太陽電池串聯(lián)均壓控制系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)

近年來，隨著太陽電池的生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，太陽電池成本不斷下降，對太陽能的利用正在向深度和廣度發(fā)展。當(dāng)今一種清潔可再生新型綠色能源——太陽能，以其相比傳統(tǒng)化石能源得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，正受到人們越來越多的關(guān)注。
　　
為適應(yīng)不同負(fù)載所需的電壓等級，實(shí)際使用中以多塊太陽能電池串聯(lián)。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效率運(yùn)行，需要研究系統(tǒng)總輸出功率與各太陽能電池電氣參數(shù)之間的關(guān)系。有關(guān)資料表明，多塊太陽能電池串聯(lián)系統(tǒng)的輸出功率與各太陽能電池端電壓密切相關(guān)：當(dāng)各太陽能電池板端電壓相等時(shí)的的輸出功率較端電壓不相等時(shí)有很大提高。
　　
由太陽能電池的直流模型可知，太陽能電池是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其特性受自身工藝參數(shù)，太陽電池溫度，外界光照條件等諸多因素影響。圖1是兩塊太陽能電池I—V曲線（Uoc是開路電壓，Is是短路電流）。本文從兩塊太陽能電池串聯(lián)系統(tǒng)出發(fā)，探討系統(tǒng)的輸出功率在各太陽能電池端電壓的變化趨勢。

圖1太陽能電池特性曲線

雙向功率流動(dòng)CUK變換器
　　
在DC--DC變換器中，用具有單向?qū)щ娦缘木w管和場效應(yīng)管做開關(guān)，只能實(shí)現(xiàn)功率的單方向流動(dòng)，而實(shí)際各太陽能電池板開路電壓差別正負(fù)是隨機(jī)的。需要一種可以實(shí)現(xiàn)功率雙方向流動(dòng)DC--DC變換器。
　　
功率雙向流動(dòng)CUK變換器（圖2）與傳統(tǒng)的單向功率流動(dòng)CUK變換器不同的是：在原來開關(guān)管Q1和二極管D1兩端分別反向并聯(lián)二極管D2和開關(guān)管Q2如圖3所示。這個(gè)電路具有對稱性，輸入輸出電流方向可正可負(fù)。右邊負(fù)載R換為下正上負(fù)電壓源Vs，左邊電壓源Vs換為負(fù)載R,則功率從右向左倒流[2]。

圖2　功率雙向流動(dòng)CUK變換器

工作原理

1主電路
　　
在上述雙向功率流動(dòng)的CUK變換器的基礎(chǔ)上，組成了雙太陽能電池串聯(lián)均壓系統(tǒng)的主電路,如圖3所示。其中：PANELA　PANELB分別為兩塊相串聯(lián)的太陽能電池板，L1,L2為緊耦合電感，C為能量交換電容，G1G2為開關(guān)管，D1D2為快恢復(fù)二極管，R1R2為開關(guān)管漏極電流取樣電阻，R為負(fù)載電阻。