專利名稱：一種光伏發(fā)電輸出匹配控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能使光伏發(fā)電裝置輸出最大功率的控制器，屬控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球化學(xué)能源的日益枯竭，光伏發(fā)電越來越受到人們的重視。使用光伏發(fā)電裝置 給負載供電時， 一般都是將太陽能光伏電池的輸出端直接與負載相連，由于太陽能光伏電 池在一定光強下都有其特定的伏安特性，而不同的負載有不同的伏安特性，太陽能光伏電 池的輸出功率由其伏安特性曲線與負載伏安特性曲線的交點而定，如附圖3所示。這樣， 當(dāng)負載改變時，太陽能光伏電池與負載之間很難實現(xiàn)優(yōu)化匹配，導(dǎo)致太陽能光伏電池不能 輸出最大電功率，降低了光電轉(zhuǎn)換效率。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種能使光伏發(fā)電裝置對任何負載 都可輸出最大功率的光伏發(fā)電輸出匹配控制器。
本實用新型所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種光伏發(fā)電輸出匹配控制器，由電流采樣電路、電壓采樣電路、單片機U1和直流
斬波電路組成，所述電流采樣電路和電壓采樣電路的輸入端接太陽能光伏電池GV的輸出
端，兩者的輸出端接單片機U1的輸入端；所述直流斬波電路的輸入端接太陽能光伏電池
GV，輸出端接負載Z，單片機U1的輸出端接直流斬波電路的控制端。
上述光伏發(fā)電輸出匹配控制器，所述直流斬波電路由三極管Q、濾波電感L和濾波電 容C2構(gòu)成，所述三極管Q的集電極經(jīng)電流采樣電阻接于太陽能光伏電池GV的輸出端， 其輸出的脈沖信號經(jīng)濾波電感L和濾波電容C2濾波后接負載Z，在濾波電感L的前端還 設(shè)有續(xù)流二極管D，單片機Ul的P6.0端經(jīng)驅(qū)動電路QD接三極管Q的基極。
上述光伏發(fā)電輸出匹配控制器，所述電流采樣電路由電流采樣電阻R1、耦合電阻R2、 反饋電阻R3和運算放大器F組成，電流采樣電阻R1連接于太陽能光伏電池GV的輸出端， 運算放大器F與耦合電阻R2和反饋電阻R3接成線性放大器電路，線性放大器的正輸入端
經(jīng)電流采樣電阻Rl太陽能光伏電池GV的輸出端，線性放大器的輸出端接單片機Ul的 P6.0端。
上述光伏發(fā)電輸出匹配控制器，所述電流采樣電阻Rl與兩個分壓電阻串接后連接于 太陽能光伏電池的輸出端，所述兩串接的分壓電阻構(gòu)成了電壓采樣電路，其串接點的輸出 信號接單片機U1的P6. l端。
本實用新型利用電流采樣電路、電壓采樣電路采集太陽能光伏電池的輸出電流和輸出 電壓，并將所采集的信號送到單片機，單片機根據(jù)此信號計算當(dāng)前光伏發(fā)電裝置的輸出功 率，并通過調(diào)節(jié)直流斬波電路的占空比改變接到太陽能光伏電池的等效電阻，使光伏發(fā)電 裝置輸出最大功率。本實用新型能使光伏發(fā)電裝置在連接任何負載時都輸出最大功率，有 效提高了光伏發(fā)電裝置的光電轉(zhuǎn)換效率。以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的電原理框圖； 圖2是電原理圖3是太陽能光伏電池輸出功率與不同負載關(guān)系示意圖； 圖4是輸出功率調(diào)節(jié)過程中工作曲線變化示意圖； 圖5是最大功率跟蹤(MPPT)實現(xiàn)過程示意圖。
圖中各標號為F、運算放大器；Ul、單片機；QD、驅(qū)動電路；Q、三極管；L、濾波 電感；Cl、蓄能電容；C2、濾波電容；D、續(xù)流二極管；Z、負載；GV、太陽能光伏電池；
Rl、電流采樣電阻；R2、耦合電阻；R3、反饋電阻；R4、 R5、分壓電阻；Ll、不經(jīng)過MPPT 的負載的伏安特性曲線；L2 、經(jīng)過MPPT的負載的等效伏安特性曲線；L3、太陽能光伏電 池的伏安特性曲線；Pmax、最大功率。
具體實施方式

參見附圖3，實線表示太陽能光伏電池在一定光強下的伏安特性，三條虛斜線表示不 同負載的伏安特性曲線，分別與太陽能光伏電池的伏安特性曲線交于A、 B、 C點，可以看 出，交于C點時太陽能光伏電池的輸出功率最大。如果我們通過調(diào)節(jié)電池板的電壓(也可 以看作改變太陽能光伏電池的負載阻抗)，使太陽能光伏電池時刻工作在C點，太陽能光 伏電池就可以輸出最大的功率，實現(xiàn)太陽能光伏電池的最大功率跟蹤(MPPT)，使太陽能
光伏電池的發(fā)電能力充分發(fā)揮出來，提高太陽能光伏電池的效率。
參見附圖4， Ll是未經(jīng)最大功率跟蹤(MPPT)的負載的伏安特性曲線；L2是經(jīng)最大 功率跟蹤(MPPT)的負載的等效伏安特性曲線；L3是太陽能光伏電池的伏安特性曲線。
調(diào)節(jié)過程如下
假定目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點在A點，經(jīng)過最大功率跟蹤，負載的工作特性曲 線由L1—L2;則跟蹤后光伏發(fā)電的穩(wěn)態(tài)工作點A—B，系統(tǒng)工作在了最大功率點處。
參見附圖2，由運算放大器F、電阻R1、 R2、 R3組成的電流采樣電路和由分壓電阻R4、 R5組成的電壓采樣電路分別采集光伏發(fā)電裝置的輸出電流和輸出電壓，并將所采集的信號 送到單片機Ul的P6. 0和P6. 1端，單片機根據(jù)此信號計算當(dāng)前光伏發(fā)電裝置的輸出功率， 并由P2. l端輸出脈沖信號，此信號加到三極管Q的基極，調(diào)節(jié)直流斬波電路的占空比，改 變太陽能光伏電池的電壓(也可以看作改變太陽能光伏電池的負載阻抗)，使光伏發(fā)電裝 置輸出最大功率。蓄能電容C1的作用是當(dāng)三極管Q截止時，接受太陽能光伏電池的充電電 流，儲存電能；當(dāng)三極管Q導(dǎo)通時，與太陽能光伏電池一起向負載供電。
三極管Q、濾波電感L和濾波電容C2構(gòu)成直流斬波電路，也可稱DC/DC Buck電路， 我們知道DC/DC Buck中的控制量為占空比D,我們規(guī)定以下變量-
S DC/DC Buck電路原邊輸入電壓，等于太陽能光伏電池GV的輸出電壓U;
￡2 DC/DC Buck電路副邊輸出電壓，等于負載電壓；
/， DC/DC Buck電路原邊輸入電流，即太陽能光伏電池GV的輸出電流；
/2 DC/DC Buck電路副邊輸出電流，即負載電流。
四個變量存在以下關(guān)系
<formula>formula see original document page 5</formula> 太陽能光伏電池兩端的等效電阻i^為
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所以可以通過調(diào)節(jié)占空比D，來調(diào)節(jié)接在太陽能光伏電池兩端的等效電阻i^，從而實
現(xiàn)負載曲線從LI—L2，實現(xiàn)最大功率跟蹤。
參見附圖5，最大功率跟蹤(MPPT)的目標是實現(xiàn)太陽能光伏電池的輸出功率為Pmax ，
具體實現(xiàn)方法為單片機U1檢測與計算太陽能光伏電池的輸出功率，比如得到的輸出功 率為《，然后改變一下占空比，即給太陽能光伏電池電壓一個增量AU，此時光板的電壓 為K，輸出功率為A，說明此時的調(diào)節(jié)處于I階段，如果想實現(xiàn)最大功率跟蹤，此時應(yīng)該 控制占空比，使電壓繼續(xù)增加。如果上次的充電功率為if，太陽能光伏電池的工作電壓為 "，給一個電壓增量后側(cè)得太陽能光伏電池的電壓為 72，輸出功率為g,說明此時的調(diào) 節(jié)處于II階段，應(yīng)該減小電壓，如此調(diào)節(jié)下去即可實現(xiàn)太陽能光伏電池最終工作在最大功 率點處。
為降低功率損耗，該控制器采樣的單片機為MSP430系列的超低功耗單片機。
權(quán)利要求1、一種光伏發(fā)電輸出匹配控制器，其特征是，它由電流采樣電路、電壓采樣電路、單片機(U1)和直流斬波電路組成，所述電流采樣電路和電壓采樣電路的輸入端接太陽能光伏電池(GV)的輸出端，兩者的輸出端接單片機(U1)的輸入端，所述直流斬波電路的輸入端接太陽能光伏電池(GV)，輸出端接負載(Z)，單片機(U1)的輸出端接直流斬波電路的控制端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述光伏發(fā)電輸出匹配控制器，其特征是，所述直流斬波電路由三 極管(Q)、濾波電感(U和濾波電容(C2)構(gòu)成，所述三極管(Q)的集電極經(jīng)電流采樣 電阻接于太陽能光伏電池(GV)的輸出端，其輸出的脈沖信號經(jīng)濾波電感(L)和濾波電容(C2)濾波后成為連接負載(Z)的電壓輸出端，在濾波電感(L)的前端還設(shè)有續(xù)流二極 管(D)，單片機(Ul)的P6.0端經(jīng)驅(qū)動電路(QD)接三極管(Q)的基極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述光伏發(fā)電輸出匹配控制器，其特征是，所述電流采樣電路 由電流采樣電阻(Rl)、耦合電阻(R2)、反饋電阻(R3)和運算放大器(F)組成，電流 采樣電阻(Rl)連接于太陽能光伏電池(GV)的輸出端，運算放大器(F)與耦合電阻(R2) 和反饋電阻(R3)接成線性放大器電路，線性放大器的正輸入端經(jīng)電流采樣電阻(Rl)接 于太陽能光伏電池GV的輸出端，輸出端接單片機(Ul)的P6.0端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述光伏發(fā)電輸出匹配控制器，其特征是，所述電流采樣電阻(R1) 與兩個分壓電阻串接后連接于太陽能光伏電池的輸出端，所述兩串接的分壓電阻構(gòu)成了電 壓采樣電路，其串接點的輸出信號接單片機(Ul)的P6.1端。
專利摘要一種光伏發(fā)電輸出匹配控制器，屬控制技術(shù)領(lǐng)域，用于解決光電轉(zhuǎn)換效率問題。其技術(shù)方案是它由電流采樣電路、電壓采樣電路、單片機和直流斬波電路組成，所述電流采樣電路和電壓采樣電路的輸入端接太陽能光伏電池的輸出端，輸出端接單片機的輸入端，所述直流斬波電路的輸入端接太陽能光伏電池，輸出端接負載，單片機的輸出端接直流斬波電路的控制端。本實用新型能使光伏發(fā)電裝置在接任何負載時都輸出最大功率，有效提高了光伏發(fā)電裝置的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02J7/35GK201203813SQ200820077288
公開日2009年3月4日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者李光輝, 石新春 申請人:華北電力大學(xué)