太阳电池最大输出功率跟踪方法研究

太阳电池最大输出功率跟踪方法研究

摘  要

当今世界能源问题已经成为人类需要迫切解决的一个问题，寻找替代能源都已成为世界各国的紧迫任务。就当前形势来看，太阳能是一种取之不尽，用之不绝的绿色能源，太阳能的大规模利用已经成为 21 世纪人类社会发展进步的重要标志。光伏发电是一种直接将太阳能辐射转换成为电能的新型发电技术，该技术在我国 80 年代中后期就已初具规模自 90 年代以来进入快速发展时期。太阳能光伏发电技术能量转换的关键器件是太阳能电池。因为太阳能电池价格昂贵，所以采用最大功率点跟踪方法有效提高太阳能电池的利用率，充分利用其性能在很多场合具有重大的现实意义本文本文就光伏发电系统所用的最大功率跟踪(MPPT)电路进行了理论分析，采用模块化的电路设计方式构造了基于集散式控制体系的最大功率跟踪电路。将基于 FPGA＋DSP 构架的实时控制系统概念引入到系统中来，设计了具有上位机通讯接口及数码显示功能的多路光伏阵列最大功率跟踪电路。用硬件描述语言对 A/D 转换控制和数据读取以及缓存写时序进行了设计并进行了软件仿真，提出了显示控制模块的框图。

关键词 光伏发电；太阳能电池；MPPT；DC/DC 变换器；

目 录

1 绪论 1

1.1 太阳能光伏并网发电的意义 1

1.1.1 当今世界的能源分析 1

1.1.2 发展光伏发电系统的意义 2

1.2 最大功率跟踪（MPPT）的意义 2

1.2.1 光伏发电系统的结构及工作原理 2

1.2.2 太阳能电池的输出特性及最大功率跟踪（MPPT）的意义 3

2 太阳能电池最大功率跟踪电路的设计 1

2.1 最大功率跟踪（MPPT）电路的组成. 1

2.1.1 组成原理 1

2.1.2 组成框图 1

2.2 DC-DC 变换器 2

2.2.1 DC/DC 变换器电路分析 2

2.2.2 基本斩波电路 4

2.2.3 降压式buck变换器 5

2.3 最大功率点跟踪 MPPT 8

2.3.1 控 制 太 阳 能 电 池 阵 列 的 串 并 联 数 9

2.3.2 CVT 跟踪 9

2.3.3 改 变 输 出 电 压 的 MPPT 10

2.3.4 改 变 负 载 的 MPPT 11

3 系统硬件构成 13

3.1 设计目标及方案 13

3.1.1 基本设计目标 13

3.1.2 最大功率跟踪方案 14

3.2 主控模块 15

3.2.1 主控 ＭＣＵＡＴ８９Ｃ５１ 15

3.2.2 四路信号监控模块 17

3.2.3 本设计的液晶显示 21

3.2.4 功率ＭＯＳ管模块 22

3.3 功率变换模块ＤＣ－ＤＣ变换电路 23

3.4 本章小结 25

4 系统程序设计 27

4.1 FPGA 程序设计 27

4.1.1 编程工具及所用语言 27

4.1.2 系统所用程序设计 27

4.2 DSP 算法及控制逻辑 30

4.2.1 常用最大功率跟踪算法比较 30

4.2.2 最大功率点确认及算法原理 31

4.2.3 本系统最大功率跟踪软件流程 35

致 谢 37

参考文献 39