弱光下光伏充电器的设计

弱光下光伏充电器的设计 第25卷第2期 2008年4月 控制理论与应用 ControlTheory&Applications ,,01.25NO.2 Apr.2008 文章编号:1000-8152(2008)02-0367-02 弱光下光伏充电器的设计 刘立强,岑长岸,张淼 (广东工业大学自动化学院,广东广州510075) 摘要:光伏阵列的输出特性受太阳光强影响很大,弱光下,其电流输出很小,不能直接对蓄电池充电.为了使光伏 组件能在弱光下工作,本文提出了一种基于组态优化的间歇脉冲充电法.作者采用TAVR$~-片机来实现该充电方 法,并通过对硬件实验所获取的图像和数据的分析,证明该在弱光下能使光伏阵列有效地对蓄电池充电. 关键词:光伏组件:光伏阵列;组态优化;间歇脉冲充电 中图分类号:TP273文献标识码:A Designofthephotovoltaicchargerunderweaklight LIULi—qiang,CENChang—all,ZHANGMiao (AutomationCollege,GuangdongUniversityofTechnology,GuangzhouGuangdong510075,China) Abstract:Theoutputofthephotovoltaicarrayisaffectedbytheincidentradiantintensity.Underweaksun lightcon— ditions.thecurrentiSverysmallbeingunabletochargethestoragebatterydirectly.Consideringthattheso larmodulecan workundertheweaksunlight,amethodofintermittentimpulse—chargingispresentedbasedontheconf igurationoptimiza— tion.ASCM(singlechipmicyoco)ofAVRisemployedtodesigntheintermittentimpulse—charger.Experimentimagesand datademonstratetheeffectivechargeofthestoragebattery. Keywords:photovoltaicmodules;photovoltaicarray;configurationoptimize;intermittentlyimpulsec harging 1引言(Introduction) 图l为光伏组件表面温度不变时,光强在不同情 况下的单块组件的I—v特性曲线图.强光下,光伏阵 列的输出电流很大,一般情况下可以直接对蓄电池 充电;但在太阳光强变弱的情况下,光伏阵列输出 电流很小,基本上起不到对蓄电池充电的效果. 《 , 电压/V 图1光伏组件I_v特图 Fig.1TheI-Vcurvesofthephotovoltaicmodule 为了使光伏组件在弱光下能对蓄电池进行有效 收稿日期:2007—09—04;收修改稿日期:2007—11—25. 基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(60534040) 的充电,本文提出一种基于组态优化的光伏阵列间 歇脉冲充电方法来对蓄电池充电. 2间歇充电(Intermittentlycharging) 间歇充电法是一种限压变电流间歇充电,它能保 证加大充电电流.由图l所示的I—V特性图可知,在弱 光下,光伏组件的输出电流很小,因此可在光伏组件 两端接上个电容后再连接蓄电池,接上蓄电池时光 伏组件的输出电压会瞬间被拉得很低,而光伏组件 的输出电流在出现一个瞬间很高的电流后便以一个 小电流输出.据此特性,可设计一个当光伏组件对蓄 电池充电时,充电电流始终是出现在瞬间高端电流 处的控制电路.其控制如下:通过控制光伏组件与蓄 电池之间的频繁通断的方式进行充电,即光伏组件 与蓄电池之间通过开关连接,当瞬间高电流充电过 后,便断开开关;当光伏组件开路电压升高时,再接 通开关.如此间歇充电,便能使充电电流始终保持在 很高的范围内. 3组态优化(Configurationoptimize) 光伏阵列组态优化的目的是在不同的外部环境 2864218642O 1111OOOO 368控制理论与应用第25卷 下光伏组件使用不同的组态方式,以致使每个光伏 组件尽量工作在最大输出功率点处,从而让整个光 伏阵列的输出功率达到最优.而本实验使用组态 优化是为了弱光下可通过不同的组态方式使光伏 组件尽量在有光照的情况下工作.本次硬件实验采 用了8块5W的光伏组件进行实验.组态开关电路是 用继电器设计的.组态开关电路主要实现太阳能光 伏阵列的如下几种组态方式:8块光伏组件串联,两 组4块光伏组件串联后并联,4组两块光伏组件串联 后并联,8块组件并联. 4控制系统结构Nl(Thecontrolsystem frame) 图2为控制系统结构图,该系统依次由光伏阵 列,AVR单片机,电压传感器,组态开关电路,蓄电 池等部分组成.电路主要是根据通过电压传感器检 测到的太阳能光伏阵列输出的开路电压的大小,来 控制太阳能光伏电池对蓄电池充电的通断.当电压 达到设定值(本实验设为15.2V)时,便使充电电路接 通,否则断开充电当在设定的延时下,太阳能光伏 组件的开路电压达不到设定的电压时,便开始通过 控制组态开关电路进行选择组态方式. 图2控制系统结构图 Fig.2Thecontrolframeofsystem 5实验结果分析(Conclusion) 图3,图4分别给出了光伏电池直接对蓄电池充 电和采用弱光充电控制器所得的电压,电流波形图. 图3为光伏阵列在傍晚(弱光下)直接对蓄电池充 电的实验曲线.其中:曲线为光伏阵列输出电压 变化曲线,它略高于蓄电池的端电压;曲线厶为充电 回路充电电流.由图3可得电路充电电流约0.133A, ,约为12.5V由于该充电电流较小,难以实现对蓄 电池正常充电.图4是傍晚采用弱光充电控制器对蓄 电池进行的充电两种组态方式充电器工作电压,电 流波形图.其中图4(a)为8块电池组件并联时充电器 的工作情况;图4(b)为阳光很弱情况下8块电池组件 串联时充电波形图.图中曲线是光伏阵列输出端 电压曲线,其变化范围为12.6V15.2V’即当太阳能 光伏阵列的开路电压达到15.2V时便接通充电开关, 在接通开关瞬间,光伏阵列对蓄电池充电,随之 下降,当被拉低至12.6V时,断开充电开关:直到 光伏阵列的开路电压再次达到15.2V时才接通充电 开关,从而实现对蓄电池的充电控制.图中波形Ic为 充电电流工作波形,其在充电工作瞬问充电电流平 均值达到0.6/0_3A=2A,达到实现对蓄电池充电电 流的要求. tlms 图3光伏电池阵列直接充电时的充电波形图 Fig.3Thechargingvoltandcurrentcurvesofbattery connectedwithPVarray II U ....._-__—_——-__?_-—,’ 一 l 一..JI.一.一. 30 20 II1I 己, .......—___————-.,_—-_-一 .一fl【……jl: 30 20 图4弱光充电控制器工作电压,电流波形图 Fig.4Thevoltandcurrentcurvesofweakirradiation charger (下转N373~) 2840 ? 印 ? 如 0 84 第2期杨俊华等:矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电系统373 (YANGJunhua.Researchonwindenergyconversionsystemand controlwithbrushlessdoublyfedgenerator[D].GuangZhou:South ChinaUniversityofTechnology,2006.) 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