CN104281191A - 一种光伏电池mppt系统 - Google Patents

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马治远
郭建宇
李钦锋
吴秋轩
李东鑫
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Abstract

本发明所述的一种光伏电池MPPT系统基于单片机，以Buck电路为核心。所不同的是，本发明的BUCK电路多了一个开关管，且开关管与原开关管的状态始终相反，这种设计的好处是可以减少电路中功率的消耗。单片机通过电压采样模块和电流采样模块采样蓄电池的电压和充电电流，给占空比一个扰动，观察蓄电池上功率的变化，如果功率增加则对占空比维持原方向的扰动，如果功率减少则对占空比反方向扰动，如此反复进行下去，单片机对电压扰动进行计算后，向开关管输出开关信号。通过本发明所述的光伏电池最大功率点跟踪器，当外部环境或者蓄电池变化时，光伏电池能够工作在最大功率点附近，以提高光伏电池的利用效率。

Description

一种光伏电池MPPT系统
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，具体而言，涉及一种光伏电池MPPT系统。
背景技术
光伏电池是太阳能发电的核心部分,具有将太阳能转换为电能的功效。光伏发电作为一种具有广阔前景的绿色能源已成为国内外学术界和工业界研究的热点，但是光伏发电存在两个主要问题：第一，光伏电池的输出特性受外界环境影响大，当温度和光照辐射强度变化时，其输出特性会发生较大的变化；第二，光伏电池的转换效率低而且价格昂贵，初期投入较大。
发明内容
本发明所解决的技术问题：光伏电池与负载连接，由于光伏电池的输出特性受外界环境影响大，当温度和光照辐射强度变化时，其输出特性会发生较大的变化，光伏电池所产生的能量不能够被负载充分利用，即光伏电池的转换效率低。
本发明提供如下技术方案：一种光伏电池MPPT系统，包括开关管一、开关管二、电感、电容、二极管一、电阻、蓄电池、电压采样模块、电流采样模块、单片机。所述开关管一与光伏电池的正极连接，所述电感与开关管一串接，所述电感与电容串接，所述电容与蓄电池并联，所述二极管一的负极连接在开关管一和电感之间，所述二极管一的正极与电阻连接，所述开关管二与二极管一并联，所述开关管二与开关管一的状态始终相反。所述电压采样模块与蓄电池连接，所述电流采样模块与电阻的一端连接，所述电阻的一端与电容连接，所述单片机与电压采样模块和电流采样模块连接，所述单片机与开关管一连接。
按上述技术方案，本发明所述的一种光伏电池MPPT系统基于单片机，以Buck电路为核心。其最大功率点跟踪原理如下：光伏电池是一个非线性电源，其输出电压和电流不仅受到光强和温度的影响，还决定于负载的性质和状况。在光伏电池的伏安曲线中，光伏电池的输出特性曲线与负载特性曲线的交点即为光伏电池的工作点。如果工作点处于最大功率点，光伏电池所产生的电能被充分利用，反之它所产生的电能没有被充分利用。
光伏电池的最大功率跟踪点控制方法很多，如开路电压法，短路电流法，电压扰动法，导纳增量法等。本发明采用电压扰动法，该方法控制简单，所检测的参数较少，因此普遍应用在光伏电池最大功率点跟踪器中。电压扰动通过将本次光伏电池的输出功率与上次的比较，来确定是增加还是减少光伏电池的输出电压。如果功率增加，则光伏电池电压维持原来的电压扰动方向；如果功率降低，则光伏电池电压向相反方向扰动。通过反复的扰动、观察和比较，使光伏电池输出功率达到最大功率点处。
对于Buck电路而言，通过改变占空比来调节光伏电池的输出电压。就本发明而言，具体控制过程如下：单片机通过电压采样模块和电流采样模块采样蓄电池的电压(Buck的输出电压)和充电电流(Buck的输出电流)，给占空比一个扰动，观察蓄电池上功率的变化，如果功率增加则对占空比维持原方向的扰动，如果功率减少则对占空比反方向扰动，如此反复进行下去，单片机对电压扰动进行计算后，向开关管一输出开关信号。
通过本发明所述的光伏电池MPPT系统，当外部环境或者蓄电池变化时，光伏电池能够工作在最大功率点附近，以提高光伏电池的利用效率。
另外，本发明的一大创新之处在于：相比于传统的BUCK电路，本发明的BUCK电路多了一个功率开关管二，且功率开关管二与功率开关管一的状态始终相反，即功率开关管一导通功率开关管二截止，功率开关管一截止功率开关管二导通。这种设计的好处是可以减少电路中功率的消耗。在不加功率开关管二时，功率开关管一导通时，太阳能电池对蓄电池进行充电；功率开关管一截止时，电感、二极管二、蓄电池形成回路，电路起到续流的作用，即电感中的电流逐渐减小，这时电路中的电流全部流经二极管二，这将形成比较大的功率消耗。在添加了功率开关管二后，功率开关管一截止时，电感、功率开关管二、蓄电池形成回路，电路仍起到续流的作用，但是此时电路中的电流不都是流过二极管二，大部分的电流此时流过功率开关管二，且功率开关管二导通时的内阻极小，这样在整个电路上功率的消耗也就变小了。
作为本发明的进一步优选，所述开关管为MOSFET管。
作为本发明的进一步改进，本发明还包括二极管二，所述二极管二与太阳能电池正极串接。
作为本发明的进一步改进，本发明还包括储能电容，所述储能电容与光伏电池并联。由于Buck电路的输入端工作在断续状态下，若不加入储能电容，则光伏电池工作在时断时续的状态下，不能处于最佳工作状态。加入了储能电容后，Buck电路开关管断开时光伏电池对储能电容充电，使光伏电池始终处于发电状态，此时调节Buck电路占空比才可以有效跟踪最大功率工作点。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明所述的一种光伏电池MPPT系统结构框图。
图中符号说明：
10－太阳能电池；
20－蓄电池；
30－电压采集模块；
40－电流采集模块；
50－单片机；
Cin－储能电容；C－电容；
D1－二极管；D2－二极管；
L－电感；
Q1－MOSFET管；Q2－MOSFET管；
R－电阻。
具体实施方式
如图1所示，一种光伏电池MPPT系统，包括MOSFET管一Q1、MOSFET管二Q2、电感L、储能电容Cin、电容C、二极管一D1、二极管二D2、电阻R、蓄电池20、电压采样模块30、电流采样模块40、单片机50。
所述二极管二D2与太阳能电池10正极串接，所述储能电容Cin与光伏电池10并联。
所述MOSFET管一Q1与光伏电池10的正极连接，所述电感L与MOSFET管一Q1串接，所述电感L与电容C串接，所述电容C与蓄电池20并联，所述二极管一D1的负极连接在MOSFET管一Q1和电感L之间，所述二极管一D1的正极与电阻R连接，所述电容C、电阻R、二极管一D1、电感L构成一回路。
所述MOSFET管二Q2与二极管一D1并联，所述MOSFET管二Q2与MOSFET管一Q1的状态始终相反。
所述电压采样模块30与蓄电池20连接，所述电流采样模块40与电阻R的一端连接，所述电阻R的一端与电容C连接，所述单片机50与电压采样模块30和电流采样模块40连接，所述单片机50与MOSFET管一Q1连接。
实际工作中，MOSFET管二Q2与MOSFET管一Q1的状态始终相反，即MOSFET管一Q1导通MOSFET管二Q2截止，MOSFET管一Q1截止MOSFET管二Q2导通。MOSFET管一Q1截止时，电感L、MOSFET管二Q2、蓄电池20形成回路，电路起到续流的作用，但是此时电路中的电流不都是流过二极管一D1，大部分的电流此时流过MOSFET管二Q2，且MOSFET管二Q2导通时的内阻极小，这样在整个电路上功率的消耗也就变小了。
单片机50通过电压采样模块30和电流采样模块40采样蓄电池20的电压(Buck的输出电压)和充电电流(Buck的输出电流)，给占空比一个扰动，观察蓄电池20上功率的变化，如果功率增加则对占空比维持原方向的扰动，如果功率减少则对占空比反方向扰动，如此反复进行下去，单片机50对电压扰动进行计算后，向MOSFET管一Q1输出开关信号。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种光伏电池MPPT系统，包括开关管一(Q1)、电感(L)、电容(C)、二极管一(D1)、电阻(R)、蓄电池(20)、电压采样模块(30)、电流采样模块(40)、单片机(50)，所述开关管一(Q1)与光伏电池(10)的正极连接，所述电感(L)与开关管一(Q1)串接，所述电感(L)与电容(C)串接，所述电容(C)与蓄电池(20)并联，所述二极管一(D1)的负极连接在开关管一(Q1)和电感(L)之间，所述二极管一(D1)的正极与电阻(R)连接，所述电容(C)、电阻(R)、二极管一(D1)、电感(L)构成一回路，所述电压采样模块(30)与蓄电池(20)连接，所述电流采样模块(40)与电阻(R)的一端连接，所述电阻(R)的一端与电容(C)连接，所述单片机(50)与电压采样模块(30)和电流采样模块(40)连接，所述单片机(50)与开关管一(Q1)连接，其特征在于：还包括开关管二(Q2)，所述开关管二(Q2)与二极管一(D1)并联，所述开关管二(Q2)与开关管一(Q1)的状态始终相反。
2.如权利要求1所述的一种光伏电池MPPT系统，其特征在于：所述开关管(Q1)和开关管(Q2)均为MOSFET管。
3.如权利要求1所述的一种光伏电池MPPT系统，其特征在于：还包括二极管二(D2)，所述二极管二(D2)与太阳能电池(10)正极串接。
4.如权利要求1所述的一种光伏电池MPPT系统，其特征在于：还包括储能电容(Cin)，所述储能电容(Cin)与光伏电池(10)并联。
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