MPPT控制算法太阳能充放电控制器设计
置之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应一，简称“光伏效应一。
1 954年，美国贝尔实验室研究人员D．M．Chapin，C．S．Fuller和G．L．Pearson首次制成了光电转换效率为4．5％的单晶硅太阳能电池，至此之后太阳能发电进入了飞速发展的时代。在新型能源产业中，太阳能光伏发电产业是全球发展最快的新兴产业之一，最近十年更是飞速发展。
1．4光伏太阳能控制器国内外现状
目前市场中独立的太阳能光伏充电控制器主要有五种类型：并联型控制系统、串联控制系统、脉宽调制型控制器、智能型控制器和最大功率跟踪型控制器。
1．并联型控制器
当蓄电池充满时，利用电子部件把光伏阵列的输出分流道内部并联电阻器或功率模块上去，然后以热的形式消耗掉。并联型控制系统一般用于小型、低功率系统。
2．串联型控制器：
利用机械继电器控制充电过程，并在夜间切断光伏阵列。它一般用于较高功率系统，继电器的容量决定充电控制器的功率等级。
3．脉宽调制型控制器：
它以PWM脉冲方式开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋向充满时，脉冲的频率和时间缩短。
4．智能型控制器：
基于MCU对光伏电源系统的运行参数进行高速的实时采集，并按照一定的规律由软件程序对单路或多路光伏阵列进行切离和接通控制。对于中、大型光伏电源系统，还可以通过串口，或者别的一些通讯方式实现远距离控制。
5．最大功率跟踪型控制器：
根据太阳能电池的输出功率判断是否工作在最大功率点，若不是则做出相应的调节使得输出功率靠近最大功率点，从而实现对太阳能发电能量的有效利用。现在的市场的庭院式小功率太阳能光伏控制器多是并联型控制系统、串联控制系统、脉宽调制型控制器，也有少量的智能型控制器和最大功率跟踪型控制器。常见的智能型基本都是基于微处理器的控制，例如基于传统的51，DSP等。
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1．5论文意义
本文所研究的小功率太阳能光伏发电系统是针对当今社会的发展趋势和需求提出的。
本研究综合分析现有的太阳能光伏发电系统的发展和技术要求，对比已有的光伏发电系统，以此为基础，选取高性能意法半导体的新型8位控制芯片STMSS作为主控芯片，凭借STMSS微控制器强大的运算能力和丰富的外围资源，优化系统的电流采样电路设计，提升系统的性能，设计出一款小功率太阳能光伏发电系统。
本系统的设计改进了传统小功率太阳能光伏发电系统的信号采集电路，降低了电路的损耗。
1．6论文的主要研究内容
1．本论文需要研究的内容主要有以下几个方面：
(1)在分析现有的太阳能光伏发电系统的发展概况的基础上，简单介绍了当前太阳能光伏发电系统的结构；
(2)根据常规太阳能光伏发电系统功能的要求分析太阳能光伏电池和蓄电池的需求及特性，最终根据需求选择本系统的设备；
(3)系统软件设计，包括系统主程序模块底层设计、MPPT技术控制程序设计、充电方式的控制以及输出、输入安全控制等；
(4)系统硬件设计，具体的系统硬件设计包括：控制系统电路设计、太阳能光伏发电充电电路设计、芯片供电电源电路设计、蓄电池防过放电路设计、蓄电池防过充电路设计等；
(5)系统的可靠性分析及设计，主要是基于系统硬件可靠性和软件可靠性的研究与实现；
2．根据本课题欲实现的功能和所要研究的内容，采取以下研究步骤来实现： (1)针对系统整体功能进行具体分析与研究，合理地将整个系统划分成各个不同功能模块。
(2)针对各个模块的功能对其进行相应的电路设计、芯片选型与特性测试。 (3)各个功能模块的软硬件调试、各个功能模块的整体调试、系统整体电路调试、系统整体软件调试、最后进行联机调试。
(4)在整个系统中按照软件和硬件两个方向严格的执行可靠性设计。
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第二章 光伏发电系统中太阳能电池的特性与应用
2．1太阳能电池的结构及工作原理
太阳能电池又称为“太阳能晶片\或光电池，通常由半导体硅材料制成，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照射，瞬间就可输出电压。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，photo光，voltaic伏特，缩写PV)，简称光伏。 2．1．1太阳能电池的结构
太阳能电池是一种将光能转换为电能的光电器件，基本构造是由P型与N型半导体集合而成，最基本的材料是半导体硅，单纯的硅是不导电的绝缘体，但是在掺入不同杂质时就可以做成P型和N型半导体。下图就是一种常见的太阳能电池的结构图，它的基本材料是P型单晶硅。上表层是N型半导体层，是受光层，在和基体的接触面形成一个P．N结。为了进一步增加对太阳能的利用率，在太阳能电池的受光面会覆盖一层减少反射的薄膜，它可以增加太阳能电池对入射光的吸收率。
2.1太阳能电池结构图
2．1．2太阳能电池的工作原理
太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓的光生伏特效应就是当物体受到太阳光的照射时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。
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2．2太阳能电池的特性及应用
当光照强度改变时根据太阳能电池的输出功率和电压的关系可以得到下图。从图2.3中可以看出在不同光照时最大的输出功率点是唯一的，只有太阳能工作在这个位置才能合理的利用太阳产生的能量。为了合理利用太阳能电池，在后续的设计中选择实现MPPT的控制。
2.2太阳能电池等效电路
2.3太阳能电池的I-U曲线
2．3本章小结
本章首先介绍了太阳能电池的结构和原理；然后介绍了不同太阳能电池材料的优劣，为选择太阳能电池提供依据；接着是介绍太阳能电池的IU特性根据其特性引出太阳能电池的选用：最后介绍了本太阳能电池的设计需求和安装要求。
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第三章 蓄电池
在太阳能光伏发电系统中由于太阳能光伏阵列产生的能量受外部光照的影响，而光照又是一个随机的变量，这样就造成太阳能光伏阵列的输出能量极不稳定，因此需要配置蓄电池才能使负载正常工作。
在太阳能电池板充电时，蓄电池将电能转化为化学能存储起来；在负载需要供电时，蓄电池把化学能转换成电能输出给负载。蓄电池的性能直接影响太阳能光伏发电系统的工作效率、可靠性和价格。作为太阳能光伏发电系统中的储能器件，蓄电池的选择在注重性价比的同时还要做到能合理的利用太阳光光照，并持续地对负载供电。
3．1蓄电池的简介
3．1．1蓄电池的介绍
蓄电池作为一个储能的器件，能够反复使用，另外蓄电池还具有电压稳定、供电可靠、使用方便等优势，广泛的应用于汽车、航空、通信等众多行业。
在目前市场上的蓄电池主要有四类蓄电池：铅酸蓄电池、镉镍(NiCd)蓄电池、氢镍(NMH)蓄电池和锂离子蓄电池。镉镍(NiCd)蓄电池、氢镍(NiMH)蓄电池和锂离子蓄电池。蓄电池作为太阳能LED照明系统的储能元件，白天蓄电池将太阳能电池输出的电能转换为化学能储存起来，到夜晚时，控制器启动LED驱动电路，LED光源开始照明，蓄电池释放电能。全天中，控制器的电源一直由蓄电池供给。目前光伏系统多采用阀控密封式铅酸（Valve Regulated Lead Acid Battery，简称VRLA）蓄电池，VRLA蓄电池采用密封结构，不存在普通铅酸蓄电池的气胀、电解液渗漏等现象，使用安全可靠、寿命长，正常运行时毋需对电解液进行检测和调酸加水，又称为“免维护”蓄电池。
3．1．2蓄电池技术参数 1．蓄电池容量
蓄电池的容量是指在一定的放电条件下所能给出的电量，通常用C表示，但是蓄电池作为电源时，其端电压是一个变量，选用安时(Ah)表示蓄电池的电源容量更为准确。当蓄电池放电时，它的容量等于放电电流对时间的积分。
公式上看t的取值可以从0取到无穷，但实际上为了防止蓄电池因过放而导致损坏，因此对t的取值是有限制的。当蓄电池的电压低于终止电压时，此时为t的最大值，所谓终止电压就是蓄电池的最低正常工作电压。通常蓄电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得到的最高理论
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