湖北科技学院学士学位论文 ???MPPT?PMPS
以上各个参数可以在图2-6中表示如下。
IISC IM PM VOVMVOC
图2-6 太阳能电池的I-V特性关系曲线
图2-6中，在I-V曲线上总可以找到一个工作点，此点处的输出功率最大，此点就是最大功率点(MPPT)，即图中M点。M点所对应的电流IM为最佳工作电流，VM为最佳工作电压，PM为最大输出功率，由图和公式还可以看出，光伏电池不工作于最大功率点时，其效率都低于按此定义的效率值，甚至会低到零。原则上讲，可对输出功率求导使其为0，即可得到该电池的最佳工作点IM，VM，从而求出最大输出功率：PM=IM×VM。但是要求出其解析解，几乎不可能。因为它受太阳能电池内部等效的串、并联电阻的影响，其特性方程由公式（2-3）可知一个超越指数方程，无法用线性方程表示，具有非线性。图2-6可表示太阳能电池的P-V曲线。
从图2-6可见，IM和VM的乘积就是最佳工作点的纵横坐标所确定的矩形面积，在曲线范围内这个面积越大，表明电池的输出特性越优越。如果在一定光照下的I-V特性曲线是理想的矩形，那么IM和VM乘积就等于ISC和VCC的乘积。对实际光电池，引人填充因子FF(Fill factor)概念来表征光电池的这一特性，FF定义为式（2-4）。它表示最大输出功率的值所占的以VCC和ISC为边长的矩形面积的百分比，填充因子是表征光电池的输出特性好坏的重要参数之一。它的值越大，表明输出特性曲线越“方”，电池的转换效率也越高。
2.3.1太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响
图2-7、图2-8分别是太阳能电池阵列在温度为25℃时，不同日照(S)下表现出的电流-电压(I-V)和功率-电压(P-V)特性。从图2-7可知，太阳能电池阵列的输出短路电流(ISC)和最大功率点电流(IM)随日照强度的上升而显著增大，也就是说式(2-3)中ISC强烈地控制着I的大小。虽然日照的变化对阵列的输出开路电压影响不是那么大，但对为电流与电压相乘的结果最大输出功率来说，变化显著，
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2 太阳能电池的研究和分析 如图2-8中虚线与各实线的交点所示。
I(A)2.0S?1000W/mS?800W/mS?600W/m1.00.522P(W)100080021000W800W600W400W200W1.5S?400W/m2S?200W/m2600400200U?V?O100200300400500OU?V?100200300400500
图2-7 不同日照下的I-V关系曲线图 图2-8 不同日照下的P-V曲线图
2.3.2温度对光伏电池输出特性的影响
图2-9，图2-10分别给出了太阳能电池阵列在日照射为1000W/m2，和在变化温度(T)的情况下，表现出典型的I-V和P-V特性。可以看出，温度对太阳能电池阵列的输出电流影响不大，但对它的输出开路电压影响较大。因而对最大输出功率影响明显，见图2-10中各实线的波峰的幅值变化。
I(A)2.0oS?1000/m250C25CooP(W)1000800600400200U(V)100S?1000/m21.51.00.50oC25oC50C200300400500600U(V)o0C100200300400500600
图2-9 不同温度下的I-V特性曲线 图2-10 不同温度下的P-V特性曲线
综上，太阳能电池板的输出特性具有以下特点：
① 太阳能电池的输出特性近似为矩形，即低压段近似为恒流源，接近开路电压时近似为恒压源；
② 开路电压近似同温度成反比，短路电流近似同日照强度强成正比；太阳能电池板的输出功率随着光强和温度成非线性变化；
③ 输出功率在某一点达到最大值，该点即为太阳能电池板的最大功率点(MPP，Maximum Power Point)，且随着外界环境的变化而变化[8]。
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湖北科技学院学士学位论文 2.4本系统所采用的光伏电池
太阳能电池板是太阳能供电系统工作的基础，是该充电器的核心部分，其功能是将太阳光的辐射能量转化为电能，如今的便携式数码设备种类较多，所需电压电流不等，对于输入功率较大的设备，必须采用面积较大的电池板，而这又给携带带来不便。因此该设计采用模块式组合，根据不同充电负载的需要，将太阳能板进行组合以达到具有一定要求的输出功率和输出电压的一组光伏电池。本文以手机等常用小功率用电设备为例，说明其太阳能充电器的设计过程。所选用的太阳能电池板技术参数指标如下： 尺寸125mm×63mm×3mm，峰值电压6V，峰值电流160mA，标称功率0.96W。考虑被充电池的电流不同所需充电时间不等，应采用2块相同参数电池板进行串联。电池板的理想输出电压最大值为12V,电流最大可达160mA，总标称功率为2W左右,但是根据现实的阳光照射情况，实际输出并没有这么大，随阳光照射的情况变化而变化。
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3 太阳能充电器硬件设计 3 太阳能充电器硬件设计
3.1 系统总体设计方案
DC/DC 变换 太阳能电池板 太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大，其内阻又比较高，因此输出电压不稳定，输出电流较小，这就需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后供给电池充电。当光线条件适宜时，通过太阳能电池板吸收太阳光，将光能转换为电能。由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。这就需要一个复杂的控制系统，51系列单片机是当前使用最为广泛的8位单片机系列，其丰富的开发资源和较低的开发成本，是51系列单片机现在以至将来都会有强大的生命力。本系统将采用89C51作为充电电路的控制器，从而以较低的成本轻松实现复杂的充电智能控制，同时也可以为其他小型电子产品提供洁净的直流电源。本系统总体设计方案如图3-1所示，通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，由单片机编程实现PWM波控制开关管从而实现输出电压电流的改变，通过显示电路显示输出状态及大小，由ADC0809实现数据的采集及转换并传给单片机做判断处理，从而实现电路的智能输出与控制。
3.2电源电路设计
3.2.1 LM7805芯片介绍
LM78××系列稳压器能提供多种固定的输出电压，应用范围广，内涵过流、过热和过载保护电路，带散热片时，输出电流可达1.5A，虽然是固定的稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。单片机电源电路的设计以三端集成稳压器LM7805为核心，它属于串联正电源稳压电路，输出电压为5V。
按键 AT89C51 显示 电路 ADC0809 图3-1 系统总体设计方案
手机电池 9
湖北科技学院学士学位论文 串联式稳压源实际上是由具有电压负反馈的直流放大器构成的。其电路框图如下图3-2所示：
图3-2 三端稳压器7805方框图与实物图 比较误差放大 Vs 取样 R2 输入 1 2 3 输出 Vi 调整功放电路 R1 VO 78×× 稳压过程如下：当输出电压v0 增高时取样电压vs也增高。vs与VR基准电压之差增大,误差比较管输出的倒相电压增大，使调整功率放大器输出电流减小，即调整功率放大器两端电压增大，从而v0输出电压下降，也就是说v0基本不增加，实现了稳压作用。
由以上可见串稳型稳压源调整功放两端有一定直流电压，由流过相当于负载电流的直流电流，所以调整功放电路消耗较大功率。这不仅使调整功放易发热损坏（如果不是调整功放电路过热，需选允许功耗大的器件）。而且效率很低，造成电能的浪费。所以这种稳压源适于需用较小电流（小于数百mA），输出电压较低（数十V以下）场合。这种电源使用较简便，对周围电路产生的干扰噪声较小。
3.2.2 LM7805应用电路
LM7805有三个引脚，1脚接输入电压，2脚接地，3脚接输出。 功能：输出稳定电压5V，输出电流接近1A。
用途：可以为需要提供5V直流电源的电路提供稳定工作电压。应用电路如图3-3所示。
图3-3 LM7805应用电路
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