MPPT控制算法太阳能充放电控制器设计
5．3软件设计 ........................................ 40
5. 3. 1 A/D转换程序设计 .................................... 41
5．3．2最大功率点跟踪控制程序设计 .......................... 42 5．3．3充电控制程序 ........................................ 42
5．4系统的可靠性分析及设计 .......................... 43
5．4．1硬件的可靠性设计 .................................... 43 5．4．2软件的可靠性设计 .................................... 44
5．5本章小结 ........................................ 44 第六章系统数据分析 ...................................... 45 6．1系统结果分析 .................................... 45 6．2本章小结 ........................................ 46 总结 .................................................... 48 致 谢 ................................................... 49参考文献 ................................................ 50
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MPPT控制算法太阳能充放电控制器设计
MPPT控制算法太阳能充放电控制器设计
摘要：太阳能光伏发电现已成为新能源和可再生能源的重要组成部分，也被认为是当前世界最有发展前景的新能源技术。目前太阳能光伏发电装置已广泛应用于通讯，交通，电力等各个方面，其核心部分就是充电控制器。
本设计针对目前市场上传统充电控制器对蓄电池的充放电控制不合理，同时保护也不够充分，使得蓄电池的寿命缩短这种情况，研究确定了一种基于单片机的太阳能充电控制器的方案。在太阳能对蓄电池的充放电方式、控制器的功能要求和实际应用方面做了一定分析，完成了硬件电路设计和软件编制，实现了对蓄电池的高效率管理。 设计一种太阳能LED照明系统充电控制器，既能实现太阳能电池的最大功率点跟踪(MPPT)又能满足蓄电池电压限制条件和浮充特性。构建实验系统，测试表明，控制器可以根据蓄电池状态准确地在MPPT、恒压、浮充算法之间切换，MPPT充电效率较恒压充电提高约16%。该充电控制器既实现了太阳能的有效利用，又延长了蓄电池的使用寿命。 在总体方案的指导下，本设计使用STMSS系列8位微控制器是STM8系列的主流微控制器产品，采用意法半导体的130纳米工艺技术和先进的内核架构，主频达到16MHz(105系列)，处理能力高达20MIPS。内置EEPROM、阻容(RC)振荡器以及完整的标准外设，性价比高。STMSS指令格式和意法半导体早期的ST7系列基本类似，甚至兼容，内嵌单线仿真接口模块，支持SIWM仿真，降低了开发成本；拥有多种外设，而且外设的内部结构、配置方式与意法半导体的同样是Cortex-M3内核的32位嵌入式微处理器STM32系列的MCU基本相同或者相似。另外系列芯片功耗低、功能完善、性价比高，可广泛应用在家用电器、电源控制和管理、电机控制等领域，是8位机为控制器控制系统较为理想的升级替代控制芯片‘26l。软件部分依据PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制控制策略，编制程序使单片机输出PWM控制信号，通过控制光电耦合器通断进而控制MOSFET管开启和关闭，达到控制蓄电池充放电的目的，同时按照功能要求实现了对蓄电池过充、过放保护和短路保护。实验表明，该控制器性能优良，可靠性高，可以时刻监视太阳能电池板和蓄电池状态，实现控制蓄电池最优充放电，达到延长蓄电池的使用寿命。
关键词： 充电控制器； 太阳能光伏发电； PWM脉宽调制；MPPT 最大功率点跟踪法；蓄电池；STMSS系列8位微控制器
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MPPT solar charge controller control algorithm design
Abstract：Solar photovoltaic power generation has become an important part of new energy and renewable energy, it is considered the current world's most promising new energy technologies. At present solar photovoltaic device has been widely used in communications, transport, electricity and other aspects, the core part is the charge controller.
The conventional charge controller on the market today on the battery charge and discharge control is unreasonable, and its protection is also inadequate,whichs makes the battery life to shorten. To solve this problem, the design identifies a solar charge controller based on single chip solution. In the solar energy to battery charge and discharge means, the controller of the functional requirements and the practical application aspects ,making some analysis,completed the hardware circuit design and software development, to achieve the high efficiency of the battery management.
Under the guidance of the overall program, the design uses low-power, high performance, super anti-jamming STC89C52 microcontroller as a core device to control the entire circuit. Hardware circuit consists of a solar battery charging and discharging circuit, voltage acquisition and display circuit, the MCU control circuit and RS232 serial communication circuit, the main achievement of the acquisition and display battery voltage. Software is based in part on PWM (Pulse Width Modulation) pulse width modulation control strategy, programming the microcontroller output PWM control signal, by controlling the photocoupler on-off the control MOSFET opening and closing, to control battery charging and discharging purposes, and in accordance with the functional requirements implemented the battery over charge, over discharge protection and short circuit protection. Experiments show that the controller performance, high reliability, can always monitor the state of solar panels and batteries to achieve optimal control of battery charge and discharge, to prolong battery life.
Key words: charge controller; solar photovoltaic; PWM pulse width modulation; MPPT；Battery.
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第一章 引 言
1．1本课题的选题背景和来源
太阳能是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到大气层的能量仅为总辐射量(约为3．75x1026W)的22亿分之一，但其能量高达173000TW(功率单位ITW=1012 KW=1015 W)，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤所产生的能量。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射量约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837 kJ／(cm2/)，中值为586 kJ／(cm2/) 。
我国的太阳能辐射量相当充足，具有得天独厚的开发和利用太阳能的优势，就拿我们所在的广州地区太阳辐射量在国内也是中等水平。另外太阳能作为一种新型的能源，它与常规的能源相比有三大优点：
(1)太阳能是人类可以利用的最为丰富的能源之一，据估算，自太阳形成到现在，太阳辐射出的能量只占自身能量的2％，因此可以算是取之不尽，用之不竭。 (2)太阳对地球的辐射是全方位的，在全球的任何一个地方都有机会接受到太阳的辐射，因此可以直接就地开发利用，这样就没有了运输的问题，尤其对于交通不发达的地区更有利用的价值。
(3)太阳能使用后不会产生废渣、废水、废气，也没有噪声，更不会影响生态，是一种比较洁净的能源。
而且太阳辐射能与煤炭、石油等常规能源相比较，更有如下的优点： （1）普遍性。
地球上处处都有太阳能，不需要到处去寻找，去运输，容易获取。 （2）无害性。
利用太阳能作为能源，没有废渣，废料，废气，废水的排放，没有噪声，不会污染环境，没有公害，清洁干净。 （3）长久性。
只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之不尽，用之不竭。 （4）巨大性。
面对如此巨大的能源，对太阳能开发利用的研究已经成为一个新兴的重大课题。这项集多学科为一体的高新技术，在科技进步、能源战略和环境的保护领域中都会发挥重要的作用，对该技术的深入研究将会为探索广阔的光伏发电市场和掌握相关领域提供一定的理论依据。本文就是借助对庭院式小功率太阳能光伏发电系统的研究来探索太阳能光伏发电。
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1.2太阳能光伏发电简介
1．2．1太阳能光伏发电系统
太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。 一般将光伏发电系统分为独立系统、并网系统和混合系统。根据其应用形式、应用规模和负载类型，光伏发电系统大致可以分为以下七种类型：小型太阳能供电系统(SmallDC)，简单直流系统(Simple DC)，大型太阳能发电系统(Large DC)，交流、直流供电系统(AC／DC)，并网发电系统(UtilityGrid Connect)，混合供电系统(Hybrid)，以及并网混合供电系统。其中小型太阳能供电系统(Small DC)根据应用场合的不同又分为庭院式太阳能供电系统、通信太阳能供电系统等。 1．2．2独立太阳能系统的构成
光伏发电系统的规模跨度巨大，从 0.3~2W的太阳能小系统，大到兆瓦级别的太阳能光伏电站，其应用也各有不同，在家庭、交通、通信、航天等众多领域都有涉及。其基本框架图如图1．1所示。独立的太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏组件阵列、储能蓄电池、控制器、DC/AC或者DC/DC变换器、以及输出设备构成。
图1．1太阳能光伏发电系统的组成图
1．3国内外太阳能发电的现状
1839年，法国科学家贝克雷尔(Becquerel)就发现，光照能使半导体材料的不同位
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