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基于MPPT技術(shù)的太陽能發(fā)電的路燈控制系統(tǒng)

作者: 時間:2009-08-07 來源:網(wǎng)絡 收藏
是一種清潔高效的可再生能源。在陽光充足的白天,屋頂?shù)墓夥姵貙?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/太陽能">太陽能轉(zhuǎn)化成電能,供人們在夜晚使用。據(jù)專家預測,到2040年,全球的光伏量將占世界總量的26%,2050年后將成為世界能源的支柱。以太陽光為能源,不需要鋪設復雜的管線,安全節(jié)能無污染。白天利用太陽光給蓄電池充電,晚上蓄電池提供能量帶動工作。的關(guān)/開過程采用光控,采用最大功率跟蹤,最大程度的吸收太陽能,提高太陽能光電池的效率,以降低路燈系統(tǒng)的成本。最大功點跟蹤(Maximum Power PointTracking,)系統(tǒng)是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài),使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng)。

  1 硬件組成

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/163665.htm

  太陽能路燈的組成如圖1所示。

基于MPPT技術(shù)的太陽能發(fā)電的路燈控制系統(tǒng)案例分析

  1.1 Buck電路及其驅(qū)動電路

  Buck電路工作原理是通過斬波形式將平均輸出電壓予以降低,可以將輸入接在光伏電池輸出端,通過調(diào)節(jié)其輸出電壓來達到調(diào)節(jié)負載之目的,以保持光伏陣列輸出電壓在其最大功率點的電壓和電流處。這里控制目標是輸出功率為最大,調(diào)節(jié)手段是改變開關(guān)管的開通占空比。由于光伏陣列的軟特性,并不是簡單的增大開關(guān)管占空比就能增大光伏陣列輸出功率。當Buck電路負載為蓄電池時,其構(gòu)成了蓄電池充電電路,將蓄電池直接接在Buck電路的輸出端,通過調(diào)節(jié)蓄電池的端電壓實現(xiàn)蓄電池的充電控制,使用單片機智能控制方法,可以實現(xiàn)蓄電池的智能化充放電控制。

  Buck電路為主電路,如圖2所示,太陽能光伏陣列輸出額定電壓為35 V,輸出額定電流為4.65 A,蓄電池額定電壓為24 V,開關(guān)頻率為80 kHz。電路工作在電流連續(xù)模式時電感量:

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  式中Ui為太陽能光伏電池輸出電壓;D為PWM脈沖占空比;f為開關(guān)頻率;k為k=△I/2Io;△I為紋波電流;Io為負載上的輸出電流。

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  允許的紋波電流△I越小,即k越小,電感L越大,電流紋波越小,可以選擇較小的濾波電容;反之,電感L較小,但電容較大。一般選取k=0.05~0.1。

  將電感值確定以后,實際電感器的設計必須符合相關(guān)電氣標準、系統(tǒng)尺寸和安裝方式等限制。許多磁性元件供應商均提供各種型號的標準產(chǎn)品,可滿足絕大多數(shù)的設計標準要求。

  Buck電路為實現(xiàn)最大功率的主電路,采用C8051F330單片機進行控制,采用有效的算法通過軟件編程由單片機輸出不同占空比的PWM信號,經(jīng)由U4,U5處理,如圖3所示,驅(qū)動開關(guān)管Q1的導通與關(guān)斷。由于單片機C8051F330的驅(qū)動電流太小,且Buck電路中MOS管與主電路不共地,故采用隔離作用的B1215LS和輸出電流為0.5 A的高速光電耦合的MOS門驅(qū)動FOD3181,滿足MOS管工作的要求。

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  1.2 單片機控制電路

  控制板采用C8051F330作為主控制器,該MCU具有高速、微型封裝、低功耗、工業(yè)級等特點;同時還具有多通道10位AD、PWM輸出等豐富的片上資源。

  C8051F330(如圖4所示)的P0.2為太陽能光伏陣列的電壓采樣信號輸入,P0.3為蓄電池電壓采樣值的輸入,P0.5為主電路中電流信號采樣值的輸入,P1.6為溫度傳感器值的輸入,P0.6為8位PWM信號輸出,P0.4輸出控制負載的接入及過流時對電路的關(guān)斷,P1.0~P1.4接撥碼開關(guān),為路燈設置定時,其定時長短由撥碼開關(guān)的狀態(tài)決定,四位撥碼開關(guān)共24=16個狀態(tài),分別可定時1~16個小時。

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  2 電 源

  目前太陽能系統(tǒng)主要為了節(jié)能,采用綠色能源而不接入市電,或者用于網(wǎng)電未涉及的地域,所以整個系統(tǒng)的工作需要太陽能電池板所產(chǎn)生的電能量經(jīng)轉(zhuǎn)換或處理后的電源的支持,在本課題中欲采用+3.3 V和12 V電源,以支持控制芯片和集成運算放大電路或晶體管的工作。12 V電源主要是給系統(tǒng)電路中的三極管等元件的正常工作提供能量,由于采用了凌陽C8051F330單片機進行控制,故系統(tǒng)需要提供+3.3 V的電源。

  3 軟件設計

  整個系統(tǒng)的控制流程如圖5所示。

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  路燈的接人以太陽能板的電壓為依據(jù),當采樣電壓3 V時,太陽光已暗,接入路燈,開始定時,定時時間值由撥碼開關(guān)設置。同時停止,以減小夜間的能量損耗。當定時時間到后,斷開路燈。在整個系統(tǒng)工作過程中,單片機始終采集蓄電池的端電壓,路燈是否接入以及接入后,一旦發(fā)生蓄電池過放現(xiàn)象,單片機P0.4引腳輸出高電平,斷開路燈,保護蓄電池。待蓄電池通過充電電壓升高后,如滿足接人條件,再接人路燈。在本設計中,加入了最大功率跟蹤,使輸入功率提高了20%。由于蓄電池的容量遠大于太陽能光伏陣列的充電能力,蓄電池充電時未采用防過充措施。

  4 結(jié) 語

  經(jīng)實際運行表明,該具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、實用性強等優(yōu)點,較好地將太陽能光伏技術(shù)與路燈控制技術(shù)結(jié)合起來,并實現(xiàn)了智能控制。



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