具有MPPT功能智能户用光伏充电系统研究报告.docx

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具有MPPT功能智能户用光伏充电系统研究报告

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第２５卷第５期２００７年１０月

可再生能源

ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｓｏｕｒｃｅｓ

Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２００７

具有ＭＰＰＴ功能的智能户用光伏充电系统研究

李钊年１，２，段善旭２

<１．青海大学，青海西宁摘

８１００１６；２．华中科技大学，湖北武汉

４３００７４）

要：

光伏充电系统采用了恒流充电和ｄｕ／ｄｔ恒压限流充电相结合的管理模式，在一定时间内以电压的变化

量接近零，并使充电电流达到最小设定量作为判断蓄电池充电终止的条件，采用了电压自寻优算法实现了光伏电池的最大功率点跟踪。

实验表明，系统除了具有智能化管理的特点外，光伏电池的最大功率点跟踪效果明显，且不用考虑日照强度和温度对光伏电池的影响，在一定程度上能够提高光伏电池的输出功率。

关键词：

光伏电池；电压变化量；蓄电池；最大功率点跟踪；充电中图分类号：

ＴＭ６１５文献标志码：

Ａ文章编号：

１６７１－５２９２<２００７）０５－００１３－０３

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｏｍｅｓｔｉｃｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＭＰＰＴ

ＬＩＺｈａｏ－ｎｉａｎ１，２，ＤＵＡＮＳｈａｎ－ｘｕ２

<１．ＱｉｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｉｎｇ８１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｇｉｖｅｎｔｈａｔｔｈｅｂａｔｔｅｒｙａｄｏｐｔｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｔａｎｔｖｏｌｔａｇｅｄｕ／ｄｔｃｕｒｒｅｎｔ－ｌｉｍｉｔｅｄ．Ａｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｚｅｒｏａｎｄｓｅｔｔｉｎｇｖａｌｕｅｏｆｍｉｎｉｍｕｍｃｈａｒｇｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｉｓｔａｋｅｎｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｃａｐｉｔｕｌａｔｉｏｎｏｆｂａｔｔｅｒｙｃｈａｒｇｉｎｇｅｎｄｉｎｆｏｒｍｕｌａｒｙｔｉｍｅｓ．Ａａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｅｌｆ－ｏｐｔｉ－ｍｉｚｉｎｇｉｓｇｉｖｅｎｆｏｒｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ<ＭＰＰＴ）ｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｗｉｔｈｉｎｔｅｌｌｅｃｔｉｖｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒｅｓｕｌｔｏｎｔｈｅＭＰＰＴｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｎｅｅｄｎｏｔｔｈｉｎｋｓｕｎｓｈｉｎｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｏｕｔｐｕｔｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ；ｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅ；ｂａｔｔｅｒｙ；ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋ－ｉｎｇ<ＭＰＰＴ）；ｃｈａｒｇｉｎｇ０

引言自２０００年以来，中央和地方政府在青海修建了多座光伏电站，用以缓解边远地区和牧区人民的用电问题。

由于没有一个完善的管理机制，给光伏电站的维护和使用带来了很大困难，致使电站寿命大幅度缩短。

为了解决这一问题，实行户用电源、智能化管理的模式成为光伏电源发展的主流趋势。

光伏电源实现智能化管理的关键又在于控制系统的智能化。

光伏发电的最基本单元是光伏电池。

前，目光电转化效率最高的单晶硅电池的效率只为

收稿日期：

２００６－１０－３１。

基金工程：

教育部科学技术研究重点工程<２０５１６５）。

作者简介：

李钊年<１９６７－），男，副教授，主要从事电气工程及其自动化方面的教案和科研工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：

ｌｚｎ３９６２７８２＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：

段善旭<１９７０－），男，教授，博导，主要研究方向为新能源发电及电能质量控制。

［１］

２０％左右。

由于光电转化控制不当，太阳能光谱和能量的利用率只有５０％￣７０％［２］，再加上空气

中的颗粒物、尘等降落在光伏电池板上，减少灰了光线的射入量，影响光电的转换效率。

其次，光伏电池的输出特性受外界环境的影响大：

日照强度下降，会造成光伏电池的短路电流和输出功率下降；温度上升，光伏电池的开路电压和输出功率下降。

另外，光伏电池的价格昂贵，光伏发电系统的初期投入较大，为有效利用太阳能，需要对光伏发电系统进行有效地控制，以便提高利用效率。

１３?

可再生能源

本文以ＳＰ１２２６０型<１２Ｖ，２６Ａｈ）铅酸蓄电池为充电对象，对光伏充电控制系统进行了设计，实现了光伏电池的最大功率点跟踪以及太阳能电池板与蓄电池之间电压的自动识别、自动匹配和充电过程的自动调节。

Ｒ２Ｄ１

太阳能电池板

２００７，２５<５）

１

电路拓扑结构和控制策略光伏充电系统的电路拓扑如图１所示。

主电

１．１电路拓扑结构

路由太阳能电池板、电力场效应管Ｑ１、蓄电池和精密电阻Ｒ１９构成。

Ｒ３Ｑ１Ｒ１Ｒ１３Ｒ４Ｒ１４Ｄ３Ｄ４Ｒ１５

Ｄ２

蓄电池

＋

Ｒ１６

Ｒ５Ｒ７Ｒ６Ｑ２Ｒ８Ｃ１

１４２

１２３１５

８

１１１９１０１３ＴＬ４９４４５６７１６Ｒ０Ｃ０

Ｒ１８Ｒ１９Ｒ２０＋－

＋５ＶＡ１Ｒ２１

Ｒ９Ｃ２Ｒ１０

Ｒ１１

Ｒ１２

Ｃ３

ＰＤ２ＰＣ３ＰＣ１ＰＣ２ＡＴＭＥＧＡ８ＬＣＰＵＰＤ５ＰＤ１ＰＤ７ＶＣＣ１０ＫＬＤ１

图１

光伏充电控制系统拓扑结构图

Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

１．２充电控制策略

采用恒流充电和ｄＶ／ｄｔ技术恒压限流充电相结合的方法给蓄电池充电［３］。

ＴＬ４９４电流型ＰＷＭ脉宽调制器、ＡＴＭＥＧＡ８Ｌ单片机和检测单元构成充电闭环控制回路，实现充电电压、电流的自动调节和电源电压的自动识别。

利用ＴＬ４９４中的误差放大器，从１脚输入给定电压信号与恒压充电时反馈电压信号和最大功率点跟踪算法输出的±ＵΔ之偏差，此放大器作恒压调压器使用，２脚和３脚间引入阻容校正，构成ＰＩ调节器。

另一个误差放大器作恒流调节器，从１６脚输入给定电流信号与恒流充电时的反馈电流信号之偏差，１５脚和３脚间引入阻容校正，构成ＰＩ调节器。

２种给定信号均从１４脚内部基准电压源通过电阻分压取得，当单片机ＰＤ５口输出高电平时，取得的基准电压为

充电终点的判断和管理。

Ｕｆ－

电压给定Ｕｇ电压反馈

ＰＩ调节器

ＰＷＭ调制器

Ｕｏ

!

Ｕ±－ＩｆＰＩ调节器

电流反馈

来自单片机ＰＤ２电流给定Ｉｇ

图２光伏充电控制策略Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｐｏｌｉｃｙｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

１．３最大功率点控制策略

光伏电池的输出电压和电流呈非线性关系，存在一个输出的最大功率点，且光伏电池的Ｉ－Ｕ特性还随着日照强度和运行温度的变化而变化。

为了保证光伏发电系统获得最佳的能量利用效率，必须采用最大功率点跟踪算法使光伏阵列随时运行在最大功率输出点。

本文针对高寒地区日照强度变化快，温度变化大的特点，采用了与光伏电池的特性和参数无关的电压寻优算法［５］，［６］。

当光伏阵列工作在最大功率点时，它的工作电压Ｕ<ｋ）与它的开路电压ＵＯＣ成一定的线性比例关系，比例系数一般都取为０．７６<误差为±），因此可以让光２％伏阵列的工作电压设定为０．７６ＵＯＣ。

此时，光伏阵列即工作在最大功率点。

控制流程如图３所示。

２．５Ｖ，反之为５Ｖ。

ＴＬ４９４的８脚和１１脚作并联输出ＰＷＭ信号来控制场效应管Ｑ１，以维持恒流

［４］

充电时电流恒定或在恒压充电时的电压恒定。

具体控制框图如图２所示。

以给定电压Ｕｇ、来自单片机的电压偏差±ＵΔ和电压反馈构成的电压闭环控制系统主要进行蓄电池端电压管理和最大功率点跟踪；给定电流Ｉｇ和电流反馈构成的闭环控制系统主要进行蓄电池?

?

１４

李钊年，等

具有ＭＰＰＴ功能的智能户用光伏充电系统研究

开始初始化变量

检电池板电压ＵＢ

２

实验结果与分析为了得到较明显的结果，实验中将６块

开Ｑ１，检电池板电压Ｕ<ｋ）初始化端口

ＧＦＭ－１２０光伏电池板<每块板的标称峰值功率为１２０Ｗ，开路电压为２１．６Ｖ，典型工作电压为１７．３Ｖ，每块板的内阻近似为８．５Ω）分成２组，每组３

块串联。

把两组充电电路中的蓄电池用阻性负载替换，其中一组接入具有ＭＰＰＴ功能的充电电路，

Ｙ

ＡＤＣ采样Ｎ

报警

Ｕ<ｋ）＝０．７６ＵＢ？

ＮＵ<ｋ）＞０．７６ＵＢ？

Ｎ

输出ΔＵ＝Ｕ<ｋ）－０．７６ＵＢ

电池接否？

Ｙ

极性接反否？

Ｙ

另外一组直接接负载。

在１０ｍｉｎ内检测２组光伏电池在不同负载下的输出电压和电流，共检测１０个点，每个点之间相隔１ｍｉｎ，再计算其输出功率<表１）。

输出

Ｎ

采样充电电流Ｉｃｈ

ΔＵ＝０．７６ＵＢ－Ｕ<ｋ）

Ｉｃｈ＝０？

Ｎ

关断Ｑ１

Ｙ

令Ｕ<ｋ）＝Ｕ<ｋ＋１）

从表１可以看出，在加入了ＭＰＰＴ控制后，光伏电池的输出功率得到提高。

当光伏电池工作在恒压源区时，如果负载电阻能够与光伏电池的内阻相匹配，则采用ＭＰＰＴ控制的光电池板与不加控制的光电池板的输出功率很接近。

返回

图３

光伏电池最大功率点跟踪算法流程

Ｆｉｇ．３ＭＰＰＴａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃｆｌｏｗｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ

表１光伏电池输出功率计算值Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｃａｌｃｕｌａｔｅｖａｌｕｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ

负载带ＭＰＰＴ未加控制带ＭＰＰＴ未加控制带ＭＰＰＴ未加控制光伏电池输出功率／Ｗ输出功率平均值／Ｗ

７２Ω４８Ω２４Ω

６４．０３４．８１２６．２５３．１９４．０８８．２

６５．６３４．８１０８．６５２．５８７．８８６．４

６４．８３６．４１２５．６５３．０６７．５６７．５

６９．６３５．６８７．４５２．５８６．２８４．２

６８．８３５．６８５．２５１．３８５．８７９．２

７２．４３６．８６７．１４８．６５４．５５２．５

６８．４３７．０８５．６５０．６５２．３５２．３

７０．４３７．２９８．２５２．２５５．５５４．６

８０．８３８．４９５．６５１．４５４．２５３．５

９２．４３８．８８８．４４９．８５７．４５５．５

７１．７２３６．３９６．７９５１．５６９．５２６７．３９

３

结语该系统具有蓄电池过电压和欠电压保护功

［２］

王长贵．新能源和可再生能源的现状和展望［Ａ］．太阳能光伏产业发展论坛论文集［Ｃ］．乌鲁木齐：

新疆新能源有限公司，２００３．４－１７．

能，可对蓄电池极性接反和蓄电池未接等现象进行自动识别；为了防止系统启动时的过电流冲击，配置了软启动功能，能够实现太阳能电池板与蓄电池之间电压的自动识别、自动匹配和充电过程的自动调节等智能化功能。

光伏电池最大功率点跟踪效果明显，对蓄电池的充电很有利。

但是，此方法会使ＭＯＳＦＥＴ管频繁关断，因此不能工作在连续输出的光伏系统中，而且采样周期不能设定得很短。

由于每次采样结束后系统都在恒定电压下工作，所以当环境条件快速变化时，会带来一定的能量损失。

参考文献：

［３］朱松然．铅酸蓄电池实用手册［Ｍ］．北京：

机械工业出版

社，１９９２．

［４］耿德根．ＡＶＲ高速嵌入式单片机原理与应用［Ｍ］．北京：

北京航空航天大学出版社，２００１．

［５］

ＤＯＮＧＹＵＮＬＥＥ，ＨＹＥＯＮＧＪＵＮＯＨ，ＤＯＮＧＳＥＯＫＨＹＵＮ，ｅｔａｌ．ＡｎｉｍｐｒｏｖｅｄＭＰＰＴｃｏｎｖｅｒｔｅｒｕｓｉｎｇｃｕｒ－ｒｅｎｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｍａｌｌｓｃａｌｅｄＰＶａｐｐｌｉｃａ－

，ｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ．ＡＰＥＣ′２００３．５４０－５４５．

［６］ＪＨＲＥＮＳＬＩＮ，ＭＳＷＯＬＦ，ＤＢＳＮＹＭＡＮ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅ－ｇｒａｔｅｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＩｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９７，４４：

７６９－７７３．

［１］李钊年，张志富，师玉宝．光伏电源智能充电控制系统

的设计［Ｊ］．现代电子技术，２００６<３）：

１２６－１２７．

１５?

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第２５卷第５期２００７年１０月

可再生能源

ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｓｏｕｒｃｅｓ

Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２００７

具有ＭＰＰＴ功能的智能户用光伏充电系统研究

李钊年１，２，段善旭２

<１．青海大学，青海西宁摘

８１００１６；２．华中科技大学，湖北武汉

４３００７４）

要：

光伏充电系统采用了恒流充电和ｄｕ／ｄｔ恒压限流充电相结合的管理模式，在一定时间内以电压的变化

量接近零，并使充电电流达到最小设定量作为判断蓄电池充电终止的条件，采用了电压自寻优算法实现了光伏电池的最大功率点跟踪。

实验表明，系统除了具有智能化管理的特点外，光伏电池的最大功率点跟踪效果明显，且不用考虑日照强度和温度对光伏电池的影响，在一定程度上能够提高光伏电池的输出功率。

关键词：

光伏电池；电压变化量；蓄电池；最大功率点跟踪；充电中图分类号：

ＴＭ６１５文献标志码：

Ａ文章编号：

１６７１－５２９２<２００７）０５－００１３－０３

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｏｍｅｓｔｉｃｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＭＰＰＴ

ＬＩＺｈａｏ－ｎｉａｎ１，２，ＤＵＡＮＳｈａｎ－ｘｕ２

<１．ＱｉｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｉｎｇ８１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｇｉｖｅｎｔｈａｔｔｈｅｂａｔｔｅｒｙａｄｏｐｔｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｔａｎｔｖｏｌｔａｇｅｄｕ／ｄｔｃｕｒｒｅｎｔ－ｌｉｍｉｔｅｄ．Ａｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｚｅｒｏａｎｄｓｅｔｔｉｎｇｖａｌｕｅｏｆｍｉｎｉｍｕｍｃｈａｒｇｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｉｓｔａｋｅｎｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｃａｐｉｔｕｌａｔｉｏｎｏｆｂａｔｔｅｒｙｃｈａｒｇｉｎｇｅｎｄｉｎｆｏｒｍｕｌａｒｙｔｉｍｅｓ．Ａａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｅｌｆ－ｏｐｔｉ－ｍｉｚｉｎｇｉｓｇｉｖｅｎｆｏｒｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ<ＭＰＰＴ）ｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｗｉｔｈｉｎｔｅｌｌｅｃｔｉｖｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒｅｓｕｌｔｏｎｔｈｅＭＰＰＴｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｎｅｅｄｎｏｔｔｈｉｎｋｓｕｎｓｈｉｎｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｏｕｔｐｕｔｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ；ｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅ；ｂａｔｔｅｒｙ；ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋ－ｉｎｇ<ＭＰＰＴ）；ｃｈａｒｇｉｎｇ０

引言自２０００年以来，中央和地方政府在青海修建了多座光伏电站，用以缓解边远地区和牧区人民的用电问题。

由于没有一个完善的管理机制，给光伏电站的维护和使用带来了很大困难，致使电站寿命大幅度缩短。

为了解决这一问题，实行户用电源、智能化管理的模式成为光伏电源发展的主流趋势。

光伏电源实现智能化管理的关键又在于控制系统的智能化。

光伏发电的最基本单元是光伏电池。

前，目光电转化效率最高的单晶硅电池的效率只为

收稿日期：

２００６－１０－３１。

基金工程：

教育部科学技术研究重点工程<２０５１６５）。

作者简介：

李钊年<１９６７－），男，副教授，主要从事电气工程及其自动化方面的教案和科研工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：

ｌｚｎ３９６２７８２＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：

段善旭<１９７０－），男，教授，博导，主要研究方向为新能源发电及电能质量控制。

［１］

２０％左右。

由于光电转化控制不当，太阳能光谱和能量的利用率只有５０％￣７０％［２］，再加上空气

中的颗粒物、尘等降落在光伏电池板上，减少灰了光线的射入量，影响光电的转换效率。

其次，光伏电池的输出特性受外界环境的影响大：

日照强度下降，会造成光伏电池的短路电流和输出功率下降；温度上升，光伏电池的开路电压和输出功率下降。

另外，光伏电池的价格昂贵，光伏发电系统的初期投入较大，为有效利用太阳能，需要对光伏发电系统进行有效地控制，以便提高利用效率。

１３?

可再生能源

本文以ＳＰ１２２６０型<１２Ｖ，２６Ａｈ）铅酸蓄电池为充电对象，对光伏充电控制系统进行了设计，实现了光伏电池的最大功率点跟踪以及太阳能电池板与蓄电池之间电压的自动识别、自动匹配和充电过程的自动调节。

Ｒ２Ｄ１

太阳能电池板

２００７，２５<５）

１

电路拓扑结构和控制策略光伏充电系统的电路拓扑如图１所示。

主电

１．１电路拓扑结构

路由太阳能电池板、电力场效应管Ｑ１、蓄电池和精密电阻Ｒ１９构成。

Ｒ３Ｑ１Ｒ１Ｒ１３Ｒ４Ｒ１４Ｄ３Ｄ４Ｒ１５

Ｄ２

蓄电池

＋

Ｒ１６

Ｒ５Ｒ７Ｒ６Ｑ２Ｒ８Ｃ１

１４２

１２３１５

８

１１１９１０１３ＴＬ４９４４５６７１６Ｒ０Ｃ０

Ｒ１８Ｒ１９Ｒ２０＋－

＋５ＶＡ１Ｒ２１

Ｒ９Ｃ２Ｒ１０

Ｒ１１

Ｒ１２

Ｃ３

ＰＤ２ＰＣ３ＰＣ１ＰＣ２ＡＴＭＥＧＡ８ＬＣＰＵＰＤ５ＰＤ１ＰＤ７ＶＣＣ１０ＫＬＤ１

图１

光伏充电控制系统拓扑结构图

Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

１．２充电控制策略

采用恒流充电和ｄＶ／ｄｔ技术恒压限流充电相结合的方法给蓄电池充电［３］。

ＴＬ４９４电流型ＰＷＭ脉宽调制器、ＡＴＭＥＧＡ８Ｌ单片机和检测单元构成充电闭环控制回路，实现充电电压、电流的自动调节和电源电压的自动识别。

利用ＴＬ４９４中的误差放大器，从１脚输入给定电压信号与恒压充电时反馈电压信号和最大功率点跟踪算法输出的±ＵΔ之偏差，此放大器作恒压调压器使用，２脚和３脚间引入阻容校正，构成ＰＩ调节器。

另一个误差放大器作恒流调节器，从１６脚输入给定电流信号与恒流充电时的反馈电流信号之偏差，１５脚和３脚间引入阻容校正，构成ＰＩ调节器。

２种给定信号均从１４脚内部基准电压源通过电阻分压取得，当单片机ＰＤ５口输出高电平时，取得的基准电压为

充电终点的判断和管理。

Ｕｆ－

电压给定Ｕｇ电压反馈

ＰＩ调节器

ＰＷＭ调制器

Ｕｏ

!

Ｕ±－ＩｆＰＩ调节器

电流反馈

来自单片机ＰＤ２电流给定Ｉｇ

图２光伏充电控制策略Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｐｏｌｉｃｙｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

１．３最大功率点控制策略

光伏电池的输出电压和电流呈非线性关系，存在一个输出的最大功率点，且光伏电池的Ｉ－Ｕ特性还随着日照强度和运行温度的变化而变化。

为了保证光伏发电系统获得最佳的能量利用效率，必须采用最大功率点跟踪算法使光伏阵列随时运行在最大功率输出