基于微電壓調(diào)節(jié)的太陽能充放電系統(tǒng)設(shè)計

摘要：基于微電壓調(diào)節(jié)的太陽能充放電系統(tǒng)，是以微控制器LPCI114為核心的太陽能電池板充放電電路，是實現(xiàn)高效率的智能充放電設(shè)計方案。微電壓調(diào)節(jié)理論整合了經(jīng)典電壓回授法和多種太陽能最大功率點(diǎn)追蹤思想，利用簡單合理的DC／DC平衡技術(shù)，充分考慮系統(tǒng)功耗等問題，以簡單的電路設(shè)計和創(chuàng)新的軟件思想實現(xiàn)更高效率的太陽能系統(tǒng)。隨著能源危機(jī)的加劇，高效率、低成本的太陽能系統(tǒng)備受社會關(guān)注，其在民用、交通等領(lǐng)域的運(yùn)用也更加重要。
關(guān)鍵詞：太陽能；微電壓；最大功率點(diǎn)追蹤；LPC1114；DC／DC

引言
太陽能作為一種綠色能源已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，如家庭、交通，工業(yè)等，作為其核心的技術(shù)，充放電系統(tǒng)研究已經(jīng)日趨成熟。但是隨著能源危機(jī)的加劇，低成本、高效率等思想使人們對系統(tǒng)的要求越來越苛刻。本文就是致力于這一點(diǎn)，充分考慮系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、低功耗和低成本等要求，設(shè)計了一種簡單可行的光伏電池系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對蓄電池供電或直接通過光伏電池板供電，來滿足小功率設(shè)備的用電需求。

1 理論分析
圖1所示為獨(dú)立太陽能電池系統(tǒng)的架構(gòu)圖。主要由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電源和復(fù)位模塊、充電控制模塊、放電控制模塊、微處理器、輸出驅(qū)動模塊、時鐘和顯示模塊以及用電切換模塊構(gòu)成。

1．1 光伏電池板特性
光伏電池是一種典型的非線性器件，其電路圖如圖2所示。為了描述其工作狀態(tài)將其用圖2(a)所示的等效電路來描述。

光伏電池的光電流可視為電流源，Rs為串聯(lián)電阻，Rsh為旁漏電阻，R是電池外的負(fù)載電阻。Rs主要由電池的體電阻、表面電阻、電極電阻和電極與硅表面間接接觸電阻所組成。Rsh為旁漏電阻，由硅片邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起。理想的太陽能電池，Rs很小，Rsh很大。由于Rs、Rsh分別串聯(lián)與并聯(lián)在電路中，進(jìn)行理想計算時，可以忽略不計。所以，理想等效電路如圖2(b)所示。
由于受到光照、電池陣列結(jié)溫度及負(fù)載的影響，太陽能電池輸出電壓和電流也隨之發(fā)生改變，相關(guān)功率也隨之變化。一定光照強(qiáng)度下，太陽能電池的輸出特性曲線如圖3所示。

其中，Isc為短路電流，Voc為開路電壓，Vm為最佳工作點(diǎn)電壓，Pm為電池板輸出的最大功率。由于電池板受到日照、溫度等外部環(huán)境的影響，其最大功率點(diǎn)不斷發(fā)生變化。研究表明：輸出特性曲線近似為矩形，即低壓段近似為恒流源(平穩(wěn))，接近開路電壓時近似為恒壓源(陡峭)；開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強(qiáng)度成正比，輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度呈非線性變化；輸出功率在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，該點(diǎn)即為太陽能電池板的最大功率點(diǎn)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化。