电子工程师

微电子与基础产品　Vol.27No.9　2001

不管是开路还是短路,太阳能板所接受的辐射能,最终会由于无法输出而内耗在电池板上,从而导致电池板上热量增加、效率下降。只有当太阳能板输出为最大时,由内部电路引起的功耗才会降到最低。

或最大充电电流。现分析影响充电电流的各种因素:

(1)PWM调整参数K;

(2)太阳能蓄电池的输出功率PI,也就是DC-DC变换器的输入功率。

PI=P〔N(t),K〕

(12)

5　光伏发电系统的结构

提高光伏发电系统的效率,既要提高光伏电池

板转换效率,还要考虑负载与光伏电池的功率匹配及中间转换电路等有关因素。(8)式中前三项是不可避免的,它只能通过材料和工艺来得到改善。在本文中我们力图通过功率匹配来降低前两项的功耗提高光伏发电系统的效率。

图4是具有最优化效率跟踪的光伏发电系统原理框图。针对蓄电瓶为负载对象,把充电时间最短或充电电流最大作为最优化效率跟踪模型的寻求目标。

图中控制器是一个由单片机来控制的智能系统,光伏发电系统直流输出经电流采样、A/D变换后送入控制器,控制器采用使电流最大化优化模型和优化算法,运算后以PWM信号输出,调整输出电压,改变充电电流,实现发电系统最佳功率点的跟踪。当负载蓄电瓶电压上升时,算法会自动调整让发电系统工作在当前的最佳状态;当太阳光发生变化时,系统也会自动调整输出电压,让发电系统工作在

最佳状态。

其中N(t)为随时间变化的光照能量,相应的电压和电流为VI、II。即

N(t)=C1VI(t)õII(t)

(13)

(3)整个发电系统的变换效率G,它与材料、线路设计有关,制作完毕后较难改变。但PWM调整变量K对它有一定影响。因此

G=G(k)

(14)

(4)蓄电池充电电压U(t)的影响。某一时刻t的电流可以表示成

I(t)=I(K,P(N(t),k),G(k),U(t))那么,求最大充电电流问题的数学模型为

MAXI(t)=I〔K,P(N(t),k),G(k),U(t)〕

(16)服从:

0<VI<Voc　　　(Voc:开路电压)K0≤K≤KⅡ(芯片的PWM调整范围)

(U′:蓄电池不发生过充电的U≤U′

限定值)

0<II<Isc(Isc:短路电流)

在上述过程中,在某一时刻不改变光伏电池串并联结构,P(N(t),t)特性曲线基本确定,只要能测出即可。蓄电池充电电压U(t)亦同样。所以上述问题简化为单变量优化问题。即在某一时刻,K使

I〔K,G(k)〕→max

服从:

0<VI<V∞K0≤K≤KⅡU≤U′0<II<Isc

可以采用梯度法求解,也可以令

=0(18)(17)(15)

图4　最优化效率跟踪光伏发电系统原理图

6　优化效率模型

假设太阳能充电系统在某一时刻t蓄电池容量

为Q(t)、充电电流为I(t)。那么,蓄电池充电公式为

Q(t)=Q0+

I(t)dt∫

21

tt

(9)

Q0为蓄电池原有电量,若充放电同时进行,则

Q(t)=Q0+

I(t)dt-∫I(t)dt∫

i

21

tt

tt

F

(10)

1

其中IF为放电电流。现仅研究最快充电问题

Qz(t)=

若式(18)有解,可直接求解得到优化参数K。

这时充电量

$Q=

I〔k,G(k(t),t)〕dt→max∫

21

∫

21

tt

tt

I(t)dt(11)

(19)

从上式可以看到,在蓄电池容量或其它选定时,

求最高充电效率问题可以转化为求最短充电时间,图5表示某一时刻PWM调整变量K与电流I之间的关系。