专利名称：一种太阳能电池板最大输出功率控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能光伏电池控制技术，特别涉及一种太阳能电池板最大输出功率控制装置。
背景技术：
随着能源问题和环境问题的日益突出，作为清洁能源的太阳能越来越受到重视。 近年来，太阳能光伏发电的研究和应用有了突飞猛进的增长，成为新能源的研究热点之一。 目前制约太阳能光伏发电系统进一步发展因素主要有高昴的制造成本和较低的转换效率。 众所周知，太阳能电池板存在一个最大输出功率点，为有效地利用太阳能，必须对太阳能电池板进行最大功率点跟踪，即在不同温度和光照条件下，太阳能电池板始终能够输出最大功率。目前市场已存在太阳电池板最大功率控制装置，但大多数采用模拟电路构造而成，这类控制装置，虽然价格较为便宜，但实现较为复杂，可靠性存在一定的挑战；而且一种控制装置一般只能实现一种简单的跟踪算法，比方说恒定电压法，其跟踪效果较差。目前最大输出功率跟踪算法已呈现精确化、复杂化趋势，比方说模糊控制法、神经网络法，采用模拟控制装置已很难实现如此复杂的跟踪算法；而且由一种跟踪算法更新为另外一种跟踪算法对于模拟系统来说往往意味着重新设计。随着微电子技术和集成电路制造工艺的不断发展，电子器件的价格有了大幅下降，以微处理器为核心的嵌入式数字系统实现太阳能电池板最大输出功率控制显得更加经济高效。
发明内容针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于微处理器的最大输出功率控制装置，本装置可以用于太阳能电池板最大输出功率跟踪控制，以实现对太阳能的有效利用。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，其包括太阳能电池板， 检测电路，DC-DC变换器，控制器，直流负载，所述检测电路与所述控制器相连，所述控制器与所述DC-DC变换器相连。优选的，所述太阳电池板与所述检测电路相连。优选的，所述检测电路包括一电流传感器，一电压变换电路，一模数转换芯片。优选的，所述DC-DC变换电路为升压电路(Boost)，其包括一开关管，一储能电感，
一二极管，一滤波电容。优选的，所述直流负载包括一蓄电池，一 LED阵列；蓄电池与DC-DC变换器输出端连接，还与稳压电路输入端和LED阵列相连接。 优选的，所述控制器为单片机芯片。 优选的，所述控制器通过驱动隔离电路与所述DC-DC变换器相连；所述控制器还与稳压电路相连；所述控制器还与显示装置相连；所述控制器还与在线可编程模块(ISP) 相连。上述技术方案有如下有益效果该方案可以实现在不同光照和温度条件下，太阳能电池板始终能够输出最大功率，实现太阳能的有效利用。系统采用微处理器实现，使得设计和维护都十分方便，特别是系统支持ISP下载功能，使得不用拔插芯片就能实现算法更新。由于采用数字电路设计，可靠性、稳定性也有较大幅度的提高。总之系统具有性价比高， 设计维护方便，工作稳定可靠的优点。上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可以依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1为本实用新型实施例结构示意图。图2为本实用新型实施例DC-DC变换器及负载电路图。图3为本实用新型实施例检测电路图。图4为本实用新型实施例驱动隔离电路图。图5为本实用新型实施例稳压电路图。图6为本实用新型实施例电导增量法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细介绍。如图1所示，本实用新型一种太阳能电池板最大输出功率控制装置包括1太阳能电池板，2DC-DC变换器，3直流负载，4检测电路，5驱动隔离电路，6稳压电路，7ISP下载电路，8控制器，9显示装置。太阳能电池板与DC-DC变换器相连，DC-DC变换器与直流负载相连。太阳能电池板经检测电路与控制器相连，控制器经驱动隔离电路与DC-DC变换器相连。 蓄电池经稳压电路与控制器相连。控制器还与显示装置、ISP下载电路相连。太阳能电池板吸收太阳光并将其转换为电能，经DC-DC变换器向负载提供电能， 为保证太阳能电池板始终能够输出最大功率，检测电路不断实时地检测太阳能电池板的电压值和电流值，并计算出功率，根据控制器内置控制算法，计算下一次调整占空比信号，经驱动隔离电路形成PWM信号，送DC-DC变换器执行，以改变负载的等效电阻，使其与太阳能电池板内部电阻相匹配，以保证太阳能电池板输出最大功率。如图2所示，本实用新型实施例DC-DC变换器为升压式(Boost)变换电路，它包括一开关S、一二极管D1、一储能电感Ll和一滤波电容C4组成。当开关S导通时，电源向电感储存能量，电感电流增加，二极管截止，电容向负载供电。当开关S截止时，电感电流减小，释放能量，由于电感电流不能突变，产生感应电动势，迫使二极管导通，并与电源一起经二极管向负载供电，同时向电容充电，输出电压大于输入电压。这种变换器适用于蓄电池电压高而太阳能光伏输出电压低的情况。如图2所示，太阳能电池板所带负载包括一蓄电池和一 LED阵列。加入蓄电池用于存储电能，以便随时利用；选择LED阵列作为其直流负载，主要考虑其呈现阻性，并能直观地反映出负载吸收功率的变化。在蓄电池和直流负载之间加入一二极管D2防反冲，加入一开关Sl便于系统控制。如图3所示，本实用新型实施例的检测电路包括一电流传感器，一电压比例变换电路，一 AD转换芯片。为实时检测太阳能电池板电压信号和电流信号，需要首先将电流信号经电流传感器转换为电压信号。之后再将电流转换后的电压值和太阳能电池电压信号经电压比例变换电路变换到AD转换芯片所能接收的范围，分别送AD转换芯片TLC2543通道 0和通道1，经AD转换芯片将太阳能电池板电流信号和电压信号转换为数字信号之后送单片机。TLC2543和单片机之间数据通信采用的是串行通信的方式，只要进行四条信号线的连接即可，分别为片选信号CS，时钟信号CLK，数据移出Dout，数据移入Din。如图4所示，本实用新型实施例驱动隔离电路包括驱动电路和隔离电路。单片机 I/O端口送出信号经电阻R6接驱动三极管Ql的基极，Ql的三极管的集电极经电阻R7接电源VCC，Ql的发射极直接接地。驱动信号经放大后作为光电隔离电路的输入。光电隔离电路由光电隔离装置U2，和限流电阻R8、R9组成，光电隔离装置输出信号PWM调制信号作为 DC-DC变换器开关管S的控制信号。如图5所示，本实用新型实施例稳压电路包括稳压芯片7805，防反充二极管D3、 D4，输入侧滤波电容C5、C6，其中C5为电解电容，输出侧滤波电容C7、C8、C9其中C8为电解电容。控制器电源由蓄电池提供，由于蓄电池电压不够稳定且和单片机系统电源电压有一定的差别，所以要采用7805稳压芯片进行稳压，保证其输出电压可供数字系统使用。为保证稳压效果以及使输出电压具有更好的稳定性，所以对稳压芯片的输入端和输出端均进行了滤波。稳压输出的5V直流电为控制器及与其相连的ISP下载电路、显示装置提供电源。本实用新型实施例的控制器为一单片机，芯片选择AT89S52。为使单片机工作，需要建立单片机最小系统，其中包括时钟电路、复位电路、内外程序存储器选择控制。控制器由稳压电路提供电源，与检测电路相连接收电压电流信号，与驱动电路相连提供占空比控制信号。为显示控制装置实时信息，该控制器还需连接显示装置；为能够在线下载程序，该控制器还需连接ISP下载电路。显示装置由四位共阳数码管组成，其中段选数据线直接和单片机一组I/O端口相连，位选数据线经驱动芯片ULN2003A和单片一组I/O端口相连。显示控制采用循环扫描的方式进行，即逐一点亮一位数码管，并高速切换，由于人眼的视觉停留特性，使其看上去好像四个数码同时稳定显示。ISP下载电路是为实现控制器不用取下芯片即可在线下载程序功能。ISP下载电路实际上是将单片机相关引脚连接到ISP下载接口，主要有MOSI，SCK, RESET, MISO, VCC, GND六个信号。使用时将ISP下载接口接支持ISP功能的编程器，并运行相关软件即可完成下载功能，此功能十分便于控制算法更新，系统维护升级。如图6所示，本实用新型太阳能电池板最大输出功率控制算法采用的是电导增量法。图中Un、In为本次采样值，Un_” Ilri为上一次采样值，dU = 0、dl = 0条件在实际使用中经常用一个小的阈值来代替为0的条件。电导增量法是通过比较输出电导的变化量和瞬时电导值的大小来决定参考电压变化的方向。根据工作点与最大功率点的位置关系，具体分析如下(1)假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功率点的左侧时，此时有dP/dU > 0即dl/dU > -Ι/υ，说明参考电压应向着增大的方向变化。(2)同理，假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功率点的右侧时， 此时有dP/dU < 0，dl/dU < -I/U，说明参考电压应向着减小的方向变化。(3)假设当前光伏阵列的工作点位于最大功率点处(附近)，此时将有dP/dU = 0，此时参考电压将保持不变，也即光伏阵列工作在最大功率点上。 以上对本实用新型实施例所提供的一种太阳能最大输出功率控制装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对实用新型的限制，凡依本实用新型设计思想所做的任何改变都在本实有新型的保护范围之内。
权利要求1.一种太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，其包括太阳能电池板，检测电路，DC-DC变换器，控制器，直流负载；所述检测电路与所述控制器相连，所述控制器与所述DC-DC变换器相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，所述检测电路与所述太阳能电池板相连。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，所述检测电路包括，一电流传感器，一电压变换电路，一模数转换芯片。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，所述 DC-DC变换电路为升压电路(Boost)，其包括一开关管，一储能电感，一二极管，一滤波电容。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，所述直流负载包括一蓄电池，一 LED阵列；蓄电池与DC-DC变换器输出端连接，还与稳压电路输入端和LED阵列相连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，所述控制器为单片机芯片。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池板最大输出功率控制装置，其特征在于，所述控制器通过驱动隔离电路与所述DC-DC变换器相连；所述控制器还与稳压电路相连；所述控制器还与显示装置相连；所述控制器还与在线可编程模块(ISP)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能电池板最大输出功率控制装置，其包括太阳能电池板，检测电路，DC-DC变换器，控制器，直流负载，所述检测电路与所述控制器相连，所述控制器与所述DC-DC变换器相连。该装置通过实时采样太阳能电池板输出功率，计算并调整DC-DC变换器占空比，改变负载吸收功率，使太阳能电池板始终输出最大功率，实现太阳能的有效利用。该系统具有性价比高，设计维护方便，工作稳定可靠的优点。
文档编号H02J7/00GK201966666SQ20112012328
公开日2011年9月7日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者黄克亚 申请人:黄克亚