一種光伏電池mppt系統的製作方法
2023-05-06 09:11:46
一種光伏電池mppt系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型所述的一種光伏電池MPPT系統基於單片機，以Buck電路為核心。所不同的是，本實用新型的BUCK電路多了一個開關管，且開關管與原開關管的狀態始終相反，這種設計的好處是可以減少電路中功率的消耗。單片機通過電壓採樣模塊和電流採樣模塊採樣蓄電池的電壓和充電電流，給佔空比一個擾動，觀察蓄電池上功率的變化，如果功率增加則對佔空比維持原方向的擾動，如果功率減少則對佔空比反方向擾動，如此反覆進行下去，單片機對電壓擾動進行計算後，向開關管輸出開關信號。通過本實用新型所述的光伏電池最大功率點跟蹤器，當外部環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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能發電【技術領域】，具體而言，涉及一種光伏電池MPPT系統。
【背景技術】
[0002]光伏電池是太陽能發電的核心部分，具有將太陽能轉換為電能的功效。光伏發電作為一種具有廣闊前景的綠色能源已成為國內外學術界和工業界研究的熱點，但是光伏發電存在兩個主要問題:第一，光伏電池的輸出特性受外界環境影響大，當溫度和光照輻射強度變化時，其輸出特性會發生較大的變化；第二，光伏電池的轉換效率低而且價格昂貴，初期投入較大。
【發明內容】
[0003]本實用新型所解決的技術問題:光伏電池與負載連接，由於光伏電池的輸出特性受外界環境影響大，當溫度和光照輻射強度變化時，其輸出特性會發生較大的變化，光伏電池所產生的能量不能夠被負載充分利用，即光伏電池的轉換效率低。
[0004]本實用新型提供如下技術方案:一種光伏電池MPPT系統，包括開關管一、開關管二、電感、電容、二極體一、電阻、蓄電池、電壓採樣模塊、電流採樣模塊、單片機。所述開關管一與光伏電池的正極連接，所述電感與開關管一串接，所述電感與電容串接，所述電容與蓄電池並聯，所述二極體一的負極連接在開關管一和電感之間，所述二極體一的正極與電阻連接，所述開關管二與二極體一併聯，所述開關管二與開關管一的狀態始終相反。所述電壓採樣模塊與蓄電池連接，所述電流採樣模塊與電阻的一端連接，所述電阻的一端與電容連接，所述單片機與電壓採樣模塊和電流採樣模塊連接，所述單片機與開關管一連接。
[0005]按上述技術方案，本實用新型所述的一種光伏電池MPPT系統基於單片機，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，還決定於負載的性質和狀況。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。如果工作點處於最大功率點，光伏電池所產生的電能被充分利用，反之它所產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，導納增量法等。本實用新型採用電壓擾動法，該方法控制簡單，所檢測的參數較少，因此普遍應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。通過反覆的擾動、觀察和比較，使光伏電池輸出功率達到最大功率點處。
[0007]對於Buck電路而言，通過改變佔空比來調節光伏電池的輸出電壓。就本實用新型而言，具體控制過程如下:單片機通過電壓採樣模塊和電流採樣模塊採樣蓄電池的電壓(Buck的輸出電壓)和充電電流(Buck的輸出電流)，給佔空比一個擾動，觀察蓄電池上功率的變化，如果功率增加則對佔空比維持原方向的擾動，如果功率減少則對佔空比反方向擾動，如此反覆進行下去，單片機對電壓擾動進行計算後，向開關管一輸出開關信號。
[0008]通過本實用新型所述的光伏電池MPPT系統，當外部環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，本實用新型的一大創新之處在於:相比於傳統的BUCK電路，本實用新型的BUCK電路多了一個功率開關管二，且功率開關管二與功率開關管一的狀態始終相反，即功率開關管一導通功率開關管二截止，功率開關管一截止功率開關管二導通。這種設計的好處是可以減少電路中功率的消耗。在不加功率開關管二時，功率開關管一導通時，太陽能電池對蓄電池進行充電；功率開關管一截止時，電感、二極體二、蓄電池形成迴路，電路起到續流的作用，即電感中的電流逐漸減小，這時電路中的電流全部流經二極體二，這將形成比較大的功率消耗。在添加了功率開關管二後，功率開關管一截止時，電感、功率開關管二、蓄電池形成迴路，電路仍起到續流的作用，但是此時電路中的電流不都是流過二極體二，大部分的電流此時流過功率開關管二，且功率開關管二導通時的內阻極小，這樣在整個電路上功率的消耗也就變小了。
[0010]作為本實用新型的進一步優選，所述開關管為MOSFET管。
[0011]作為本實用新型的進一步改進，本實用新型還包括二極體二，所述二極體二與太陽能電池正極串接。
[0012]作為本實用新型的進一步改進，本實用新型還包括儲能電容，所述儲能電容與光伏電池並聯。由於Buck電路的輸入端工作在斷續狀態下，若不加入儲能電容，則光伏電池工作在時斷時續的狀態下，不能處於最佳工作狀態。加入了儲能電容後，Buck電路開關管斷開時光伏電池對儲能電容充電，使光伏電池始終處於發電狀態，此時調節Buck電路佔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]下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明:
[0014]圖1為本實用新型所述的一種光伏電池MPPT系統結構框圖。
[0015]圖中符號說明:
[0016]10—太陽能電池；
[0017]20—蓄電池；
[0018]30—電壓採集模塊；
[0019]40 -電流採集模塊；
[0020]50 —單片機；
[0021]Cin —儲能電容；C —電容；
[0022]Dl — 二極體；D2 — 二極體；
[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，包括MOSFET管一 Q1、M0SFET管二 Q2、電感L、儲能電容Cin、電容C、二極體一 D1、二極體二 D2、電阻R、蓄電池20、電壓採樣模塊30、電流採樣模塊40、單片機50。
[0027]所述二極體二 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並聯。
[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並聯，所述二極體一 Dl的負極連接在MOSFET管一 Ql和電感L之間，所述二極體一 Dl的正極與電阻R連接，所述電容C、電阻R、二極體一 D1、電感L構成一迴路。
[0029]所述MOSFET管二 Q2與二極體一 Dl並聯，所述MOSFET管二 Q2與MOSFET管一 Ql的狀態始終相反。
[0030]所述電壓採樣模塊30與蓄電池20連接，所述電流採樣模塊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與電壓採樣模塊30和電流採樣模塊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的狀態始終相反，即MOSFET管一Ql 導通 MOSFET 管二 Q2 截止，MOSFET 管一 Ql 截止 MOSFET 管二 Q2 導通。MOSFET 管一 Ql 截止時，電感L、MOSFET管二 Q2、蓄電池20形成迴路，電路起到續流的作用，但是此時電路中的電流不都是流過二極體一 Dl，大部分的電流此時流過MOSFET管二 Q2，且MOSFET管二 Q2導通時的內阻極小，這樣在整個電路上功率的消耗也就變小了。
[0032]單片機50通過電壓採樣模塊30和電流採樣模塊40採樣蓄電池20的電壓(Buck的輸出電壓)和充電電流(Buck的輸出電流)，給佔空比一個擾動，觀察蓄電池20上功率的變化，如果功率增加則對佔空比維持原方向的擾動，如果功率減少則對佔空比反方向擾動，如此反覆進行下去，單片機50對電壓擾動進行計算後，向MOSFET管一 Ql輸出開關信號。
[0033]以上內容僅為本實用新型的較佳實施方式，對於本領域的普通技術人員，依據本實用新型的思想，在【具體實施方式】及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
【權利要求】
1.一種光伏電池MPPT系統,包括開關管一(Ql)、電感(L)、電容(C)、二極體一(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),所述開關管一(Ql)與光伏電池(10)的正極連接，所述電感(L)與開關管一(Ql)串接，所述電感(L)與電容(C)串接，所述電容(C)與蓄電池(20)並聯，所述二極體一(Dl)的負極連接在開關管一 (Ql)和電感(L)之間，所述二極體一(Dl)的正極與電阻(R)連接，所述電容(C)、電阻(R)、二極體一(D1)、電感(L)構成一迴路，所述電壓採樣模塊(30)與蓄電池(20)連接，所述電流採樣模塊(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)與電壓採樣模塊(30)和電流採樣模塊(40)連接，所述單片機(50)與開關管一 (Ql)連接，其特徵在於:還包括開關管二(Q2)，所述開關管二(Q2)與二極體一(Dl)並聯，所述開關管二(Q2)與開關管一(Ql)的狀態始終相反。
2.如權利要求1所述的一種光伏電池MPPT系統，其特徵在於:所述開關管(Ql)和開關管(Q2)均為MOSFET管。
3.如權利要求1所述的一種光伏電池MPPT系統，其特徵在於:還包括二極體二(D2)，所述二極體二(D2)與太陽能電池(10)正極串接。
4.如權利要求1所述的一種光伏電池MPPT系統，其特徵在於:還包括儲能電容(Cin)，所述儲能電容(Cin)與光伏電池(10)並聯。
【文檔編號】G05F1/67GK204189064SQ201420567870
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】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