CN101063891A - 太阳能电池最大功率点跟踪装置及其跟踪的方法 - Google Patents

太阳能电池最大功率点跟踪装置及其跟踪的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池最大功率点跟踪装置及其跟踪的方法，其特点是：包括：顺序连接的太阳能电池、调节电路、蓄电池，以及一控制电路；控制电路包括电压采样单元和电流采样单元、计算单元、比较单元、以及微扰单元；蓄电池的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元连接；电压采样单元和电流采样单元的输出端与计算单元的输入端连接；计算单元、比较单元以及微扰单元顺序连接；微扰单元的输出端与调节单元的输入端连接。通过对充电的电压电流参数进行采样、计算和比较得到当时环境下的太阳能电池最大功率点，再通过调节驱动脉冲信号的宽度来改变充电负载，使得充电负载与太阳能电池的即时参数相匹配，从而使太阳能电池始终能够工作在最大的充电功率点上。

Description

太阳能电池最大功率点跟踪装置及其跟踪的方法
技术领域
本发明属于太阳能发电领域，具体地说是一个在太阳能电池给蓄电池充电的过程中，通过控制和调节，使太阳能电池总是工作在最大功率点上的太阳能电池最大功率点跟踪装置及其跟踪的方法。
背景技术
目前在太阳能电池给蓄电池充电时，基本上都是利用恒压充电的方式。而这种方式所带来的功率损失，随着近来微电子技术的迅速发展和电子器件价格的迅速降低而显得越来越不经济。而且，由于太阳能电池价格居高不下，电能转换效率很难提高的现状，对于太阳能电池对蓄电池充电的效率利用显得更为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池最大功率点跟踪装置及其跟踪的方法，它能够使得太阳能电池在对蓄电池充电时，始终工作在其最大功率点上，尽量充分地利用了太阳能电池的发电效率。
本发明采取的技术措施是：太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特点是包括：太阳能电池、调节电路、蓄电池、控制电路；所述的太阳能电池、调节电路、蓄电池顺序连接；所述的控制电路包括电压采样单元、电流采样单元、计算单元、比较单元、以及微扰单元；所述的蓄电池的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元的输入端连接；电压采样单元和电流采样单元的输出端分别与计算单元的输入端连接；计算单元的输出端与比较单元的输入端连接；比较单元的输出端与微扰单元的输入端连接；微扰单元的输出端与调节单元的输入端连接。
上述太阳能电池最大功率点跟踪装置，其中，所述的控制电路由一单片机构成。
上述太阳能电池最大功率点跟踪装置，其中，所述的调节电路包括一充电电容、一储能电感、一场效应管、以及一二极管；所述的充电电容两端连接太阳能电池，太阳能电池的正极连接储能电感的一端，该电感的另一端连接二极管的正极和场效应管的源极，场效应管的漏极与二极管之间连接蓄电池，场效应管的栅极与控制电路的微扰单元的输出端连接。
上述太阳能电池最大功率点跟踪装置，其中，所述的调节电路中场效应管的栅极连接的控制电路的微扰单元输出的控制信号是一个脉冲宽度调制信号，随着脉冲宽度的变化，改变场效应管导通和截止的时间比例，以调节太阳能电池对蓄电池的充电电流和电压
上述太阳能电池最大功率点跟踪装置，其中：所述的调节电路中的二极管由具有单向导通功能的肖特基二极管构成。
一种太阳能电池最大功率点跟踪方法，其特点是，包括以下步骤：
a、太阳能电池发出的电能由调节电路调节后向蓄电池充电；
b、蓄电池经充电后的电压和电流反馈到电压采样单元和电流采样单元；
c、两组采样后的结果送到计算单元，由计算单元计算出当时的充电功率；
d、将步骤c计算的结果送到比较单元，比较单元对计算得到的充电功率和上一时间的充电功率进行比较；
e、将比较结果送到微扰单元；如果充电功率变大，那么保持微扰不变；如果充电功率变小，那么改变微扰方向，让微扰单元控制调节电路向反方向调节；
f、这样，调节电路始终可以把充电功率调节在最大状态，保证了太阳能电池总以最大功率向蓄电池充电。
上述太阳能电池最大功率点跟踪装置，其中：所述的微扰单元输送给调节电路的控制信号是一个脉冲宽度调制信号，随着脉冲宽度的变化，改变场效应管导通和截止的时间比例，以调节太阳能电池对蓄电池的充电电流和电压。
由于本发明采取了以上的技术方案，对充电的电压电流等等参数进行采样，通过计算和比较得到在当时环境下的太阳能电池最大功率点。然后通过调节驱动充电电路的脉冲信号的宽度来改变太阳能电池的充电负载，使得充电负载与太阳能电池的即时参数相匹配，从而使太阳能电池始终能够工作在最大的充电功率点上。
附图说明
本发明的特征、性能由以下的实施例及其附图详细描述。
图1是本发明太阳能电池最大功率点跟踪装置的电方框图。
图2是本发明太阳能电池最大功率点跟踪装置的电原理图。
图3是本发明太阳能电池最大功率点跟踪方法的流程图。
具体实施方式
请参阅图1，这是本发明太阳能电池最大功率点跟踪装置的电方框图。本发明太阳能电池最大功率点跟踪装置，包括：太阳能电池1、调节电路2、蓄电池3、控制电路4。太阳能电池1、调节电路2、蓄电池3顺序连接。控制电路4包括电压采样单元41、电流采样单元42、计算单元43、比较单元44、以及微扰单元45。蓄电池的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元的输入端连接；电压采样单元和电流采样单元的输出端分别与计算单元的输入端连接；计算单元的输出端与比较单元的输入端连接；比较单元的输出端与微扰单元的输入端连接；微扰单元的输出端与调节单元的输入端连接。
太阳能电池发电后，通过调节电路对蓄电池充电。控制电路根据充电电路中的电压和电流的取样，通过数据处理后，寻找到当时的最大充电功率点，然后对调节电路进行调节，使装置在最大充电功率下工作。
请参阅图2。本发明太阳能电池最大功率点跟踪装置的控制电路4由一单片机U构成。
调节电路2包括一充电电容C、一储能电感L、一场效应管Q、以及一二极管D；电容C正负两端分别对应连接太阳能电池的正负极，太阳能电池的正极连接储能电感L的一端，该电感的另一端连接二极管D的正极和场效应管Q的源极，场效应管的漏极与二极管之间连接蓄电池，场效应管的栅极与控制电路的微扰单元的输出端连接。二极管由具有单向导通功能的肖特基二极管构成。该调节电路中场效应管的栅极连接的控制电路的微扰单元输出的控制信号是一个脉冲宽度调制信号，随着脉冲宽度的变化，改变场效应管导通和截止的时间比例，以调节太阳能电池对蓄电池的充电电流和电压。
本发明太阳能电池最大功率点跟踪的方法是：太阳能电池发出的电由调节电路调节后向蓄电池充电。蓄电池充电的电压和电流反馈到电压采样和电流采样。两组采样后的结果送到计算单元，由计算单元计算出当时的充电功率。计算的结果送到比较单元，比较单元对计算得到的充电功率和上一时间的充电功率进行比较。比较结果送到微扰单元。如果充电功率在变大，那么保持微扰不变；如果充电功率在变小，那么改变微扰方向，让微扰单元控制调节电路向反方向调节。
这样，调节电路始终可以把充电功率调节在最大状态，保证了太阳能电池总以最大功率向蓄电池充电。
本发明可以不停地对即时的太阳能电池充电参数进行取样，计算出当时太阳能电池对蓄电池的充电功率。然后稍微改变一下充电的参数，再一次计算出改变充电参数后的太阳能电池的充电功率。两者比较后可以自动决定保留此改变还是相反方向改变充电参数。直到向任何方向改变充电参数时，太阳能电池的充电功率都会变大。那么此时所对应的各项参数，就是太阳能电池对蓄电池充电的最大功率点。
整个寻找太阳能电池最大功率点的过程，皆由嵌入在单片机中的软件控制电路完成。采样数据输入单片机进行计算和比较，再由单片机输出信号来改变太阳能电池充电的参数。直到找到最大功率点。由于外界环境一直在变化当中，因此采样、计算、比较、改变参数，即整个寻找太阳能最大功率点的过程需要一刻不停地进行，这样才能使太阳能电池始终以当时的最大功率对蓄电池充电。
由于单片机的运行速度远远快于太阳能电池受环境影响后参数变化的响应速度，所以单片机有足够的时间找到太阳能电池的最大功率点，使其总是工作在每个时刻的最大功率点上。
本发明还可以调节加在太阳能电池上的负载大小。通过改变这个负载，相应地改变了太阳能电池的输出电压和输出电流，也即改变了太阳能电池的输出功率。根据单片机给出的改变负载的信号，该电路会自动改变太阳能电池的充电功率至最大。当周围环境改变时，太阳能电池的最大充电功率点也发生改变，该电路可以迅速将此时的参数传递给单片机，并根据单片机的信号，以最快地速度改变太阳能电池的输出电压和输出电流，直到达到最大的充电功率。
当充电电流过大时，为了保护蓄电池，装置会自动切换到恒流充电模式。
当充电电压过高时，为了保护蓄电池，装置会自动切换到恒压充电模式。
通过最大功率充电、恒流充电、恒压充电三种模式的自动切换，使得整个充电装置可以在确保蓄电池和太阳能电池安全的情况下，始终保持在最大的充电功率状态下工作。
请参阅图3。本发明太阳能电池最大功率点跟踪的方法的流程，包括：
步骤1：读取电压电流采样信号
步骤2：将电压电流值相乘，计算出此时的充电功率。微扰方向初定为正。
步骤3：对充电电流进行微扰。方向为正就增加，方向为负就减小。
步骤4：读取微扰以后的电压电流采样信号
步骤5：计算初微扰以后的充电功率。
步骤6：比较微扰前和微扰后的充电功率。如果微扰后的充电功率大于微扰前的充电功率，那么返回步骤3。反之，则继续向下执行。
步骤7：将步骤3所做的微扰取消，恢复微扰前的状态。
步骤8：改变微扰方向。原来为正，就改为负。原来为负，就改为正。然后返回步骤3，不断重复步骤3到步骤8的工作。
重复这样的步骤，可以始终寻找到每个时刻的最大充电功率。

Claims (7)

1、太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特征在于：包括：太阳能电池、调节电路、蓄电池、控制电路；所述的太阳能电池、调节电路、蓄电池顺序连接；所述的控制电路包括电压采样单元、电流采样单元、计算单元、比较单元、以及微扰单元；所述的蓄电池的输出端分别与电压采样单元和电流采样单元的输入端连接；电压采样单元和电流采样单元的输出端分别与计算单元的输入端连接；计算单元的输出端与比较单元的输入端连接；比较单元的输出端与微扰单元的输入端连接；微扰单元的输出端与调节单元的输入端连接。
2、根据权利要求1所述的太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特征在于：所述的控制电路由一单片机构成。
3、根据权利要求1所述的太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特征在于：所述的调节电路包括一充电电容、一储能电感、一场效应管、以及一二极管；所述的充电电容两端连接太阳能电池，太阳能电池的正极连接储能电感的一端，该电感的另一端连接二极管的正极和场效应管的源极，场效应管的漏极与二极管之间连接蓄电池，场效应管的栅极与控制电路的微扰单元的输出端连接。
4、根据权利要求3所述的太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特征在于：所述的调节电路中场效应管的栅极连接的控制电路的微扰单元输出的控制信号是一个脉冲宽度调制信号，随着脉冲宽度的变化，改变场效应管导通和截止的时间比例，以调节太阳能电池对蓄电池的充电电流和电压。
5、根据权利要求1所述的太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特征在于：所述的调节电路中的二极管由具有单向导通功能的肖特基二极管构成。
6、一种太阳能电池最大功率点跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、太阳能电池发出的电能由调节电路调节后向蓄电池充电；
b、蓄电池经充电后的电压和电流反馈到电压采样单元和电流采样单元；
c、两组采样后的结果送到计算单元，由计算单元计算出当时的充电功率；
d、将步骤c计算的结果送到比较单元，比较单元对计算得到的充电功率和上一时间的充电功率进行比较；
e、将比较结果送到微扰单元；如果充电功率变大，那么保持微扰不变；如果充电功率变小，那么改变微扰方向，让微扰单元控制调节电路向反方向调节；
f、这样，调节电路始终可以把充电功率调节在最大状态，保证了太阳能电池总以最大功率向蓄电池充电。
7、根据权利要求6所述的太阳能电池最大功率点跟踪装置，其特征在于：所述的微扰单元输送给调节电路的控制信号是一个脉冲宽度调制信号，随着脉冲宽度的变化，改变场效应管导通和截止的时间比例，以调节太阳能电池对蓄电池的充电电流和电压。
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