专利名称：最大功率跟踪式太阳能空调装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能电池应用领域，特别涉及一种太阳能空调装置。
背景技术：
太阳能空调可以无偿利用太阳能资源，減少常规能源消耗，而且季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而増大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致。然而作为提供太阳能空调电能的光伏电池其输出功率与日照強度及环境温度都有很大关系，从而呈现出明显的非线性关系，也就使得当前太阳能空调在光伏电池与空调负载之间驱动装置的输出功率较低，未能充分发挥光伏电池的功效。
发明内容本实用新型提供ー种最大功率跟踪式太阳能空调装置，对太阳能电池板进行MPPT最大功率跟踪，使其输出能量最大。为达到上述目的，本实用新型采取以下的技术方案最大功率跟踪式太阳能空调装置，包括提供输出电压给空调负载的主电路模块、控制电路模块、采样电路模块以及为控制电路模块和采样电路模块供电的辅助电源电路模块，采样电路模块对主电路模块中的输入电流、输入电压以及输出电压采样，采样信号传递至IJ基于MPPT控制算法产生PWM信号的控制电路模块，PWM信号再经控制电路模块处理后输出到主电路模块。上述太阳能空调装置在光伏器件和空调负载之间连接最大功率跟踪MPPT电路，获得最大输出功率，以充分发挥光伏电池的功效。最大功率跟踪的实现采用基于MPPT控制算法的软件与控制电路模块的硬件相结合的控制方法，在软件中实现与调节后基准Vref相对应的PWM信号，PWM信号经控制电路模块调理后得到实际的光伏电池电压基准输入到主电路模块，最后由主电路模块输出空调负载所需的直流电压。针对现有电カ资源不足的情况，在能量充足的情况下，仅靠太阳能变换为空调负载供电，若能量不足，则由220V市电进行补充，最終达到稳定供电的目的。因此上述技术方案还可以将220V市电输出端经PFC电路模块与空调负载连接。将太阳能电池板结合220V市电输入，恒压输出且范围可调。上述主电路模块包括太阳能电池板和由逆变电路、变压器和整流电路构成的DC/DC转换器，太阳能电池板的输入电压端与逆变电路连接，逆变电路与变压器对应连接，整流电路的的输出电压端与空调负载连接。太阳能电池板输出直流电通过逆变电路变换后输出交流，经过变压器后送入整流电路，最終输出直流电提供给空调负载。上述控制电路模块包括PWM控制器，MCU、稳压器的电压输出端均作用于PWM控制器CS+端，MCU与采样信号的输出端对应连接，PWM信号经调理电路、保护电路、PI调节器输入至PWM控制器，再经变压器输出至主电路模块的逆变电路。在软件中实现变步长扰动观察法控制算法，并在硬件MCU内部完成，得到与调节后基准Vref相对应的PWM信号，PWM信号经MCU、PWM控制器通过调理电路调理后得到实际的光伏电池电压基准。主电路模块中逆变电路采用移相全桥电路，调理电路主要完成对软件生成PWM信号的整流滤波，得到一直流信号与光伏电池电压相减，误差信号经PI调节器进入PWM控制器，经变压器输出移相全桥电路所需的移相控制角到逆变电路。空载或轻载情况下保护电路工作于打嗝状态，即保护电路不起作用，电路完全属于开环工作情况，当输出电压超出设定保护值，保护电路起作用，关闭驱动，等到输出电压下降到阈值以下，保护电路退出，驱动重新开启。稳压器输出的H_UVP以及MCU输出的UVP均作用于PWM控制器的CS+端，，当CS+端电压高于2. 5V，可以导致PWM控制器关断输出。本实用新型组合式太阳能空调系统结构简単，效率高，功率因数高，能使电源效率提闻，并具有输出稳定的优点。
图I是本实用新型的控制框图；图2为本实用新型的主电路模块电路图；·图3为本实用新型的控制电路模块电路图；图4为本实用新型的辅助电源模块电路图；图5为本实用新型的采样电路模块电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型内容作进ー步说明。如图I所示，本实用新型由主电路模块、控制电路模块、采样电路模块、辅助电源电路模块、PFC电路模块以及空调负载构成。主电路模块包括太阳能电池板，太阳能电池板的输入电压PV+、PV-经DC/DC转换器输出直流电压DC+、DC-至空调负载；220V市电输出端经PFC电路模块与空调负载；控制电路模块包括PWM控制器、MCU和稳压器；采样电路模块对主电路模块中太阳能电池板的输入电流Iin+、输入电压PV+以及输出电压DC+米样,米样信号传递至控制电路模块中的MCU，MCU通过于MPPT变步长扰动观察法控制算法实现最大功率跟踪从而产生PWM信号，MCU、稳压器的电压输出端均作用于PWM控制器CS+端起到电路保护作用。PWM信号经PWM控制器处理后驱动DC/DC转换器并最终输出直流电压DC+、DC-给空调负载。辅助电源电路提供+5V、+15V电压给PWM控制器，提供+5V电压给MCU，提供+15V、-15V给采样电路模块。如图2所示，太阳能电池板J2p输出直流电PV+、PV-通过由Qlp，Q2p，Q3p，Q4p，Q5p，Q6p，Q7p，Q8p，D2p，D3p，D9p，DIOp构成移相全桥电路的逆变电路变换后输出交流，再经过变压器T3p后送入由D5p，D6p，D7p，D8p构成的整流电路，最终输出直流电压DC+、DC_提
供给空调负载。如图1、3所示，最大功率跟踪策略的实现采用软件与硬件相结合的控制方法，在软件中实现变步长扰动观察法控制算法，得到与调节后基准Vref相对应的PWM信号，PWM信号经硬件调理后得到实际的光伏电池电压基准。移相全桥电路采用PWM控制器的主芯片为UC3875控制芯片。MPPT控制算法在采用MCU的主芯片为IC ATmega8_16AI内部完成，由UlcA, UlcB构成的调理电路主要完成对软件生成PWM信号的整流滤波，得到直流信号与光伏电池电压相减，误差信号经由D9c，UlcC, R7c，R15c，C13c构成的PI调节器进入UC3875，输出OUTA-OUTD再经变压器Tlc，T2c，可得到移相全桥电路所需的移相控制角。空载或轻载情况下由UlcD，D12c构成的保护电路工作于打嗝状态，即保护电路不起作用，电路完全属于开环工作情况，当输出电压超出设定保护值，保护电路起作用，关闭驱动，等到输出电压下降到阈值以下，保护电路退出，驱动重新开启。稳压器主芯片为TL431AIZ所在电路输出的H_UVP以及控制芯片IC ATmega8-16AI输出的UVP均作用于UC3875的CS+端，当CS+端电压高于2. 5V，可以导致UC3875关断输出。C18c，R26c控制0UTA、B死区，C19c，R27c控制OUTC、D死区，C20c, R28c确定开关频率。如图3、4所示，霍尔电流传感器Tla控制IC ATmega8_16AI，UC3875，运放，光耦等供电均由辅助电源电路提供，辅助电源电路主芯片为UC3844，7脚为供电脚，电路启动时，对C16a充电，即为芯片UC3844供电，稳定后则有C15a供电，6脚控制管子Qla，8脚和4脚确定芯片3844内部振荡频率，R3a，R4a采变压器原边电感电流，经滤波后送入UC3844的3脚，如果电压超过IV，PWM锁存器将封锁脉冲，对电路启动过流保护。辅助电源电路提供+5V 电压，±15V电压。辅助电源电路提供+5V、+15V电压给UC3875控制芯片，提供+5V电压给ICATmega8-16AI控制芯片，提供+15V、-15V给采样电路模块。如图5所示，太阳能电池板输入电压经两级光耦隔离，两级运放采样进ICATmega8-16AI23脚；主电路输出电压同理进IC ATmega8_16AI 24脚；主电路输入电流，经RDls转电压信号，再经两级运放进IC ATmega8-16AI 25脚。
权利要求1.最大功率跟踪式太阳能空调装置，其特征是包括提供输出电压给空调负载的主电路模块、控制电路模块、采样电路模块以及为控制电路模块和采样电路模块供电的辅助电源电路模块，所述采样电路模块对主电路模块中的输入电流、输入电压以及输出电压采样，采样信号传递到基于MPPT控制算法产生PWM信号的控制电路模块，所述PWM信号再经控制电路模块处理后输出到主电路模块。
2.如权利要求I所述的最大功率跟踪式太阳能空调装置，其特征是220V市电输出端经PFC电路模块与空调负载连接。
3.如权利要求I或2所述的最大功率跟踪式太阳能空调装置，其特征是所述主电路模块包括太阳能电池板和由逆变电路、变压器和整流电路构成的DC/DC转换器，所述太阳能电池板的输入电压端与逆变电路连接，所述逆变电路与变压器对应连接，所述整流电路的的输出电压端与空调负载连接。
4.如权利要求3所述的最大功率跟踪式太阳能空调装置，其特征是:所述控制电路模块包括PWM控制器，MCU、稳压器的电压输出端均作用于PWM控制器CS+端，MCU与采样信号的输出端对应连接，PWM信号经调理电路、保护电路、PI调节器输入到PWM控制器，再经变压器输出到主电路模块的逆变电路。
5.如权利要求I或2所述的最大功率跟踪式太阳能空调装置，其特征是所述MPPT控制算法为变步长扰动观察法控制算法。
专利摘要本实用新型提供一种最大功率跟踪式太阳能空调装置，对太阳能电池板进行MPPT最大功率跟踪，使其输出能量最大。最大功率跟踪式太阳能空调装置，包括提供输出电压给空调负载的主电路模块、控制电路模块、采样电路模块以及为控制电路模块和采样电路模块供电的辅助电源电路模块，采样电路模块对主电路模块中的输入电流、输入电压以及输出电压采样，采样信号传递到基于MPPT控制算法产生PWM信号的控制电路模块，PWM信号再经控制电路模块处理后输出到主电路模块。本实用新型提供一种结构简单，效率高，功率因数高，能使电源效率提高，并具有输出稳定的组合式太阳能空调系统。
文档编号H02N6/00GK202435314SQ20122000784
公开日2012年9月12日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者宋香荣, 张先勇, 舒杰 申请人:中国科学院广州能源研究所