摘要：針對(duì)太陽(yáng)能本身的特點(diǎn)以及其功率特性，運(yùn)用最大功率點(diǎn)跟蹤的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，從而使太陽(yáng)能的利用率得到大幅提高，造福人類。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；最大功率點(diǎn)跟蹤；DC—DC

    隨著社會(huì)的發(fā)展，能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，結(jié)合環(huán)境保護(hù)需要，人們將更多的目光投向可再生能源的研究與應(yīng)用，太陽(yáng)能以其技術(shù)含量高、儲(chǔ)量巨大、無污染、無噪聲等優(yōu)點(diǎn)越來越多得受到全世界的廣泛關(guān)注，然而利用率低一直是困擾科學(xué)家最大的問題之一；最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)方法在提高發(fā)電效率、有較低成本方面發(fā)揮了十分深遠(yuǎn)的意義。

1 理論依據(jù)
1．1 太陽(yáng)能電池的光伏特性
    在光伏特性體系里要求太陽(yáng)能電池輸出最大功率，那么就要求太陽(yáng)能電池輸出在最大功率下工作。由太陽(yáng)能電池組件輸出功率特性曲線知(見圖1)，當(dāng)U<UMAX時(shí)，輸出功率隨著電壓的增大而增大；當(dāng)U>UMAX時(shí)，輸出功率隨著電壓的增大而減?。挥缮峡芍?，通過最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)控制使電池在不同環(huán)境(不同日照或者不同溫度)中輸出最大功率。

1．2 最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)
    最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)是針對(duì)太陽(yáng)能電池發(fā)電效率提出的；研究已經(jīng)取得多種算法，其中微擾觀察法和增量電導(dǎo)法較為普遍。還有PID算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。下面以微擾觀察法和增量電導(dǎo)法為例進(jìn)行分析。
1．2．1 微擾觀察法
   
    通過不斷調(diào)節(jié)△U的大小，使△P最小，從而達(dá)到輸出功率最大。
1．2．2 增量電導(dǎo)法
   
    那么，通過不斷調(diào)節(jié)dU，就得到最大功率點(diǎn)。[!--empirenews.page--]

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池陣列、DC-DC變換器、數(shù)據(jù)采集電路、CPU主控模塊、驅(qū)動(dòng)電路、計(jì)算機(jī)控制軟件、MAX232通信、顯示模塊、外圍實(shí)驗(yàn)裝置等部分組成。圖2為該系統(tǒng)框圖。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 DC-DC轉(zhuǎn)換電路
    本系統(tǒng)經(jīng)過太陽(yáng)能光伏板收集到太陽(yáng)能，然后經(jīng)過DC-DC變換器給蓄電池充電，使輸入輸出阻抗實(shí)現(xiàn)匹配；目前，常見的DC-DC變換電路有Buck電路、Boost電路和SEPIC電路，本系統(tǒng)采用SEPIC電路作為DC-DC轉(zhuǎn)換電路。如圖3所示，其輸入電壓和輸出電壓的比值可以為任意值，如下式：
   
    其中，β為開關(guān)SPST的占空比；由式(9)可知，我們可以通過調(diào)節(jié)β決定U0和U1的大小，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。

3．2 CPU主控模塊
    系統(tǒng)采用STM32F103c8作為主控芯片。STM32F103c8使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72 MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)I／O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C和SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)CAN。[!--empirenews.page--]
3．3 電壓電流采樣電路
    本系統(tǒng)電壓電流采樣電路采用OP37為主控芯片，電壓采樣電路采用對(duì)輸入電壓進(jìn)行直接分壓后進(jìn)行采樣；而電流采樣電路采用采樣電阻后把采樣電流轉(zhuǎn)化成采樣電壓后通過差分放大電路后進(jìn)行電壓采樣。

3．4 驅(qū)動(dòng)電路
    本系統(tǒng)采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。其調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大。
3．5 顯示電路
    為了更直觀地觀察輸出輸入電壓電流數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采LCD1602液晶顯示模塊，用于更直觀地讀取數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)運(yùn)用C語(yǔ)言編寫。C語(yǔ)言對(duì)機(jī)器底層硬件操作方便，模塊化程度高，可讀性與可移植性好。該軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分組成：程序由初始化模塊、功能模塊組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

5 結(jié)束語(yǔ)
    本系統(tǒng)是在ARM環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，基于SEPIC電路，并采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路，解決了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的效率問題，運(yùn)用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，提高了太陽(yáng)能的利用率。