太陽能" target="_blank">太陽能是一種清潔高效的可再生能源,。在陽光充足的白天，屋頂?shù)?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/光伏" title="光伏" target="_blank">光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)化成電能,，供人們在夜晚使用,。據(jù)專家預(yù)測,，到2040年，全球的光伏發(fā)電量將占世界總發(fā)電量的26％,，2050年后將成為世界能源的支柱,。太陽能路燈以太陽光為能源，不需要鋪設(shè)復(fù)雜的管線,，安全節(jié)能無污染,。白天利用太陽光給蓄電池充電，晚上蓄電池提供能量帶動路燈工作,。路燈的關(guān)／開過程采用光控,，采用最大功率跟蹤技術(shù)，最大程度的吸收太陽能,，提高太陽能光電池的效率,，以降低路燈系統(tǒng)的成本。最大功點跟蹤(Maximum Power PointTracking,，MPPT)系統(tǒng)是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài),，使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng)。
1 硬件組成
太陽能路燈控制系統(tǒng)的組成如圖1所示,。
1.1 Buck電路及其驅(qū)動電路
Buck電路工作原理是通過斬波形式將平均輸出電壓予以降低,，可以將輸入接在光伏電池輸出端，通過調(diào)節(jié)其輸出電壓來達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載之目的,，以保持光伏陣列輸出電壓在其最大功率點的電壓和電流處,。這里控制目標(biāo)是輸出功率為最大，調(diào)節(jié)手段是改變開關(guān)管的開通占空比,。由于光伏陣列的軟特性,，并不是簡單的增大開關(guān)管占空比就能增大光伏陣列輸出功率。當(dāng)Buck電路負(fù)載為蓄電池時,，其構(gòu)成了蓄電池充電電路,，將蓄電池直接接在Buck電路的輸出端，通過調(diào)節(jié)蓄電池的端電壓實現(xiàn)蓄電池的充電控制,，使用單片機(jī)智能控制方法,，可以實現(xiàn)蓄電池的智能化充放電控制。
Buck電路為主電路,，如圖2所示,，太陽能光伏陣列輸出額定電壓為35 V，輸出額定電流為4.65 A,，蓄電池額定電壓為24 V,，開關(guān)頻率為80 kHz。電路工作在電流連續(xù)模式時電感量：
式中Ui為太陽能光伏電池輸出電壓；D為PWM脈沖占空比,；f為開關(guān)頻率,；k為k=△I／2Io；△I為紋波電流,；Io為負(fù)載上的輸出電流,。
允許的紋波電流△I越小，即k越小,，電感L越大,，電流紋波越小，可以選擇較小的濾波電容,；反之，電感L較小,，但電容較大,。一般選取k=0.05～0.1。
將電感值確定以后,，實際電感器的設(shè)計必須符合相關(guān)電氣標(biāo)準(zhǔn),、系統(tǒng)尺寸和安裝方式等限制。許多磁性元件供應(yīng)商均提供各種型號的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,，可滿足絕大多數(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求,。
Buck電路為實現(xiàn)最大功率技術(shù)的主電路，采用C8051F330單片機(jī)進(jìn)行控制,，采用有效的算法通過軟件編程由單片機(jī)輸出不同占空比的PWM信號,，經(jīng)由U4，U5處理,，如圖3所示,，驅(qū)動開關(guān)管Q1的導(dǎo)通與關(guān)斷。由于單片機(jī)C8051F330的驅(qū)動電流太小,，且Buck電路中MOS管與主電路不共地,，故采用隔離作用的B1215LS和輸出電流為0.5 A的高速光電耦合的MOS門驅(qū)動FOD3181，滿足MOS管工作的要求,。
1.2 單片機(jī)控制電路
控制板采用C8051F330作為主控制器,，該MCU具有高速、微型封裝,、低功耗,、工業(yè)級等特點；同時還具有多通道10位AD轉(zhuǎn)換器,、PWM輸出等豐富的片上資源,。
C8051F330(如圖4所示)的P0.2為太陽能光伏陣列的電壓采樣信號輸入，P0.3為蓄電池電壓采樣值的輸入，P0.5為主電路中電流信號采樣值的輸入,，P1.6為溫度傳感器值的輸入,，P0.6為8位PWM信號輸出，P0.4輸出控制負(fù)載的接入及過流時對電路的關(guān)斷,，P1.0～P1.4接撥碼開關(guān),，為路燈設(shè)置定時，其定時長短由撥碼開關(guān)的狀態(tài)決定,，四位撥碼開關(guān)共24=16個狀態(tài),，分別可定時1～16個小時。
2 電 源
目前太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要為了節(jié)能,，采用綠色能源而不接入市電,，或者用于網(wǎng)電未涉及的地域，所以整個系統(tǒng)的工作需要太陽能電池板所產(chǎn)生的電能量經(jīng)轉(zhuǎn)換或處理后的電源的支持,，在本課題中欲采用+3.3 V和12 V電源,，以支持控制芯片和集成運算放大電路或晶體管的工作。12 V電源主要是給系統(tǒng)電路中的三極管等元件的正常工作提供能量,，由于采用了凌陽C8051F330單片機(jī)進(jìn)行控制,，故系統(tǒng)需要提供+3.3 V的電源。
3 軟件設(shè)計
整個系統(tǒng)的控制流程如圖5所示,。
路燈的接人以太陽能板的電壓為依據(jù),，當(dāng)采樣電壓<3 V時，太陽光已暗,，接入路燈,，開始定時，定時時間值由撥碼開關(guān)設(shè)置,。同時停止MPPT,，以減小夜間的能量損耗。當(dāng)定時時間到后,，斷開路燈,。在整個系統(tǒng)工作過程中，單片機(jī)始終采集蓄電池的端電壓,，路燈是否接入以及接入后,，一旦發(fā)生蓄電池過放現(xiàn)象，單片機(jī)P0.4引腳輸出高電平,，斷開路燈,，保護(hù)蓄電池。待蓄電池通過充電電壓升高后,，如滿足接人條件,，再接人路燈。在本設(shè)計中，加入了最大功率跟蹤技術(shù),，使輸入功率提高了20％,。由于蓄電池的容量遠(yuǎn)大于太陽能光伏陣列的充電能力，蓄電池充電時未采用防過充措施,。
4 結(jié) 語
經(jīng)實際運行表明,，該控制系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠,、實用性強(qiáng)等優(yōu)點,，較好地將太陽能光伏技術(shù)與路燈控制技術(shù)結(jié)合起來，并實現(xiàn)了智能控制,。