基于AVR單片機(jī)的光伏系統(tǒng)充電器的設(shè)計(jì)

1、 本文由刨根問(wèn)底貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 研究與探討 基于 單片機(jī)的光伏 系統(tǒng)充電器的設(shè)計(jì) 任柱 ， 吳捷 ， 張淼 ， 陳思哲 （ 華南理工大學(xué)電力學(xué)院， 廣東 廣州 ； 廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院， 廣東 廣州 ） 摘要： 文章分析了光伏陣列輸出能量特點(diǎn)和蓄電池充電特點(diǎn)， 提出了一種新的控制方法， 并 設(shè)計(jì)出基于 單片機(jī)的光伏系統(tǒng)充電控制器。試驗(yàn)證明該控制器在充分利用光伏陣列能量 同時(shí)能提高蓄電池充電效率， 較理想地實(shí)現(xiàn)了對(duì)光伏系統(tǒng)中儲(chǔ)能蓄電池的充電控制。 關(guān)鍵詞： 光伏系統(tǒng)； ； 單片機(jī)； 控制策略 ： ， ， ： ； ； ；

2、 中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 文章編號(hào)： （） 引言 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中常需要儲(chǔ)能裝置， 目前大多 加大。 正是由于光伏電池本身輸出的非線性， 傳統(tǒng)的 蓄電池充電方法如恒流、 恒壓、 脈沖等單一的充電方 法很難適應(yīng)于光伏系統(tǒng)充電控制器。 數(shù)光伏系統(tǒng)中的儲(chǔ)能裝置通常為閥控式鉛酸蓄電 氣候的變 池。由于光伏陣列的輸出能量隨著晝夜、 化是不斷變化的， 因此在光伏系統(tǒng)中蓄電池的充放 電控制器也與一般系統(tǒng)中充放電器有很大的不同。 本文設(shè)計(jì)的充電控制器能充分利用太陽(yáng)能陣列輸 出能量， 提高蓄電池的充電效率， 延長(zhǎng)蓄電池的使 用壽命。 本文通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏陣列輸出電壓、電流以 及蓄電池的電壓、 電流、 容量等

3、值作為控制對(duì)象來(lái)對(duì) 光伏系統(tǒng)中蓄電池充電過(guò)程進(jìn)行控制。整個(gè)充電過(guò) 程可以分為三個(gè)部分： 充電控制， 恒壓充電控 制及浮充控制。 能 源 研 究 與 利 用 年 第 期 光伏系統(tǒng)充電控制策略 光伏系統(tǒng)充電的特點(diǎn) 光伏電池所發(fā)功率取決于照射到其表面的太 最大功率點(diǎn)跟蹤（）充電 白天陽(yáng)光充足， 此時(shí)通過(guò)夜晚的放電， 蓄電池的 陽(yáng)輻射量。由于受到當(dāng)?shù)鼐暥取?經(jīng)度、 時(shí)間、 空氣狀 態(tài)及氣象條件等各種因素的影響， 光伏電池的輸出 短 開(kāi) 最大功率點(diǎn) 、 路 電 流 、 路 電 壓 隨 著 溫 度、 光照強(qiáng)度等因素不斷地變化。實(shí)驗(yàn)表明， 光伏電 池發(fā)出的功率隨溫度的上升而下降， 隨光強(qiáng)增加而 容量下降，

4、充電接受能力強(qiáng)， 考慮充分利用光伏陣列 的輸出能量對(duì)蓄電池進(jìn)行充電， 也就是實(shí)現(xiàn) 充電。太陽(yáng)能 控制的基本原理類似于線性電 路輸出最大功率的求取， 其策略是實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏陣 列輸出功率， 采用一定的控制算法預(yù)測(cè)當(dāng)前工作狀 ? ? 研究與探討 況下陣列可能的最大功率輸出， 然后通過(guò)改變輸 出電流從而改變陣列的輸出端電壓達(dá)到最大功率 的輸出， 實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。目前對(duì)光伏系統(tǒng)中 電 最 算法很多， 有擾動(dòng)觀察法 、 導(dǎo) 增 量 法 、 優(yōu) 梯度法、 糊邏輯法、 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法。本文采 模 神 用的是一種改進(jìn)的變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀察法。初期采 用 較 大 的 步 長(zhǎng)， 能 迅 速 地 跟 蹤 到 最 大 功

5、 率 點(diǎn) 附 近 ， 然后改變步長(zhǎng)采用較小的步長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行最大功率點(diǎn) 跟蹤， 該方法克服了單一步長(zhǎng)的缺點(diǎn)， 能根據(jù)實(shí)時(shí) 的狀況改變步長(zhǎng)， 快速準(zhǔn)確地跟蹤最大功率點(diǎn) 任柱等， 基于 單片機(jī)的光伏系統(tǒng)充電器的設(shè)計(jì) 圖 充電器硬件框圖 采樣電路（ 各傳感器） 采樣回來(lái)的信號(hào)輸入單片 機(jī) 進(jìn)行處理， 處理完輸出充電控制 信 號(hào) 經(jīng) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 放 大 來(lái) 控 制 電 路 開(kāi) 關(guān) 管 的 占空比， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤、 充電控 制及過(guò)程轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)采用的 單片機(jī)具有高 性能、 低功耗、 高性價(jià)比等突出優(yōu)點(diǎn)， 其內(nèi)部還集成 了大容量的存儲(chǔ)器和強(qiáng)大的硬件接口電路。 試驗(yàn)采用 塊太陽(yáng)能板， 考慮到

6、蓄電池充電參 數(shù)要求及太陽(yáng)能板輸出電壓和電流的情況， 將 塊 電池分為兩組， 每組 塊串聯(lián)， 兩組之間并聯(lián)。安裝 方向： 朝南。使用的蓄電池為沈陽(yáng)松下閥控式密封 鉛酸蓄電池 ， 每節(jié)規(guī)格為 。試 驗(yàn)采用諒解電池串聯(lián)作為一組。恒壓充電電壓為 。 在 充 電 環(huán) 節(jié) 中 還 補(bǔ) 充 一 限 流 環(huán) 節(jié) ， 防 止 充 電電流過(guò)大造成電池溫度過(guò)高， 對(duì)蓄電池造成損 傷。 恒壓充電 在使用最大功率點(diǎn)跟蹤充電過(guò)程中， 當(dāng)蓄電池 的端電壓超過(guò)過(guò)充所設(shè)定的閥值時(shí)， 此時(shí)需要轉(zhuǎn)換 充電方式， 采用恒壓充電。此階段蓄電池的充電電 流將隨著其電動(dòng)勢(shì)的升高而逐漸減小， 蓄電池溫度 降低， 從而改善了蓄電池的工作條件

7、， 提高充電效 率。 浮充 在恒壓充電階段的后期， 充電電流已經(jīng)很小， ， 浮充電壓根據(jù)溫度補(bǔ)償公式計(jì)算為 ， 負(fù)載采用 白熾燈。充電過(guò)程中蓄電池的端電 壓數(shù)據(jù)測(cè)得如表 。 表 蓄電池充電過(guò)程端電壓數(shù)據(jù) 蓄電池的容量基本接近充滿， 此時(shí)可對(duì)蓄電池進(jìn) 行浮充處理。 為在蓄電池一旦接近全充滿時(shí)， 其 因 內(nèi)部的活性物質(zhì)大部分已經(jīng)恢復(fù)成原來(lái)的狀態(tài)， 這時(shí)為了防止過(guò)充， 采用比正常充電更低的充電 電壓進(jìn)行充電， 浮充電壓根據(jù)蓄電池的實(shí)際要求 能 源 研 究 與 利 用 年 第 期 時(shí)刻 端電壓 時(shí)刻 端電壓 時(shí)刻 端電壓 時(shí)刻 端電壓 ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ：

8、 ： 設(shè) 定 ， 通 常 需 要 進(jìn) 行 溫 度 補(bǔ) 償 。 一 般 對(duì) 的 閥 控 式 鉛 酸 電 池 來(lái) 說(shuō) ， 浮 充 電 壓 一 般 為 之 間 。 ： ： ： ： ： ： ： ： ： 硬件實(shí)現(xiàn)及試驗(yàn)分析 依據(jù)上面提出的控制策略， 設(shè)計(jì)出了基于 ： ： ： ： ： 蓄電池經(jīng)過(guò)反復(fù)充放電后， 測(cè)得蓄電池電壓為 從充電過(guò)程中測(cè)得的充電電流可以看出， 太 。 陽(yáng)能短路電流大于 的時(shí)間較短， 所以系統(tǒng)大部 分時(shí)間工作在最大功率跟蹤狀態(tài)， 較充分地利用了 光伏陣列能量， 而從蓄電池整個(gè)過(guò)程的容量變化來(lái) 看， 該控制器的充電速率和效率都較普通充電器有 單片機(jī)的光伏系統(tǒng)的 充電控制器。該系統(tǒng)主 充電

9、電路采用 降壓變換電路（ 采用富士 ） ， 控 制 電 路 采 用 單 片 機(jī) 充電 作為控制芯片， 驅(qū)動(dòng)電路采用 。 ? 器的硬件大致框圖如圖 。 任柱等， 基于 單片機(jī)的光伏系統(tǒng)充電器的設(shè)計(jì) 較大改善。 學(xué)出版社 ， 研究與探討 結(jié)語(yǔ) 在中小型光伏系統(tǒng)中， 對(duì)蓄電池的充電控制是 岳新苗 ， 吳捷 ， 張先勇 一種新型的最大功率跟蹤實(shí)現(xiàn)方法在 太陽(yáng)能充電器中的應(yīng)用 電工理論與新技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論 文集 西安： 西安電子科學(xué)出版社， ： 關(guān)系到光伏系統(tǒng)利用效率和蓄電池使用壽命的關(guān) 鍵。 本文所采用的控制策略較好的考慮了各種情況， 且設(shè)計(jì)出的控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 性價(jià)比較高， 在中小型 光伏系統(tǒng)中有突出

10、的優(yōu)勢(shì)。 參考文獻(xiàn)： 史云鵬 ， 王瑩瑩 ， 李培芳 光伏系統(tǒng)中蓄電池充放電方案的探 討 太陽(yáng)能學(xué)報(bào) ，（）： 朱松然 蓄電池手冊(cè) 天津： 天津大學(xué)出版社 ， 歐 陽(yáng) 名 三 獨(dú) 立 光 伏 系 統(tǒng) 中 蓄 電 池 管 理 的 研 究 合 肥 ： 合 肥工業(yè)大學(xué)博士論文 ， 丁 化 成 ， 耿 德 根 ， 李 君 凱 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 設(shè) 計(jì) 北 京 ： 北 京航空航天大學(xué)出版社 ， 收稿日期： 基金項(xiàng)目： 國(guó) 家 自 然 科 學(xué) 基 金 重 點(diǎn) 項(xiàng) 目 （ 分 散 式 風(fēng) 力 太 陽(yáng) 能發(fā)電系統(tǒng)的混合控制研究） ， 批準(zhǔn)單位： 國(guó)家自然 科 學(xué) 基 金 委員會(huì)， 項(xiàng)目編號(hào)： 。 趙 爭(zhēng) 鳴

11、 ， 劉 建 政 ， 等 太 陽(yáng) 能 光 伏 發(fā) 電 以 及 應(yīng) 用 北 京 ： 科 !" !" !" 節(jié)能降耗促發(fā)展 葉榮海， 楊傳坤 （ 江蘇邳州大運(yùn)河水泥有限責(zé)任公司， 江蘇 邳州 ） 邳州大運(yùn)河水泥有限責(zé)任公司于 年改制為民營(yíng)企業(yè)后， 采取各項(xiàng)管理措施， 不斷加強(qiáng)和完善 各種制度， 企業(yè)煥發(fā)新的生機(jī)。在當(dāng)前激烈的水泥市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)下， 公司立足自身， 眼睛向內(nèi)， 注重從節(jié) 能降耗中要效益， 以此提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力， 促進(jìn)企業(yè)長(zhǎng)效發(fā)展。 降低生產(chǎn)電耗是節(jié)能降耗的關(guān)鍵 水泥生產(chǎn)中， 電力消耗是主要能源消耗， 占噸水泥成本的大頭。 改制前噸水泥電耗達(dá) ， ? 改

12、制后公司在節(jié)電上采取了一些措施來(lái)降低電耗。如為了合理利用谷電， 在不影響生產(chǎn)的前提下， 將生 費(fèi) 萬(wàn)元以上， 同時(shí)從電網(wǎng)平衡供電角度看還有一定的社會(huì)效益。 管理創(chuàng)新推進(jìn)節(jié)能降耗 為推進(jìn)節(jié)能降耗， 公司將節(jié)能管理作為重要的手段。公司實(shí)行了目標(biāo)承包制， 將目標(biāo)任務(wù)全部以承 包的方式下達(dá)到車間， 并與車間效益和個(gè)人收入緊密聯(lián)系。由于明確了責(zé)權(quán)利， 公司上下成了一個(gè)利益 共同體， 因此每個(gè)員工都非常注意節(jié)約資源， 提高工效。以前各生產(chǎn)部門(mén)的機(jī)喂料消耗較大， 每月支出 將近 萬(wàn)元。 現(xiàn)在各生產(chǎn)部門(mén)強(qiáng)化維修責(zé)任意識(shí)， 變被動(dòng)維修為積極預(yù)防， 同時(shí)將維修時(shí)將需要的 配件以舊換新， 安排專人驗(yàn)收登記， 現(xiàn)在機(jī)喂料費(fèi)用降低了近 ， 節(jié)約資金的同時(shí)也節(jié)約了材料。 資源綜合利用帶動(dòng)節(jié)能降耗 公司在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下， 摻入邳州發(fā)電廠的粉煤灰