[發明專利]用于實現MPPT的寬溫度補償恒壓式光伏發電系統

有效

• 申請號: 201210385278.6
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102931836A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 周巖;于長洋
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;G05F1/67
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及是一種寬溫度范圍補償恒壓式光伏發電MPPT實現系統，特別是一種應用于小功率光伏發電為小型電子設備提供電能。

背景技術

隨著光伏發電技術的日漸成熟，直接利用太陽能面板提供電力已經廣泛應用于人們生產生活的各個方面。傳統的恒壓跟蹤法(CVT)設計方法忽略環境溫度對太陽面板開路電壓的影響，僅通過設定正常環境溫度下太陽能電池的最佳工作開路電壓來保證光伏面板的能夠輸出最大功率，CVT方式具有控制簡單、可靠性高、穩定性好及易于實現等優點。但太陽能面板一般在野外使用，四季和日夜溫差變化很大。以單晶硅太陽面板為例，當環境溫度每升高1℃時，其開路電壓下降率為0.35％～0.45％。而傳統的CVT控制方法并不能隨環境溫度的改變跟蹤太陽能面板的最大功率點，太陽能面板利用率不高。在不同的光照強度、環境溫度外部環境情況下，太陽能面板的最大功率輸出點會有較大的變化，因此我們需要在傳統的CVT控制技術基礎上增加相關控制電路來克服環境溫度對最大功率點跟蹤的影響。利用采樣普通二極管隨溫度變化的壓降來提供光伏面板最大功率點的變化趨勢，但采樣電路精度要求高，控制復雜。而通過增加額外光伏面板判斷MPPT又不符合小功率光伏發電系統對體積和成本的限制，只能適用中大功率場合。

隨著數字芯片的應用，適用于中大功率光伏系統的MPPT技術較為成熟（如固定步長干擾觀察法、電導法等方法）。受體積和成本的限制，適用于小功率光伏發電系統的MPPT技術則需要進一步研究（家用微型逆變器、便攜式電子充電設備等應用）。對于小功率光伏發電系統應該綜合考慮太陽能面板利用率、設備成本、使用效率和電路保護等問題。太陽能面板的輸出特性具有較強的非線性特征，隨著光照強度和環境溫度的不同，太陽能面板端電壓、輸出電流和最大輸出功率都會產生很大的變化。目前性能優良的小功率光伏發電設備價格偏高，限制了太陽能發電技術在小功率場合的應用。因此需要充分結合光伏面板的工作特性，研究適用于小功率場合的高性能、低成本太陽能充電設備的控制技術。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對小功率太陽能面板發電場合，提出了低成本、高效率的寬溫度范圍補償恒壓式太陽能面板MPPT實現方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種用于實現MPPT的寬溫度補償恒壓式光伏發電系統，包括溫度補償電路、動態限流電路、Buck變換器；其中所述溫度補償電路用于實時檢測環境溫度，設定動態限流電路的工作電壓，為動態限流電路提供溫度補償信號；所述動態限流電路根據溫度補償電路提供的溫度補償信號，動態控制Buck變換器的輸入電流；Buck變換器根據動態限流電路動態輸入的電流，控制光伏發電系統中太陽能面板的輸出電壓保持在最大功率輸出電壓處，然后將太陽能面板的輸出電壓轉換為負載期望的輸出電壓。

進一步的，本發明的用于實現MPPT的寬溫度補償恒壓式光伏發電系統，所述溫度補償電路由第一至第五電阻、穩壓管、第一電容和比較器構成，其中所述比較器的正相輸入端分別與第二電阻的一端、第三電阻的一端、第四電阻的一端連接；所述比較器的正相輸出端分別與第一電阻的一端、第二電阻的另一端，第三電阻的另一端、第五電阻的一端連接；所述比較器的反相輸入端分別與第一電阻的另一端、穩壓管的陰極連接；所述比較器的反相輸出端分別與穩壓管的陽極、第四電阻的另一端、第一電容的一端連接后接地；所述比較器的電壓輸出端分別與第一電容的另一端、第五電阻的另一端連接；其中第二電阻為負溫度系數電阻NTC，所述溫度補償電路通過負溫度系數電阻NTC實時檢測環境溫度，控制比較器的輸出電壓。

進一步的，本發明的用于實現MPPT的寬溫度補償恒壓式光伏發電系統，所述動態限流電路由第六電阻、第二電容和第一P溝道MOSFET相互并聯構成；溫度補償電路通過控制第一P溝道MOSFET的門極電壓，讓第一MOSFET工作在線性區不同狀態獲得不同的電阻值，該電阻值與第六電阻并聯后共同構成Buck變換器的限流電阻，動態控制Buck變換器的輸入電流，使太陽能面板始終工作在最佳輸出電壓點，實現太陽能面板工作的MPPT功能。

進一步的，本發明的用于實現MPPT的寬溫度補償恒壓式光伏發電系統，所述Buck變換器包括光伏面板、輸入電感、第七至第十電阻、第三至第六電容、續流二極管、第二P溝道MOSFET及控制芯片；

其中所述控制芯片的第1引腳與動態限流電路的輸出端連接；

所述光伏面板的一端分別與第七電阻的一端、第三電容的一端、第二P溝道MOSFET的源極、第四電容的一端、第五電容的一端以及控制芯片的第8引腳連接；