最大功率点跟踪装置的设计方案
太阳能电池组经Boost(直流．直流升压变换器)电路对蓄电池组充电。系统由A／D芯片采样蓄电池的电压和电流，再通过最大功率点跟踪控制器寻找出太阳能电池最大功率点，给出控制信号，经PWM(脉宽调制式)驱动电路调节Boost变换器的占空比D，从而改变Boost变换器的Um(即太阳能电池的输出电压)，使其与太阳能电池组最大功率点所对应的电压相匹配，从而使太阳能电池组始终输出最大功率，充分利用太阳能。系统中最大功率点跟踪控制器由单片机系统实现。
系统中最大功率跟踪过程实际是一个太阳能电池功率自寻优的过程。对于以蓄电池作为负载的情况，考虑到充电过程中蓄电池两端的电压变化与温度和辐射强度引起的Io变化过程相比是一个渐变过程，所以只需测量蓄电池组电流Io的变化，使其始终保持在当前时刻下的最大值，即可确定太阳能电池组工作在最大功率点。系统中蓄电池组的Io经采样后，进行A／D转换，在最大功率点跟踪控制器中将当前时刻的采样电流Io(助与上一时刻的采样电流Io(k一1)相比较，确定功率变化的方向，再结合上～时刻占空比D的变化，直接确定当前时刻D应增大还是减小。
最大功率点跟踪装置系统图
Boost直流一直流升压电路
Boost升压电路在最大功率点跟踪装置中起到调节太阳能输出电压，达到电力稳定的作用。图2为Boost变换器的基本电路。其工作原理为：开关管驱动电路开通时间ton期间：二极管D反偏截止，电感L储能，电容C给负载RL提供能量；开关管驱动电路截止时间如toff期间：二极管D导通，电感L经二极管D给电容充电，并向负载RL提供能量。其输出电压为：式1
式中占空比D=to．／rs(开关周期)。
当D=0时，Vo=％，但D不能为l，因此在o≤D 电池的开路电压Uoc 当D在Dmin到100％的区间内变化时，Boost电路输入输出端的电压应满足(1)式，在Uo不变的情况下，改变D将改变与Boost变换器输入端相连的太阳能电池两端的电压。由此可得：式3 因此，Boost电路的输入端电压Uin可在0～Uoc之间变化。只要太阳能电池具有合适的开路电压，通过改变Boost占空比D，就能找到与太阳能电池最大功率点对应的Uin值，此时太阳能电池输出功率最大。 本系统中Boost电路的组成及元件参数为：电感(820 mH／1．5A)，二极管(5A)，电容(16 uf／400V)，TL494驱动电路，MOSFET(IRFP460)开关管，蓄电池(24 V)。单晶硅太阳能电池的技术参数：开路电压21．5V，最大短路电流1．63A。Boost电路的调试顺序为，先空载，再电阻负载，最后蓄电池负载。测试结果表明Boost输出与输入基本符合U0=Uin/（1-D)的关系。其控制电压和占空比呈线性关系，两者比率约为。 最大功率点跟踪控制器 最大功率点跟踪控制器包括A／D转换、单片机、D／A转换三部分组成，主要作用是通过它来计算控制太阳能电池最大功率点的占空比的变化方向。选用STC89C516RD+单片机，是一种CMOS 8位单片机，在电路中主要是起处理数据和控制数据的作用。单片机算法程序流程如下图示： 算法程序是通过功率的变化来计算占空比的增减。首先初始化I0和D(k)， D(k-1)，然后采集蓄电池电流I0和D(k），比较当前时刻的电流I0(k)和前一时刻的电流I0(k-1)，如果Io(k)>／Io(k-1)，说明功率是增加的，再比较当前时刻的占空比D(七)和前一时刻的D(k-1)，根据功率曲线，若D(D>D(k-1)，说明太阳能电池的电压Uin是减小的，是往输出大功率方向的，所以为了使Uin减小，D(k)应增大，反之则减小。达到最大功率跟踪的目的。 装置中采用的AID转换电路是一块具有12位精度的A／D转换芯片TLC2543。它具有1 1个模拟信号输入口，可以对11个数据进行A／D转换。在装置中用了三个采样通道，分别将外部的太阳能电池电压、蓄电池的电压，和蓄电池的充电电流转换成单片机的数字信号以便单片机的数字处理。D／A转换芯片采用12位精度的TLC5618，它有两个模拟量输出通道可供选择。其作用是将单片机内计算出来的数字量的占空比转换成模拟量信号输入到Boost变换器驱动电路PWM控制芯片的控制端。本装置输出选用的是OUTA通道(由16位数据的高四位决定)。 TLC2543与单片机的连接图 太阳能最大功率点装置系统集成 下图是太阳能最大功率点装置的总体接线图，其中的单片机模块对应于图7。装置通过120Ω的采样电阻进行采样，10 Ω电阻采样输出电流，通过三个模拟量输入通道将数据传送到单片机中，然后由单片机进行算法的计算，输出一个控制量，再通过D／A芯片转换，将输出量送到TL494芯片的控制端玩1，以控制PWM的宽度，从而调节Boost电路的占空比D，来控制太阳能输出电压，使之与最大功率点对应的电压相匹配。 太阳能最大功率点装置的总体接线图 单片机接线图 片机与D／A芯片TLC5618的接线图。 逆变器 佰威特纯正弦波电源转换器 相关参数： 品牌：佰威特 型号：48V转220V & 24V转220V & 12V转220V 离网光伏蓄电系统 投币系统2 系统应属单片机应用系统，其硬件主要包括单片机及其辅助电路、显示模块、执行机构、信号获取模块。系统中的信号流如下图所示： 智能投币系统信号流程图 单片机采用AT89C52型，为保障检测精度，系统采用12MHz晶体振荡器。晶振频率稳定获得保证了本机辨识硬币的准确性和可靠性。 持续输出功率：2500W 电压转换功能：48V-220V互换 是否带USB：否 第四章 产品评估 成本评估 太阳电池片:3000元 1000kg 钢筋:360元 2m3 水泥砂浆:600元 铅酸蓄电池:680元 微型铅酸蓄电池:320元 总计：8710元 整体评估 该产品所用设备领先，公益性好，假如每位游客使用1小时，那么每天至少有240位游客使用，一天平均收入240×=360元，一年收入360×365=131400元。减去维护费5000元，年净收入126400元。一年内即可获利。 控制器:400元 逆变器:2500元 投币系统:350元 安装费:500元 参考文献 1 周令琛，王晓伟，太阳能发电最大功率点跟踪装置的设计与实 现，上海第 二大学学报第26卷，2009年9月。 2 吴火松，投币式太阳能手机加油站设计2012年。
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