为了更好地利用太阳能电池转换的电能，有效地延长蓄电池的使用寿命。本文首先分析、总结了太阳能电池板的电压、电流输出特性和蓄电池的充电过程，研究确定了带有最大功率点跟踪的三阶段充电法。然后分析了常用的最大功率点跟踪算法和直流变换电路，提出了用于MPPT的改进型扰动观测法及改进型BUCK电路。该充电方法和电路可以快速准确地跟踪到最大功率点，并减少电路中的功率消耗。最后，对控制器进行嵌入式C编程，实现带有最大功率点跟踪的蓄电池充电控制方法，并进行了充电过程的实验验证。 实验表明，提出的控制方法能够较快地跟踪到最大功率点，显著提高电能的利用率；三阶段充电过程可以有效延长蓄电池使用寿命，增加系统的使用时间。本控制方案简单可行，系统稳定，性能良好。 关键词 光伏发电系统，光伏电池，最大功率点跟踪，蓄电池充电方法 目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及目的 1
1.2 MPPT研究状况 1
1.3 本课题主要研究内容 1
2 太阳能光伏发电系统的组成与工作原理 2
2.1 太阳能光伏发电系统的构成 2
2.2 太阳能电池的输出特性 2
2.3 铅酸蓄电池的充电方法 3
2.4 充电电路的介绍 6
2.5 小结 7
3 最大功率点跟踪及其实现 9
3.1 最大功率点跟踪原理.. 9
3.2 最大功率点跟踪方法 9
3.3 MPPT充电电路 12
3.4 小结 13
4 光伏充电系统的设计与实现 14
4.1光伏充电系统硬件电路设计 14
4.2光伏充电系统软件设计 18
4.3光伏充电仿真与实验 21 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
r /> 4.4小结 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1 绪论
1.1 课题研究背景及目的
当今世界，能源逐渐紧缺，寻找一种新的廉价可再生能源代替石油等不可再生能源将成世界发展方向。地球每年都会接受巨大的太阳辐射能源。如果把这些能量变为电能的话可达6000TWh，可以为当前全世界用电量的35倍。所以太阳能发电对以后人类社会的发展具有不可代替的作用。如何利用好太阳能已成为未来社会一个重要的发展方向[ 1 ]。
太阳能普遍被认为有太阳能光伏和热能俩种。而太阳能光伏就是我们平时所说的利用太阳能发电。它是通过硅电池板接受阳光，然后经过转换电路把太阳能转换为电能，一部分可以直接供给负载，一部分可以存储在储能器件中供以后使用。而且太阳能是无穷无尽的[2]，如何更大限度的利用太阳能会是以后光伏技术发展的方向。
但光伏发电也存在一些问题：太阳能电池高成本和较低的转换效率。在光伏发电的过程中，往往后很大一部分能量直接损失掉而没有被很好的利用或存储起来，如何最大效率的使用太阳能，这在光伏发电系统研究的重要问题。长久以来，通过太阳能发电技术的探索，提出了最大功率点跟踪(MPPT)技术，这对光伏充电技术的发展具有很重要的作用。怎么设计一种适应对储能器件的充电方法将太阳能转换的能量最大化地保存起来中具有重大意义[3]。
1.2 光伏产业发展状况
早在三十多年前，许多发达国家就开始着手对太阳能发电技术的，并且投入大批资源建立光伏发电设备，加上对利用太阳能发电的提倡并制定各种优惠政策[4]，在这些国家利用光伏发电已经逐渐从个体小规模发展为区域大规模，太阳能发电技术在许多国家得到飞速的发展。而我国太阳能光伏发电开始较迟，科学技术水平也比较低。不过从2000年开始，由于政策的鼓励，我国的光伏发电技术迅猛发展，成为世界光伏市场和产业发展最快的国家之一。不过光伏发电的成本是常规发电成本的6～8倍。
1.3 MPPT研究状况
早期对MPPT的研究主要是利用光伏电池不同串并联连接方式，从而得到不同输出大功率。此后，两个基本MPPT方法：扰动法和电导增量法。前一种方法具有结构简单、参数少；而后者在外界环境变化时，拥有良好的动态跟踪性能。而他们共同的缺点就是跟踪步长固定，步长越小，系统要达到最大功率点的时间越长；步长过大，系统会在最大功率点处震荡。当系统工作在最大功率点，系统停止跟踪并稳定在这一点上[5]
随着技术和器件快速发展，人们将MPPT技术跟踪与变换器结合起来，用功率器件的导通与关闭来追踪最大功率点，其主要控制实现方法有：
(1) 通过微处理器控制 DC/DC 变换器中功率器件的导通占空比使光伏电池获得最大功率输出；
(2) 改变逆变器SPWM波的开关频率来调节光伏电池阵列输出电压从而实现最大功率点跟踪；
从MPPT技术的发展状况来看，它是以扰动法和电导增量法作为研究的方向[6]。两种控制方法都有优缺点，在不同的条件下可选择不同方法对其进行改良，得出最适合的跟踪控制方法。
1.4 本课题主要研究内容
本课题拟采用的研究手段和方法分以下三个步骤：
（1）查阅资料了解太阳能发电时电流电压的输出特性和蓄电池的充放电过程，探索带有MPPT技术的分段式充电方法，采用合适算法。
（2）分析常用的MPPT算法和变换电路，提出用于MPPT的改进型算法及改进型BUCK电路。
（3）进行软件调试，设计合适算法，利用MATLAB进行仿真实验，对充电过程进行评估测试，是否能符合所要求的实验结果，及时进行电路调试，已达到最佳实验结果。
2 太阳能光伏发电系统的组成与工作原理
2.1 太阳能光伏发电系统的构成
这个课题主要介绍独立发电系统，探索光伏发电系统给蓄电池充电的最佳方法，这个系统基本有三个部分：光伏电池，蓄电池和逆变器[7]。
独立光伏发电系统能够自己产生电能并直接提供给负载。比如利用太阳能发电的路灯系统。系统结构如图2.1所示。工作原理是：光伏电池受到光照产生能量直接供给电路工作，并将剩余能量给电池组充电，如果光伏电池没有提供足够的能量，就有蓄电池用储存的能量给负载供能；在没有太阳光照的的时候，光伏电池阵列不能提供足够的电能给负载，蓄电池组就放电给负载使用。
图2.1独立发电系统结构图
2.2 太阳能电池的输出特性
通过单晶硅原理，科学家获取了光伏电池的理论分析模型[8]，经简化分析[9]，可以得到光伏电池的基本工作模式。在了解短路电流、开路电压、温度和光照的条件后可以得到光伏电池的输出特性曲线[10]，如图2.2。
光伏电池的转换效率
：输出功率
与光照投射到电池表面上的功率
之比，其值取决于太阳能电池的工作点。通常采用太阳能电池的最大效率值作为其效率。
图2.2 太阳能电池的输出特性曲线
光伏电池输出特性并不是线性的，光照强度和环境温度都会对其特性产生影响。根据工程数学模型，在已知相应数据的基础上，光伏电池输出特性可以在不同环境下绘制，如图2.3和图2.4所示。



图2.3不同温度下光强度相同的输出特性曲线
图2.3是在不同的光照强度在不同的温度下，光伏电池的输出特性曲线。从图中可以得出，光照强度不变，温度降低，开路电压
上升，短路电流
降低，不过减弱的程度不如
。电池温度降低时，光伏电池的最大输出功率升高。光照强度和温度确定时有唯一的最大功率点。
图2.4为一样温度不一样光照下电池的输出曲线，从曲线可知，当温度一定，光照强度不断减弱时，
和
都降低了。不过
减弱的幅度没有
的大，所以光伏电池的短路电流
主要主受光照强度的影响。光照强度降低时，光伏电池的最大输出功率逐渐升高。光伏电池温度和光照强度一定时有唯一的峰值。

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