電壓的低側作為開關用，使用 PWM 控制通斷從而控制輸出電壓值。此處電阻 R3=10kΩ 用于泄流，防止控制信號的電流過大而損壞場效應管。 由于控制部分電路的供電電壓為 +5V，為了方便起見，采用三端集成穩(wěn)壓片 LM7805 將太陽能電池板輸出的電壓轉換為 +5V，LM7805 輸出穩(wěn)定的 +5V 電壓，最大輸出電流可以達到 [10]。 此處采用三 端 集成穩(wěn)壓 LM7805 雖然 給整個系統(tǒng)的設計帶來 了 方便，但是其功耗相對 DCDC變換來說大了不少，最主要的是熱損耗。所以，此處也成為了系統(tǒng)的一個缺陷。 11 從整個轉換部分電路的設計來看，其最大的缺陷就是在于LM7805上面的功率損耗嚴重，但是相對系統(tǒng)效率的提升來說還是很小的。簡潔的電路囊括了濾波、采樣、開關等幾部分，使得整個電路的設計變得簡單、目的非常明確。 控制模塊電路設計 控制部分電路的 MCU采用