一种新型的太阳能光伏最大功率点跟踪系统

摘要

一种新型的太阳能光伏最大功率点跟踪系统，它由双路调节电路所构成，一路由P沟道场效应MOS管T1和电感L1串联，其两者的连接点接一个二极管D1到地，三者组成一个T形网络；另一路由P沟道场效应MOS管T2和电感L2串联，其两者的连接点接一个二极管D2到地，三者组成另一个T形网络，两路调节电路的首尾两端分别并联，P沟道场效应MOS管T1和P沟道场效应MOS管T2的并联点和电容C1连接后接太阳能电池PV的正极。优点是：由于在现有的太阳能光伏最大功率点跟踪系统中增设了一路调节电路，有效地提高太阳能光伏电池的发电效率，避免了再在充电回路增加取样电阻来测试充电电流造成的额外功耗。

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电领域，具体地说涉及一种新型的太阳能光伏最大功率点跟踪系统。

背景技术

太阳能路灯等太阳能发电是利用P-N结的光生伏打效应把太阳能储存在蓄电池上再供使用。由于太阳能光伏电池存在非线性特性，见图3，在其工作范围内存在一个最大输出功率点，太阳能光伏电池只有在该点工作时，输出功率为最大，它对蓄电池的充电功率也最大。现有技术采用的单路调节电路(如电路图1中没有T2、D2和L2)，当控制电路的开关管T1在关断时，此时太阳能电池停止直接对蓄电池充电，只对电容C1充电以备开关管开通时向电感L1供电，正由于此时太阳能电池只对电容C1充电，使电容C1上电压迅速上升，太阳能光伏电池的工作电压偏离最大输出功率点，其输出功率将急骤下降，如图3，再加上用作开关的场效应MOS管在开和关的瞬间也有大量能量损耗，所以使用单路调节方式，太阳能电池的能量也就没有被充分利用。

发明内容

本发明的目的就是针对目前太阳能光伏最大功率点跟踪系统中的单路调节电路的上述之不足，提出了一种双路调节太阳能光伏最大功率点跟踪系统。

本发明由双路调节电路所构成，一路由P沟道场效应MOS管T1和电感L1串联，其两者的连接点接一个二极管D1到地，三者组成一个T形网络；另一路由P沟道场效应MOS管T2和电感L2串联，其两者的连接点接一个二极管D2到地，三者组成另一个T形网络，两路调节电路的首尾两端分别并联，P沟道场效应MOS管T1和P沟道场效应MOS管T2的并联点和电容C1连接后接太阳能电池PV的正极；电感L1和电感L2的并联点和电容C2连接后接二极管D3，再通过二 极管D3后接蓄电池的正极，系统使用单片机MCU进行测试电压和输出控制信号，其两个电压测试点U1和U2分别取自二极管D3的前后两端，其输出控制信号O1和O2分别供给P沟道场效应MOS管T1和P沟道场效应MOS管T2的栅极。

用单片机MCU检测二极管D3两端的电压、计算充电功率的等效值和输出两路PWM控制信号，并保证两路PWM控制周期信号在相位上相差180°。控制方法主要包括以下步骤：

A.先读取U1、U2，计算充电功率的等效值；

B.改变PWM脉宽；

C.再次读取U1、U2并计算充电功率的等效值；

D.若充电功率同上次测试相比增加了，继续以同样方式增加或减少PWM脉宽；若充电功率同上次测试相比减小了，则反方向改变PWM脉宽，如此反复循环，始终保证对太阳能光伏最大功率点的跟踪。

利用防反充二极管两端的压降作为充电电流的等效值，则计算充电功率的等效值的公式为：二极管D3两端的压降和蓄电池上充电电压的乘积，即(U1-U2)*U2。

电路中的P沟道场效应MOS管用N沟道场效应MOS管代替，第一路调节电路中N沟道场效应MOS管T1和电感L1串联，其两者的连接点接一个二极管D1到太阳能电池PV的正极，三者组成一个⊥形网络，第二路调节电路中N沟道场效应MOS管T2和电感L2串联，其两者的连接点接一个二极管D2也到太阳能电池PV的正极，三者也组成一个⊥形网络，两路并联后，前端T1和T2公共点接太阳能板PV的负极和电容C1的负极，后端电感L1和电感L2公共点接电容C3和二极管D3，再通过二极管D3后接蓄电池的负极。

本发明的优点：

1、由于在现有的太阳能光伏最大功率点跟踪系统中增设了一路调节电路，避免了在开关管关断时太阳能没有被充分利用的缺陷，有效地提高太阳能光伏电池的发电效率。

2、直接采用防反充电二极管D3两端的压降作为充电电流的等效值，避免了再在充电回路增加取样电阻来测试充电电流造成的额外功耗。

附图说明

图1为本双路调节太阳能光伏最大功率点跟踪系统的电路图。

图2为单片机提供的双路控制PWM信号图：T1为关断时间，T2为开通时间，T1+T2为PWM周期，T1也为PWM脉宽时间。若系统中采用N沟道场效应MOS管，T1为开通时间，T2为关断时间。

图3太阳能光伏电池的输出功率曲线。

图4采用N沟道场效应MOS管的双路调节太阳能光伏最大功率点跟踪系统的电路图。

图5本发明提出的双路调节太阳能光伏最大功率点跟踪控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由双路调节电路所构成，一路由P沟道场效应MOS管T1、二极管D1和电感L1组成一个T形网络(该网络组成了一个降压式DC/DC变换网络，场效应MOS管T1作为开关管，二极管D1在开关关断时起对电感L1的续流作用，电感L1作为电抗调节储能元件，下述的另一路的元件作用类同)；另一路由P沟道场效应MOS管T2、二极管D2和电感L2组成另一个T形网络，两路调节电路的首尾两端分别并联，P沟道场效应MOS管T1和T2的并联点和电容C1连接后接太阳能电池PV的正极；电感L1和电感L2的并联点和电容C2(电容C2同时作为两路降压式DC/DC变换网络的储能电容)连接后接二极管D3(起防反充电作用)，再通过二极管D3后接蓄电池的正极。

电路中使用的二极管D3，它在电路中一方面起防反充电作用，另一方面它具有如下特性：在一定范围内流过二极管的充电电流与在其两端的压降成正比，直接利用防反充二极管两端的压降作为充电电流的等效值，避免了再在充电回路增加取样电阻来测试充电电流造成 的额外功耗。系统利用单片机MCU的ADC(模数转换)功能在二极管D3两端采样电压信号U1和U2。这样，计算充电功率的等效值就可直接用了二极管D3两端的压降和蓄电池上的充电电压的乘积来代替，即：(U1-U2)*U2。

系统通过对计算充电功率的等效值计算，寻找太阳能电池的最大功率输出点，也就是找到最合适的PWM(脉冲宽度调制)控制信号的脉宽，同时输出两路PWM控制信号给两路调节电路的开关管T1和T2的栅极，并保证两路PWM控制周期信号在相位上相差180°，保证两路调节电路的开关管交错关断，避免了在开关管关断时太阳能没有被充分利用的缺陷，有效地提高太阳能光伏电池的发电效率。

本发明实现太阳能光伏最大功率点跟踪控制方法的具体步骤参见图5，先读取U1、U2，计算(U1-U2)*U2值，改变PWM脉宽，再次读取U1、U2并计算(U1-U2)*U2值，若充电功率增加，继续以同样方式(增加或减少)改变PWM脉宽；若充电功率减小，则反方向改变PWM脉宽，始终保证对太阳能光伏最大功率点的跟踪。

上述系统中使用P沟道场效应MOS管作为开关管，一般情况下，P沟道场效应MOS管的导通压降大于N沟道场效应MOS管，本发明的进一步改进是将P沟道场效应MOS管用N沟道场效应MOS管代替，这样使开关管的导通压降减小，进一步减小系统自身的功耗，提高太阳能电池对蓄电池的充电效率。使用N沟道场效应MOS管的太阳能光伏最大功率点跟踪系统的电路为：第一路调节电路由N沟道场效应MOS管T1和二极管D1、电感L1相连组成一个⊥形网络；第二路调节电路由N沟道场效应MOS管T2和二极管D2、电感L2相连也组成一个⊥形网络。两路并联后，前端N沟道场效应MOS管T1和N沟道场效应MOS管T2公共点接太阳能板PV的负极和电容C1，后端电感L1和电感L2公共点接电容C3和二极管D3。若使用N沟道场效应MOS管作为开关管，计算充电功率的等效值的计算公式为：(-U1)*U2。