光伏发电最大功率跟踪控制器的设计.doc

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新能源专题
光伏发电最大功率跟踪控制器的设计
白连平1白实2
（1.北京信息科技大学自动化学院，北京100192；2.瑞萨电子（上海）有限公司北京分公司，北京100190）摘要针对目前太阳能发电系统效率低的问题，本文利用微控制器设计了一种太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器。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，使太阳能光伏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，提高了太阳能光伏发电系统效率，并延长了蓄电池使用寿命。关键词：太阳能光伏电池；最大功率点跟踪；DC/DC转换电路；电压扰动法
DesignofSolarControllerwithMaximumPowerTracking
BaiLianping1BaiShi2(1.SchoolofAutomation,BeijingInformationScience&TechnologyUniversity,Beijing100192；2.RenesasTehnology(Shanghai)Co.,Ltd,BeijingBranch,Beijing100190)AbstractInviewofthelowefficiencyofsolarphotovoltaicsystem,shortservicelifeofthelead-acidbatteryandotherissues，designedasolarcontrollerusingmicrocontrollerMC9S08QG8.ThecontrollerusesBuck-BoostDC/DCconversioncircuitandvoltageperturbalgorithmtoachievemaximumpowerpointtracking,andmaintainsthelargestoutputofthesolarcell.Thecontrolleralsomeasuresthebatteryvoltage,andachievesthebatterychargeanddischargeprotection.Thecontrollerintegratessoftwareandhardware,hashighreliability,increasessolarphotovoltaicsystemefficiencyandextendsbatterylife.Keywords：solarcontroller；MPPT；DC/DCconversioncircuit；voltageperturbalgorithm
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引言
制器采用微控制器来实现最大功率点的跟踪控制，有效地提高了太阳能电池的输出效率。
太阳能是人类可利用的最直接的清洁能源，它无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭，日益被人们重视，太阳能光伏发电得到广泛地应用。但是太阳能光伏电池的输出特性受负载大小、环境温度、日照强度等因素的影响，太阳能光伏电池输出的电压和电流均发生很大的变化，从而使输出功率不稳定，导致光伏发电系统效率降低。因此如何进一步提高太阳能光伏电池的转换效率，充分利用光伏阵列所转换的能量，一直是太阳能光伏发电系统研究的重要课题。本文对太阳能电池的输出特性进行了分析，研究了最大功率点跟踪的控制原理和控制算法，设计制作了太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器，该控
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太阳能电池输出特性
太阳能电池输出特性是非线性的，受外界多种因素影响，主要因素是光照强度和环境温度。太阳能电池伏安特性曲线如图1所示。从图1可以看出，当环境温度为25℃时，太阳能电池的输出电流和电压随着光照强度的增大而增大；而当日照强度不发生变化时，太阳能电池的输出电压会随着温度的升高而降低。图2是太阳能电池伏瓦特性曲线。可以看出，环境温度一定时，光照强度越大，太阳能电池输出的功率也越大；相反光照强度不变时，环境温度越高，太阳能电池输出的功率越小。我们可以得到结
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2009年第8期
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论：在不同的环境下，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。
图3
太阳能发电系统框图
（a）相同温度不同光照
太阳能控制器包括DC/DC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位微控制器MC9S08QG8，电压电流检测电路采集到的模拟信号经