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閱讀:45發(fā)布時(shí)間:2025-3-17
在尋找清潔能源方面,盡管太陽能發(fā)電給人們帶來了諸多驚喜,但是一塊典型太陽能電池板只能將約20%至30%的可用光源轉(zhuǎn)化為電能。為了限度獲取太陽能,峰值功率跟蹤控制器被用來提高整體系統(tǒng)效率和可靠性。峰值功率跟蹤器(MMPT)電路內(nèi)置于高效率的充電控制器中,通過動(dòng)態(tài)地查找和利用功率點(diǎn)(MPP)來實(shí)現(xiàn)可用功率的。
在某些應(yīng)用中,MPPT控制器可以提高多達(dá)50%的總可用功率。MPPT充電控制器由一個(gè)DC/DC buck/boost轉(zhuǎn)換器和一個(gè)嵌入式微處理器構(gòu)成。由于任何時(shí)間點(diǎn)的功率(Pmax=VI)取決于不斷變化的天氣情況,比如陽光(多云、陰天和雨天)和氣溫等,所以控制器不斷進(jìn)行計(jì)算,以便讓太陽能電池板的電壓和電流輸出能夠滿足電池的充電要求。
通過對兩個(gè)系統(tǒng)的性能進(jìn)行評價(jià)可以看到它們間的差別:一個(gè)系統(tǒng)采用簡單的充電控制器,另一個(gè)系統(tǒng)采用MPPT控制器。在使用簡單充電控制器的系統(tǒng)中采用了一塊功率為200 W的12 VDC太陽能電池板。該太陽能電池板的規(guī)格表列出的標(biāo)稱輸出電壓是12 VDC,但實(shí)際電壓通??梢栽?/span>16 VDC至20 VDC之間變動(dòng),只有在陽光非常充足的時(shí)候才能達(dá)到電壓。太陽能電池板被特意設(shè)計(jì)為具有產(chǎn)生超過其額定電壓的能力。根據(jù)充電狀態(tài)的不同,一節(jié)12 V可充電電池的電壓可在10 VDC至13.5 VDC之間變動(dòng)。通過簡單的充電控制器或者甚至是PWM充電控制器連接到太陽能電池板的電池接收到的始終是12 VDC信號。無論溫度、充電時(shí)間和/或電池容量發(fā)生什么變化,該控制器的輸出電壓都不會(huì)改變。盡管這種簡單的控制器也能夠完成對電池的充電工作,但由于沒有考慮到系統(tǒng)功率點(diǎn)的持續(xù)變化,所以它采用的充電方式效率很低。
而采用MPPT系統(tǒng)時(shí),控制器的輸出電壓取決于電池狀態(tài)和太陽能電池板所獲取的能量這兩個(gè)因素。太陽能電池板在電壓-電流曲線上有一個(gè)峰值點(diǎn),該峰值點(diǎn)就是功率點(diǎn)。隨著MPP的變化,控制器會(huì)對其進(jìn)行跟蹤并將其與電池的充電水平進(jìn)行比較,以便確定電池安全充電所需的電壓。確定電壓可以讓控制器實(shí)現(xiàn)的輸出電流。當(dāng)電池電壓升高時(shí),控制器會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié),以便確保充電電壓始終稍高于電池電壓。如果不能在功率時(shí)的電壓條件下對電池進(jìn)行充電,那么系統(tǒng)的效率就會(huì)降低。輸出功率的增大讓設(shè)計(jì)工程師們可以在他們的應(yīng)用中使用尺寸更小的太陽能電池板。
該系統(tǒng)中的DC/DC轉(zhuǎn)換器能夠在buck或boost拓?fù)錉顟B(tài)下工作。如果所采集的電壓高于電池電壓,就會(huì)使用降壓拓?fù)?,?dāng)所采集的電壓低于電池電壓,就會(huì)使用升壓拓?fù)洹T谏龎和負(fù)渲?,電壓的升高?huì)導(dǎo)致電流的降低。較低的充電電流就會(huì)延長充電時(shí)間。但是,它卻能夠保證在光照不足的天氣條件下對電池進(jìn)行充電。
有多家銷售商為在客戶解決方案中實(shí)現(xiàn)MPPT算法提供了各種不同的集成電路。Texas Instruments公司提供了TMS320F2833xx系列的數(shù)字信號控制器。Linear Technology公司的LT3652控制器也可以相似的功能。而Xantrex公司生產(chǎn)的XW系列充電控制器則提供了完整的開箱即用的MPPT控制器解決方案。除了提高效率,太陽能供電系統(tǒng)中使用的MPPT控制器還具有其他優(yōu)點(diǎn)。由于在光照很少的天氣情況下也能夠采集和儲(chǔ)存能量,避免了電池深度放電的情況。這種控制器內(nèi)建過充電保護(hù)功能,有助于延長電池壽命,同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性。然而,MPPT算法的好處仍然是效率的提高,在某些系統(tǒng)中的效率可高達(dá)99%。
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