基于MPPT技术的高效太阳能充电设计

概述：
太阳能是世界公认的技术含量最高，最有发展前途的新能源。太阳能发电系统(光伏系统)作为一种新型的能源系统，已经引起许多国家的关注及研究，将在未来的能源结构中占据重要的地位，对能源消耗及环境都有重要意义。
由于光伏系统目前的主要问题是电池的转换效率低且价格昂贵，因此，如何进一步提高太阳能电池的转换效率，如何充分利用光伏阵列所转换的能量，一直是 光伏系统研究的重要方向。光伏阵列输出特性具有非线性特征，受光照强度和环境温度影响。随着光照强度和环境温度的不同，光伏电池端电压将发生变化，使输出 功率也产生很大的变化，光伏电池本身就是一种极不稳定的电源。因此，如何能在不同光照和环境温度下提高电源输出功率，提高系统效率就成为关键挑战，这就理 论和实践上引发出光伏电池最大功率跟踪(MPPT)问题。

提高光伏电池输出功率
光伏电池的输出受日照强度，电池结温等因素的影响。图1、图2 为光伏电池的非线性函数关系在光照不同、结温相同和光照相同、结温不同情况下的光伏电池I-V、P-V 特性曲线。
下面具体分析不同情况下的光伏电池特性。



图1 光照强度不同情况下I-V、P-V特性曲线

情况一：电池结温不变，光照变化
从图1 中可以得出以下结论:
①光伏电池的短路电流随光照强度增强而变大，两者近似为比例关系;光伏电池的开路电压在各种光照条件下变化不大;
②光伏电池的最大输出功率随光照强度增强而变大，且在同一光照环境下有唯一的最大输出功率点。在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升呈近似线性上升趋势;到达最大功率点后，输出功率开始快速下降，且下降速度远大于上升速度;
③如图1(a)所示：在虚线A 的左侧，光伏电池的特性近似为电流源，右侧近似为电压源。虚线A 对应最大功率点时光伏电池的工作电流，约为电池短路电流的90%;
④如图1(b)所示：结温一定的情况下，光伏电池最大功率点对应的输出电压值基本不变。该值约为开路电压的76%。

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