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1、 本文由刨根问底贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 研究与探讨 基于 单片机的光伏 系统充电器的设计 任柱 ， 吴捷 ， 张淼 ， 陈思哲 （ 华南理工大学电力学院， 广东 广州 ； 广东工业大学自动化学院， 广东 广州 ） 摘要： 文章分析了光伏阵列输出能量特点和蓄电池充电特点， 提出了一种新的控制方法， 并 设计出基于 单片机的光伏系统充电控制器。试验证明该控制器在充分利用光伏阵列能量 同时能提高蓄电池充电效率， 较理想地实现了对光伏系统中储能蓄电池的充电控制。 关键词： 光伏系统； ； 单片机； 控制策略 ： ， ， ： ； ； ；
2、 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： （） 引言 在光伏发电系统中常需要储能装置， 目前大多 加大。 正是由于光伏电池本身输出的非线性， 传统的 蓄电池充电方法如恒流、 恒压、 脉冲等单一的充电方 法很难适应于光伏系统充电控制器。 数光伏系统中的储能装置通常为阀控式铅酸蓄电 气候的变 池。由于光伏阵列的输出能量随着昼夜、 化是不断变化的， 因此在光伏系统中蓄电池的充放 电控制器也与一般系统中充放电器有很大的不同。 本文设计的充电控制器能充分利用太阳能阵列输 出能量， 提高蓄电池的充电效率， 延长蓄电池的使 用寿命。 本文通过实时检测光伏阵列输出电压、电流以 及蓄电池的电压、 电流、 容量等
3、值作为控制对象来对 光伏系统中蓄电池充电过程进行控制。整个充电过 程可以分为三个部分： 充电控制， 恒压充电控 制及浮充控制。 能 源 研 究 与 利 用 年 第 期 光伏系统充电控制策略 光伏系统充电的特点 光伏电池所发功率取决于照射到其表面的太 最大功率点跟踪（）充电 白天阳光充足， 此时通过夜晚的放电， 蓄电池的 阳辐射量。由于受到当地纬度、 经度、 时间、 空气状 态及气象条件等各种因素的影响， 光伏电池的输出 短 开 最大功率点 、 路 电 流 、 路 电 压 随 着 温 度、 光照强度等因素不断地变化。实验表明， 光伏电 池发出的功率随温度的上升而下降， 随光强增加而 容量下降，
4、充电接受能力强， 考虑充分利用光伏阵列 的输出能量对蓄电池进行充电， 也就是实现 充电。太阳能 控制的基本原理类似于线性电 路输出最大功率的求取， 其策略是实时检测光伏阵 列输出功率， 采用一定的控制算法预测当前工作状 ? ? 研究与探讨 况下阵列可能的最大功率输出， 然后通过改变输 出电流从而改变阵列的输出端电压达到最大功率 的输出， 实现最大功率跟踪。目前对光伏系统中 电 最 算法很多， 有扰动观察法 、 导 增 量 法 、 优 梯度法、 糊逻辑法、 经网络法等方法。本文采 模 神 用的是一种改进的变步长的扰动观察法。初期采 用 较 大 的 步 长， 能 迅 速 地 跟 踪 到 最 大 功
5、 率 点 附 近 ， 然后改变步长采用较小的步长来进行最大功率点 跟踪， 该方法克服了单一步长的缺点， 能根据实时 的状况改变步长， 快速准确地跟踪最大功率点 任柱等， 基于 单片机的光伏系统充电器的设计 图 充电器硬件框图 采样电路（ 各传感器） 采样回来的信号输入单片 机 进行处理， 处理完输出充电控制 信 号 经 驱 动 电 路 放 大 来 控 制 电 路 开 关 管 的 占空比， 从而实现对光伏系统最大功率跟踪、 充电控 制及过程转换。 系统采用的 单片机具有高 性能、 低功耗、 高性价比等突出优点， 其内部还集成 了大容量的存储器和强大的硬件接口电路。 试验采用 块太阳能板， 考虑到
6、蓄电池充电参 数要求及太阳能板输出电压和电流的情况， 将 块 电池分为两组， 每组 块串联， 两组之间并联。安装 方向： 朝南。使用的蓄电池为沈阳松下阀控式密封 铅酸蓄电池 ， 每节规格为 。试 验采用谅解电池串联作为一组。恒压充电电压为 。 在 充 电 环 节 中 还 补 充 一 限 流 环 节 ， 防 止 充 电电流过大造成电池温度过高， 对蓄电池造成损 伤。 恒压充电 在使用最大功率点跟踪充电过程中， 当蓄电池 的端电压超过过充所设定的阀值时， 此时需要转换 充电方式， 采用恒压充电。此阶段蓄电池的充电电 流将随着其电动势的升高而逐渐减小， 蓄电池温度 降低， 从而改善了蓄电池的工作条件
7、， 提高充电效 率。 浮充 在恒压充电阶段的后期， 充电电流已经很小， ， 浮充电压根据温度补偿公式计算为 ， 负载采用 白炽灯。充电过程中蓄电池的端电 压数据测得如表 。 表 蓄电池充电过程端电压数据 蓄电池的容量基本接近充满， 此时可对蓄电池进 行浮充处理。 为在蓄电池一旦接近全充满时， 其 因 内部的活性物质大部分已经恢复成原来的状态， 这时为了防止过充， 采用比正常充电更低的充电 电压进行充电， 浮充电压根据蓄电池的实际要求 能 源 研 究 与 利 用 年 第 期 时刻 端电压 时刻 端电压 时刻 端电压 时刻 端电压 ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ：
8、 ： 设 定 ， 通 常 需 要 进 行 温 度 补 偿 。 一 般 对 的 阀 控 式 铅 酸 电 池 来 说 ， 浮 充 电 压 一 般 为 之 间 。 ： ： ： ： ： ： ： ： ： 硬件实现及试验分析 依据上面提出的控制策略， 设计出了基于 ： ： ： ： ： 蓄电池经过反复充放电后， 测得蓄电池电压为 从充电过程中测得的充电电流可以看出， 太 。 阳能短路电流大于 的时间较短， 所以系统大部 分时间工作在最大功率跟踪状态， 较充分地利用了 光伏阵列能量， 而从蓄电池整个过程的容量变化来 看， 该控制器的充电速率和效率都较普通充电器有 单片机的光伏系统的 充电控制器。该系统主 充电
9、电路采用 降压变换电路（ 采用富士 ） ， 控 制 电 路 采 用 单 片 机 充电 作为控制芯片， 驱动电路采用 。 ? 器的硬件大致框图如图 。 任柱等， 基于 单片机的光伏系统充电器的设计 较大改善。 学出版社 ， 研究与探讨 结语 在中小型光伏系统中， 对蓄电池的充电控制是 岳新苗 ， 吴捷 ， 张先勇 一种新型的最大功率跟踪实现方法在 太阳能充电器中的应用 电工理论与新技术学术年会论 文集 西安： 西安电子科学出版社， ： 关系到光伏系统利用效率和蓄电池使用寿命的关 键。 本文所采用的控制策略较好的考虑了各种情况， 且设计出的控制器结构简单， 性价比较高， 在中小型 光伏系统中有突出
10、的优势。 参考文献： 史云鹏 ， 王莹莹 ， 李培芳 光伏系统中蓄电池充放电方案的探 讨 太阳能学报 ，（）： 朱松然 蓄电池手册 天津： 天津大学出版社 ， 欧 阳 名 三 独 立 光 伏 系 统 中 蓄 电 池 管 理 的 研 究 合 肥 ： 合 肥工业大学博士论文 ， 丁 化 成 ， 耿 德 根 ， 李 君 凯 单 片 机 应 用 设 计 北 京 ： 北 京航空航天大学出版社 ， 收稿日期： 基金项目： 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （ 分 散 式 风 力 太 阳 能发电系统的混合控制研究） ， 批准单位： 国家自然 科 学 基 金 委员会， 项目编号： 。 赵 争 鸣
11、 ， 刘 建 政 ， 等 太 阳 能 光 伏 发 电 以 及 应 用 北 京 ： 科 ! ! ! 节能降耗促发展 叶荣海， 杨传坤 （ 江苏邳州大运河水泥有限责任公司， 江苏 邳州 ） 邳州大运河水泥有限责任公司于 年改制为民营企业后， 采取各项管理措施， 不断加强和完善 各种制度， 企业焕发新的生机。在当前激烈的水泥市场竞争形势下， 公司立足自身， 眼睛向内， 注重从节 能降耗中要效益， 以此提升企业的市场竞争力， 促进企业长效发展。 降低生产电耗是节能降耗的关键 水泥生产中， 电力消耗是主要能源消耗， 占吨水泥成本的大头。 改制前吨水泥电耗达 ， ? 改制后公司在节电上采取了一些措施来降低
12、电耗。如为了合理利用谷电， 在不影响生产的前提下， 将生 费 万元以上， 同时从电网平衡供电角度看还有一定的社会效益。 管理创新推进节能降耗 为推进节能降耗， 公司将节能管理作为重要的手段。公司实行了目标承包制， 将目标任务全部以承 包的方式下达到车间， 并与车间效益和个人收入紧密联系。由于明确了责权利， 公司上下成了一个利益 共同体， 因此每个员工都非常注意节约资源， 提高工效。以前各生产部门的机喂料消耗较大， 每月支出 将近 万元。 现在各生产部门强化维修责任意识， 变被动维修为积极预防， 同时将维修时将需要的 配件以旧换新， 安排专人验收登记， 现在机喂料费用降低了近 ， 节约资金的同时也节约了材料。 资源综合利用带动节能降耗 公司在不影响产品质量的前提下， 掺入邳州发电厂的粉煤灰生产水泥， 每年利用粉煤灰数万吨， 既 公司原来有粘土烘干系统， 现在公司进行了工艺改造， 停止烘干系统的运行， 建立大晒场， 并用页 料磨和水泥磨车间由三班改为两班制运作， 提高了谷电的用量， 降低了吨水泥的耗电成本， 每月节约电 能 源 研 究 与 利 用 年 第 期 利用了电厂的废弃物， 又降低了生产成本。 岩取代粘土进行生产， 这项改造节约了大量煤炭。 ? !1
基于AVR单片机的光伏系统充电器的设计
