基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统

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  • 太阳能是一种清洁高效的可再生能源。在阳光充足的白天,屋顶的光伏电池将太阳能转化成电能,供人们在夜晚使用。据专家预测,到2040年,全球的光伏发电量将占世界总发电量的26%,2050年后将成为世界能源的支柱。太阳能路灯以太阳光为能源,不需要铺设复杂的管线,安全节能无污染。白天利用太阳光给蓄电池充电,晚上蓄电池提供能量带动路灯工作。路灯的关/开过程采用光控,采用最大功率跟踪技术,最大程度的吸收太阳能,提高太阳能光电池的效率,以降低路灯系统的成本。最大功点跟踪(Maximum Power PointTracking,MPPT)系统是一种通过调节电气模块的工作状态,使光伏板能够输出更多电能的电气系统。

      1 硬件组成

      太阳能路灯控制系统的组成如图1所示。

    基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统案例分析

      1.1 Buck电路及其驱动电路

      Buck电路工作原理是通过斩波形式将平均输出电压予以降低,可以将输入接在光伏电池输出端,通过调节其输出电压来达到调节负载之目的,以保持光伏阵列输出电压在其最大功率点的电压和电流处。这里控制目标是输出功率为最大,调节手段是改变开关管的开通占空比。由于光伏阵列的软特性,并不是简单的增大开关管占空比就能增大光伏阵列输出功率。当Buck电路负载为蓄电池时,其构成了蓄电池充电电路,将蓄电池直接接在Buck电路的输出端,通过调节蓄电池的端电压实现蓄电池的充电控制,使用单片机智能控制方法,可以实现蓄电池的智能化充放电控制。

      Buck电路为主电路,如图2所示,太阳能光伏阵列输出额定电压为35 V,输出额定电流为4.65 A,蓄电池额定电压为24 V,开关频率为80 kHz。电路工作在电流连续模式时电感量:

    基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统案例分析

      式中Ui为太阳能光伏电池输出电压;D为PWM脉冲占空比;f为开关频率;k为k=△I/2Io;△I为纹波电流;Io为负载上的输出电流。

    基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统案例分析

      允许的纹波电流△I越小,即k越小,电感L越大,电流纹波越小,可以选择较小的滤波电容;反之,电感L较小,但电容较大。一般选取k=0.05~0.1。

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