CN202650376U - 一种用于教学的太阳能电池最大功率跟踪实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于教学的太阳能电池最大功率跟踪实验装置。现有装置无法满足太阳能电池最大功率跟踪(MPPT)的实验教学。本实用新型其特征是包括太阳能电池电压采样电路、电流采样电路、信号调理电路，一个根据太阳能电池电压、电流采样信号进行供电功率计算和比较前、后采样功率大小及最终输出功率调节参数的最大功率跟踪微处理器，一个根据最大功率跟踪微处理器输出的功率调节参数输出不同占空比调节脉冲的PWM微处理器和光耦驱动电路，一个接在主供电回路上的DC-DC Boost变换器。本实用新型实时采集太阳能电池主供电回路的功率来调整其供电回路的占空比，等效调节了负载的阻抗，使负载取用的功率可以改变，可始终跟随太阳能电池输出的最大功率点。

Description

一种用于教学的太阳能电池最大功率跟踪实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验装置，尤其涉及一种用于教学的太阳能电池最大功率跟踪实验装置。 

背景技术

近十几年来，太阳能发电技术得到了快速发展，特别是2008年金融危机和石油等能源价格上涨，更唤醒了人们对能源危机的深刻认识。保护环境、节约能源、开发和利用新能源已经成为大多数人的共识，也是当前科技领域的研究主题。太阳能发电技术和风能发电技术是目前应用较为普遍的清洁能源技术，从而引起了科研界、产业界和教育界的高度关注，被誉为21世纪改变人类生活的几大关键技术之一。光伏电池的输出功率受光伏电池温度以及太阳辐射强度的影响。在一定的日照强度和工作温度下，太阳能电池具有唯一的最大功率点。当太阳能电池工作在该点时，能输出当前工作温度和日照强度下的最大功率。但是，至今有关太阳能电池最大功率跟踪(MPPT)实验装置的教学***几乎没有，而且目前开设这方面课程的学校，都没有相应的实验教学设备，教学内容单一，无法满足太阳能电池最大功率跟踪(MPPT)的实验教学。 

实用新型内容

本实用新型提供一种用于教学的太阳能电池最大功率跟踪的实验装置，适用于太阳能电池最大功率跟踪的实验教学，弥补此领域该教学装置的空白，能实时跟踪太阳能电池输出的最大功率，保护蓄电池，延长使用寿命 

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种用于教学的太阳能电池最大功率跟踪实验装置，其特征是包括太阳能电池电压采样电路、电流 采样电路、信号调理电路，一个根据太阳能电池电压、电流采样信号进行供电功率计算和比较前、后采样功率大小及最终输出功率调节参数的最大功率跟踪微处理器，一个根据最大功率跟踪微处理器输出的功率调节参数输出不同占空比调节脉冲的PWM微处理器和光耦驱动电路，一个接在主供电回路上的DC-DC Boost变换器，所述的DC-DC Boost变换器根据PWM微处理器输出的调节脉冲调节负载取用功率的大小，使负载取用功率始终跟踪太阳能电池输出的最大功率。 

本实用新型进一步改进的技术方案如下： 

在主供电回路上接有一个蓄电池电压采样电路、电流采样电路和另一信号调理电路，信号调理电路的输出端分别与最大功率跟踪微处理器和PWM微处理器的AD输入端相接。 

本装置设有蓄电池电压、电流采样电路、信号调理电路，该采样电路的输出端接PWM微处理器的输入端，PWM微处理器将蓄电池电压、电流的采样信号与内设的过压、过流阈值比较、并根据比较结果控制PWM信号的开通或关闭，调整主供电回路的输出电压、电流，防止学生在进行最大功率跟踪算法设计验证的过程中对蓄电池造成损害，从而达到保护蓄电池和延长使用寿命的目的。 

本实用新型通过实时采集太阳能电池主供电回路的功率来调整其供电回路的占空比，等效调节了负载的阻抗，使负载取用的功率可以改变，可始终跟随太阳能电池输出的最大功率点。同时，为了防止过压和过流情况造成的损坏，本实用新型还设置了保护电路，它们可在主供电回路出现过压或过流情况时关闭功率占空比的调节，使太阳能电池供电***处于保护状态。 

附图说明

图1．太阳能电池在不同结温和光照条件下的伏安特性曲线图。 

图2．本实用新型的原理方框图。 

图3．本实用新型的电路原理图。 

具体实施方式

参见图1中所示，太阳能电池在不同结温和光照条件下的伏安特性曲线，其中交点a’、b’、c’、d’、e’分别是各曲线上的最大功率点，L是负载特性曲线，交点a、b、c、d、e是负载在不同伏安特性曲线上的实际工作点。由图可见，负载的实际工作点与太阳能电池所能提供的最大功率点不在同一个位置上。如果在太阳能电池和负载间加入阻抗变换器，使得变换后的负载工作点正好和太阳能光伏电池的最大功率点重合，也就实现了太阳能电池最大功率跟踪的功能。 

参见图2，本装置包括太阳能电池电压采样电路、电流采样电路、信号调理电路、最大功率跟踪微处理器，PWM微处理器、光耦驱动电路和一个接在主供电回路上的DC-DC Boost变换器。最大功率跟踪微处理器实时采集太阳能电池电压、电流进行供电功率计算和比较前、后采样功率大小及最终输出功率调节参数给PWM微处理器，PWM微处理器输出不同占空比调节脉冲经光耦驱动电路制主供电回路DC-DC Boost变换器调节负载取用功率的大小，使负载取用功率始终跟踪太阳能电池输出的最大功率。主供电回路上还接有蓄电池电压采样电路、电流采样电路和另一信号调理电路，信号调理电路的输出端分别与最大功率跟踪微处理器和PWM微处理器的AD输入端相接。 

参见图3，本装置在太阳能电池上接有电压采样电路2和电流采样电路1，电压采样电路采用霍尔电压传感器LV4，经信号调理电路4中的运算放大器U11D输出0～5V的电压信号送到AD芯片的26脚进行转换，通过并行数据口送给最大功率跟踪微处理器电路；电流采样电路1由电流传感器HALL3，经信号调理电路3中的运算放大器U11A输出0～5V的电压信号送到AD芯片的27脚进行转换，通过并行数据口送给最大功率跟踪微处理器。最大功率跟踪微处理器先将采集来的电压、电流信号(I、V)进行运算。每采集一次，即计算一次主供电回路11的功率，并与前一次采集计算的功率值进行比较，如果两次比较的差值P₂-P₁=ΔP>O时，单片机认为功率调节的方向应增大，随即输出 一个增大占空比的参数给PWM微处理器10，经光耦驱动电路9调节输出电压；如果两次比较的差值P₂-P₁=ΔP<O，单片机认为功率调节的方向应减小，单片机输出一个减小占空比的参数给PWM微处理器10，经光耦驱动电路9调节输出电压；DC-DC Boost变换器由MOS管S1、L2、C25、C26、D10构成，MOS管S1根据脉冲改变其导通与截止的频率，使主供电回路11中的功率得以改变，等效调节负载的阻抗，使负载取用的功率始终跟随太阳能电池输出的最大功率点。 

本装置设有蓄电池电压采样电路6和电流采样电路5，电压采样电路采用霍尔电压传感器LV3，经信号调理电路8中的运算放大器U11C输出0～5V的电压信号送到AD芯片的28脚进行转换，通过并行数据口送给最大功率跟踪微处理器电路；电流采样电路5由电流传感器HALL2，经信号调理电路7中的运算放大器U11B输出0～5V的电压信号送到AD芯片的1脚进行转换，通过并行数据口送给最大功率跟踪微处理器。经调理电路之后的蓄电池电压和电流信号，同时也连接到PWM微处理器10的19、18脚，PWM微处理器10将蓄电池电压、电流信号与内设的过压、过流阈值比较、并根据比较结果控制PWM信号的开通或关闭，调整主供电回路的输出电压、电流，防止学生在进行最大功率跟踪算法设计验证的过程中对蓄电池造成损害，从而达到保护蓄电池和延长使用寿命的目的。 

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。 

Claims (2)

1.一种用于教学的太阳能电池最大功率跟踪实验装置，其特征是包括太阳能电池电压采样电路、电流采样电路、信号调理电路，一个根据太阳能电池电压、电流采样信号进行供电功率计算和比较前、后采样功率大小及最终输出功率调节参数的最大功率跟踪微处理器，一个根据最大功率跟踪微处理器输出的功率调节参数输出不同占空比调节脉冲的PWM微处理器和光耦驱动电路，一个接在主供电回路上的DC-DC Boost变换器，所述的DC-DC Boost变换器根据PWM微处理器输出的调节脉冲调节负载取用功率的大小，使负载取用功率始终跟踪太阳能电池输出的最大功率。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池最大功率跟踪实验装置，其特征是在主供电回路上接有一个蓄电池电压采样电路、电流采样电路和另一信号调理电路，信号调理电路的输出端分别与最大功率跟踪微处理器和PWM微处理器的AD输入端相接。

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