一種光伏電池mppt系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種光伏電池MPPT系統(tǒng)基于單片機，以Buck電路為核心。所不同的是，本發(fā)明的BUCK電路多了一個開關(guān)管，且開關(guān)管與原開關(guān)管的狀態(tài)始終相反，這種設(shè)計的好處是可以減少電路中功率的消耗。單片機通過電壓采樣模塊和電流采樣模塊采樣蓄電池的電壓和充電電流，給占空比一個擾動，觀察蓄電池上功率的變化，如果功率增加則對占空比維持原方向的擾動，如果功率減少則對占空比反方向擾動，如此反復(fù)進行下去，單片機對電壓擾動進行計算后，向開關(guān)管輸出開關(guān)信號。通過本發(fā)明所述的光伏電池最大功率點跟蹤器，當(dāng)外部環(huán)境或者蓄電池變化時，光伏電池能夠工作在最大功率點附近，以提高光伏電池的利用效率。
【專利說明】—種光伏電池MPPT系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種光伏電池MPPT系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池是太陽能發(fā)電的核心部分，具有將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的功效。光伏發(fā)電作為一種具有廣闊前景的綠色能源已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點，但是光伏發(fā)電存在兩個主要問題:第一，光伏電池的輸出特性受外界環(huán)境影響大，當(dāng)溫度和光照輻射強度變化時，其輸出特性會發(fā)生較大的變化；第二，光伏電池的轉(zhuǎn)換效率低而且價格昂貴，初期投入較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題:光伏電池與負載連接，由于光伏電池的輸出特性受外界環(huán)境影響大，當(dāng)溫度和光照輻射強度變化時，其輸出特性會發(fā)生較大的變化，光伏電池所產(chǎn)生的能量不能夠被負載充分利用，即光伏電池的轉(zhuǎn)換效率低。
[0004]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種光伏電池MPPT系統(tǒng),包括開關(guān)管一、開關(guān)管二、電感、電容、二極管一、電阻、蓄電池、電壓采樣模塊、電流采樣模塊、單片機。所述開關(guān)管一與光伏電池的正極連接，所述電感與開關(guān)管一串接，所述電感與電容串接，所述電容與蓄電池并聯(lián)，所述二極管一的負極連接在開關(guān)管一和電感之間，所述二極管一的正極與電阻連接，所述開關(guān)管二與二極管一并聯(lián)，所述開關(guān)管二與開關(guān)管一的狀態(tài)始終相反。所述電壓采樣模塊與蓄電池連接，所述電流采樣模塊與電阻的一端連接，所述電阻的一端與電容連接，所述單片機與電壓采樣模塊和電流采樣模塊連接，所述單片機與開關(guān)管一連接。
[0005]按上述技術(shù)方案，本發(fā)明所述的一種光伏電池MPPT系統(tǒng)基于單片機，以Buck電路為核心。其最大功率點跟蹤原理如下:光伏電池是一個非線性電源，其輸出電壓和電流不僅受到光強和溫度的影響，還決定于負載的性質(zhì)和狀況。在光伏電池的伏安曲線中，光伏電池的輸出特性曲線與負載特性曲線的交點即為光伏電池的工作點。如果工作點處于最大功率點，光伏電池所產(chǎn)生的電能被充分利用，反之它所產(chǎn)生的電能沒有被充分利用。
[0006]光伏電池的最大功率跟蹤點控制方法很多，如開路電壓法，短路電流法，電壓擾動法，導(dǎo)納增量法等。本發(fā)明采用電壓擾動法，該方法控制簡單，所檢測的參數(shù)較少，因此普遍應(yīng)用在光伏電池最大功率點跟蹤器中。電壓擾動通過將本次光伏電池的輸出功率與上次的比較，來確定是增加還是減少光伏電池的輸出電壓。如果功率增加，則光伏電池電壓維持原來的電壓擾動方向；如果功率降低，則光伏電池電壓向相反方向擾動。通過反復(fù)的擾動、觀察和比較，使光伏電池輸出功率達到最大功率點處。
[0007]對于Buck電路而言，通過改變占空比來調(diào)節(jié)光伏電池的輸出電壓。就本發(fā)明而言，具體控制過程如下:單片機通過電壓采樣模塊和電流采樣模塊采樣蓄電池的電壓(Buck的輸出電壓)和充電電流(Buck的輸出電流)，給占空比一個擾動，觀察蓄電池上功率的變化，如果功率增加則對占空比維持原方向的擾動，如果功率減少則對占空比反方向擾動，如此反復(fù)進行下去，單片機對電壓擾動進行計算后，向開關(guān)管一輸出開關(guān)信號。
[0008]通過本發(fā)明所述的光伏電池MPPT系統(tǒng)，當(dāng)外部環(huán)境或者蓄電池變化時，光伏電池能夠工作在最大功率點附近，以提高光伏電池的利用效率。
[0009]另外，本發(fā)明的一大創(chuàng)新之處在于:相比于傳統(tǒng)的BUCK電路，本發(fā)明的BUCK電路多了一個功率開關(guān)管二，且功率開關(guān)管二與功率開關(guān)管一的狀態(tài)始終相反，即功率開關(guān)管一導(dǎo)通功率開關(guān)管二截止，功率開關(guān)管一截止功率開關(guān)管二導(dǎo)通。這種設(shè)計的好處是可以減少電路中功率的消耗。在不加功率開關(guān)管二時，功率開關(guān)管一導(dǎo)通時，太陽能電池對蓄電池進行充電；功率開關(guān)管一截止時，電感、二極管二、蓄電池形成回路，電路起到續(xù)流的作用，即電感中的電流逐漸減小，這時電路中的電流全部流經(jīng)二極管二，這將形成比較大的功率消耗。在添加了功率開關(guān)管二后，功率開關(guān)管一截止時，電感、功率開關(guān)管二、蓄電池形成回路，電路仍起到續(xù)流的作用，但是此時電路中的電流不都是流過二極管二，大部分的電流此時流過功率開關(guān)管二，且功率開關(guān)管二導(dǎo)通時的內(nèi)阻極小，這樣在整個電路上功率的消耗也就變小了。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述開關(guān)管為MOSFET管。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，本發(fā)明還包括二極管二，所述二極管二與太陽能電池正極串接。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，本發(fā)明還包括儲能電容，所述儲能電容與光伏電池并聯(lián)。由于Buck電路的輸入端工作在斷續(xù)狀態(tài)下，若不加入儲能電容，則光伏電池工作在時斷時續(xù)的狀態(tài)下，不能處于最佳工作狀態(tài)。加入了儲能電容后，Buck電路開關(guān)管斷開時光伏電池對儲能電容充電，使光伏電池始終處于發(fā)電狀態(tài)，此時調(diào)節(jié)Buck電路占空比才可以有效跟蹤最大功率工作點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:
[0014]圖1為本發(fā)明所述的一種光伏電池MPPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖中符號說明:
[0016]10—太陽能電池；
[0017]20—蓄電池；
[0018]30—電壓采集模塊；
[0019]40 -電流采集模塊；
[0020]50 —單片機；
[0021]Cin —儲能電容；C —電容；
[0022]Dl — 二極管；D2 — 二極管；
[0023]L -電感；
[0024]Ql — MOSFET 管；Q2 — MOSFET 管；
[0025]R—電阻。

【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，一種光伏電池MPPT系統(tǒng)，包括MOSFET管一 Q1、M0SFET管二 Q2、電感L、儲能電容Cin、電容C、二極管一 D1、二極管二 D2、電阻R、蓄電池20、電壓采樣模塊30、電流采樣模塊40、單片機50。
[0027]所述二極管二 D2與太陽能電池10正極串接，所述儲能電容Cin與光伏電池10并聯(lián)。
[0028]所述MOSFET管一 Ql與光伏電池10的正極連接，所述電感L與MOSFET管一 Ql串接，所述電感L與電容C串接，所述電容C與蓄電池20并聯(lián)，所述二極管一 Dl的負極連接在MOSFET管一 Ql和電感L之間，所述二極管一 Dl的正極與電阻R連接，所述電容C、電阻R、二極管一 D1、電感L構(gòu)成一回路。
[0029]所述MOSFET管二 Q2與二極管一 Dl并聯(lián)，所述MOSFET管二 Q2與MOSFET管一 Ql的狀態(tài)始終相反。
[0030]所述電壓采樣模塊30與蓄電池20連接，所述電流采樣模塊40與電阻R的一端連接，所述電阻R的一端與電容C連接，所述單片機50與電壓采樣模塊30和電流采樣模塊40連接，所述單片機50與MOSFET管一 Ql連接。
[0031]實際工作中，MOSFET管二 Q2與MOSFET管一 Ql的狀態(tài)始終相反，即MOSFET管一Ql 導(dǎo)通 MOSFET 管二 Q2 截止，MOSFET 管一 Ql 截止 MOSFET 管二 Q2 導(dǎo)通。MOSFET 管一 Ql 截止時，電感L、MOSFET管二 Q2、蓄電池20形成回路，電路起到續(xù)流的作用，但是此時電路中的電流不都是流過二極管一 Dl，大部分的電流此時流過MOSFET管二 Q2，且MOSFET管二 Q2導(dǎo)通時的內(nèi)阻極小，這樣在整個電路上功率的消耗也就變小了。
[0032]單片機50通過電壓采樣模塊30和電流采樣模塊40采樣蓄電池20的電壓(Buck的輸出電壓)和充電電流(Buck的輸出電流)，給占空比一個擾動，觀察蓄電池20上功率的變化，如果功率增加則對占空比維持原方向的擾動，如果功率減少則對占空比反方向擾動，如此反復(fù)進行下去，單片機50對電壓擾動進行計算后，向MOSFET管一 Ql輸出開關(guān)信號。
[0033]以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施方式，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏電池MPPT系統(tǒng),包括開關(guān)管一(Ql)、電感(L)、電容(C)、二極管一(Dl)、電阻(R)、蓄電池(20)、電壓米樣模塊(30)、電流米樣模塊(40)、單片機(50),所述開關(guān)管一(Ql)與光伏電池(10)的正極連接，所述電感(L)與開關(guān)管一(Ql)串接，所述電感(L)與電容(C)串接，所述電容(C)與蓄電池(20)并聯(lián)，所述二極管一(Dl)的負極連接在開關(guān)管一 (Ql)和電感(L)之間，所述二極管一(Dl)的正極與電阻(R)連接，所述電容(C)、電阻(R)、二極管一(D1)、電感(L)構(gòu)成一回路，所述電壓采樣模塊(30)與蓄電池(20)連接，所述電流采樣模塊(40)與電阻(R)的一端連接，所述電阻(R)的一端與電容(C)連接，所述單片機(50)與電壓采樣模塊(30)和電流采樣模塊(40)連接，所述單片機(50)與開關(guān)管一 (Ql)連接，其特征在于:還包括開關(guān)管二(Q2)，所述開關(guān)管二(Q2)與二極管一(Dl)并聯(lián)，所述開關(guān)管二(Q2)與開關(guān)管一(Ql)的狀態(tài)始終相反。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光伏電池MPPT系統(tǒng)，其特征在于:所述開關(guān)管(Ql)和開關(guān)管(Q2)均為MOSFET管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光伏電池MPPT系統(tǒng)，其特征在于:還包括二極管二(D2)，所述二極管二(D2)與太陽能電池(10)正極串接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種光伏電池MPPT系統(tǒng)，其特征在于:還包括儲能電容(Cin)，所述儲能電容(Cin)與光伏電池(10)并聯(lián)。
【文檔編號】G05F1/67GK104281191SQ201410514299
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】馬治遠, 郭建宇, 李欽鋒, 吳秋軒, 李東鑫 申請人:蘇州克蘭茲電子科技有限公司