第40卷第2期2014年3月中国测试
CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.40No.2March ，2014
doi ：10.11857/j.issn.1674-5124.2014.02.018
太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器设计
高春甫1，陆
爽1，贺新升1，王
彬2，谢楚雄1
（1. 浙江师范大学工学院，浙江金华321004；2. 南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏常州213011）
摘
要：为提高光伏发电系统的效率，设计一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器。该控制器采用升降压式DC-
利用变步长占空比扰动法实现最大功率点跟踪。设计以超级电容和蓄电池混合储能的充电方式，该方DC 变换电路，
结果表明：法在太阳光强较弱时用小电流继续对蓄电池充电，实现对蓄电池实时充电。对太阳能充电进行相关实验，设计的最大功率点跟踪控制器可以在任何光照条件下完成充电，超级电容与蓄电池混合充电比蓄电池单独充电时的充电电流增加了29.1%，提高光伏发电系统的效率。
关键词：太阳能光伏发电；最大功率点跟踪；占空比扰动法；超级电容中图分类号：TM615；TM933.3；TM53；TP273
文献标志码：A
文章编号：1674-5124（2014）02-0070-04
Design of maximum power point tracking controller with photovoltaic
power generation
GAO Chun-fu 1，LU Shuang 1，HE Xin-sheng 1，WANG Bin 2，XIE Chu-xiong 1（1. College of Engineering, Zhejiang Normal University ，Jinhua 321004，China ；
2. CSR Qishuyan Institute Co. ，Ltd. ，Changzhou 213011，China ）
Abstract:In order to improve the efficiency of the PV system ，a maximum power point tracking
controller of photovoltaic power generation was designed in this paper. The controller uses buck-boost DC-DC conversion circuit and variable step of duty ratio perturbation method to implement the maximum power point tracking. The charging method of super capacitor and storage battery was designed. The method can use the small current to charge the battery when the sunlight weaker and realize the battery charging real-time. The solar charging experiment is carried on in this paper. The experimental results show that the designed maximum power point tracking controller can complete charging in any light conditions. The charging current of super capacitor and battery hybrid increases 29.1%than the battery alone. It also can improve the efficiency of the PV power system.
Key words:solar photovoltaic power generation ；maximum power point tracking ；duty ratio perturbation method ；super capacitor
0引言
太阳能作为一种可再生资源，具有清洁度高、资
可持续利用等优点，现已被各国争相开发源潜力大、
利用[1]。但由于太阳能存在空间分布不均、间歇性大的特点，其利用率一直较低，不能大面积推广应用[2]。
收稿日期：2013-07-15；收到修改稿日期：2013-09-02作者简介：高春甫（1965-），男，吉林长春市人，教授，博士，
研究方向为机电一体化。
近年来，太阳能光伏发电发展很快，已逐渐成为全球
发展最快的新兴行业之一，并且以每年32.1%的平均速度增长[3]。就现有的光伏发电系统存在的问题来说，提高效率和降低成本是光伏发电的关键。因此，为了充分利用太阳能电池所产生的能量，通常在太阳能电池和负载之间串联最大功率点跟踪（maximum power point tracking ，MPPT ）电路[4-5]，从而实现最大功率输出。
第40卷第2期
高春甫等：太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器设计
71
本文在研究最大功率点跟踪实现原理的基础
上，研究了最大功率点跟踪控制算法，首先提出一种变步长占空比扰动法；然后以单片机为控制核心，设计了太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器以及超级电容和蓄电池混合储能的充电电路；最后通过实验验证有效提高了太阳能电池的输出效率。
1
1.1
太阳能光伏发电最大功率点跟踪的实现
最大功率点跟踪实现原理
在太阳能光伏发电自动跟踪系统中，为了能充分利用太阳能，必须考虑使其工作在最佳状态，即要使其工作在最大功率点上[6-7]。太阳能电池的最大功率点跟踪原理就是通过控制太阳能电池的端电压U ，使太阳能电池在不同的辐照强度和温度环境下智能化地输出最大功率[8]。由于太阳能电池的开路电压和短路电流受温度和辐照强度的影响，其系统的工作点会在最大功率点附近来回波动，从而导致整个系统的效率下降。为解决上述问题，太阳能电池必须实现最大功率点的跟踪控制，以便在不同辐照强度下获得最大功率的输出。
为了能实时得到最大功率点，太阳能控制器需要对光伏发电系统的输出电压和输出电流进行准确采样。因为输出电压和电流的乘积即为当前的输出功率，因此将此时刻的输出功率与前一时刻相比较，通过调节PWM 的占空比，使太阳能板始终工作在最大功率点。本文设计的太阳能控制器通过采用升降压式DC-DC 变换电路，将太阳能板的不稳定电压通过DC-DC 变换后输出稳定的直流电压。图1为升降压DC-DC 变换电路拓扑结构，其主电路由开关管S 、二
电感L 和电容C 等构成。极管D 、
i 1
+
U in
PV -S
i L L
i C
C
-R
U out +
D
i 2
从式（1）可看出，当D =0.5时，U out =U in ；当D
时，U out
因此只需根据输入电压，通过调节开关于输入电压。
可以将变化的直流输入变成稳定的直管S 的占空比，
流输出，利用DC-DC 变换电路的这一特点可以实现最大功率点跟踪。
1.2最大功率点跟踪控制方法设计
为了实现最大功率点的跟踪控制，本文采用变步
在太阳能光伏发电系统中，太阳能长占空比扰动法。
板和负载之间的接口通常采用PWM 型的DC-DC 变换器。在这种变换电路的结构中，占空比D 是可控
只需通过控制DC-DC 变换器开关管的变量。因此，
的占空比D ，即根据功率的变化在线自动调节占空比的变化量，从而调整太阳能电池的输出功率，使其始终输出最大。占空比D 的大小决定了太阳能板输出功率P 的大小，要使太阳能电池的功率输出最大，就
系统工作在最大功要满足d P /dD =0。当d P /dD >0时，
率左边；当d P /dD
虽然跟踪速度较快，但长的择优问题。若步长过大，
在最大功率点附近的波动就大；若步长过小，虽然在最大功率点附近的稳态波动小，但跟踪速度则较慢，无法适应外部环境的快速变化。因此，本文选用变步长的方法搜索步长，其优点是精度高、稳态波动小。其流程图如图2所示。
开始
Y
D k -D k -1=0?
N
n =sign（d P /du ）Y
N
n >0
N
N
m*n>0?Y u=u+Δu m=n
m*n>0?Y
u=u-Δu m=n
图1升降压DC-DC 变换电路拓扑结构
u=u+Δu /2m=n
由图1可看出，当开关管S 处于导通状态时，二
太阳能电池给电感L 充电，其输出电极管D 截止，
压与输入电压之间的关系为
U out =-U in ×D （1）
式中：U in ———太阳能电池的输入电压；
U out ———输出电压；D ———占空比。
u=u-Δu /2
m=n
运回
图2变步长占空比扰动法流程图
首先对k 时刻和k -1时刻的占空比进行比较。假设系统工作在最大功率点附近左侧，以步长Δu 进
72
中国测试2014年3月
行搜索，其中m 和n 均表示d P /dD 的方向，m 表示上次的方向，n 表示这次的方向，然后比较D k -1及D k ，直
此时工作点在最大功率点的右到出现D k +1
侧，应改变搜索方向，并将步长减小至Δu /2，精度提高了一倍，然后继续搜索直到搜索方向第二次发生
精度再次提高了一倍。改变。继续减小步长至Δu /4，
依次类推，直到搜索到最大功率点为止。采用变步长占空比扰动法可有效消除系统在最大功率点附近的振荡现象。
1.3最大功率点跟踪控制器设计
太阳能光伏发电系统主要由太阳能板、太阳能控制器、蓄电池和负载等4部分组成。其中太阳能控制器是整个系统的核心部分，主要完成最大功率点
）、蓄电池的充电、负载的供电和蓄电池跟踪（MPPT
保护等功能，其性能的好坏将直接决定整个光伏系统的性能。图3为太阳能控制器系统原理图。
太阳能控制器
法在太阳光较弱时，可以用小电流继续对蓄电池充电，实现对蓄电池实时充电，提高了利用率。
D
A/D采
蓄电池
样蓄电
池电压送至单片机
C
太阳能电池板
霍尔电流传感器
S
A/D采样太阳能电池电流送至单片机
图4超级电容和蓄电池混合充电电路图
A/D转换
太阳能板
电压、电流检测
MPPT 算法PWM
驱动电路
单片机
DC-DC 变换器充放电保护电路
蓄电池
负载
图3太阳能控制器系统原理图
太阳能控制器包括单片机、DC-DC 变换器、电
驱动电路以及充放电保护电路等。压电流检测电路、
其中电压电流检测电路先将采集到的模拟信号通过A/D转换及最大功率点跟踪算法输入到单片机进行分析计算，然后系统通过太阳能控制器寻找太阳能电池板的最大功率点。单片机通过驱动电路输出PWM 脉冲控制信号调节DC-DC 变换电路内部开关管的通断，完成对DC-DC 变换电路输出电压及输出电流的控制。通过PWM 驱动电路来调节升降压DC-DC 变换器的D ，从而改变升降压DC-DC 变换器的V in ，使其与太阳能电池板最大功率点所对应的电压相匹配，以实现对最大功率点的跟踪控制。
图4为本文设计的超级电容和蓄电池混合充电
当开关管S 断开时，太阳能电池对超级电容电路图。
C 充电，电荷从太阳能电池板转移到超级电容中；当开关管S 接通时，太阳能电池板和超级电容一起给蓄电池充电。此时，超级电容中的电荷将转移到蓄电池中，由于给蓄电池充电的充电电流呈指数衰减，因此当超级电容中的电荷全部转移到蓄电池后，太阳能电池就会对蓄电池进行直充。这样，不仅实现了对蓄电池的脉冲充电，而且还提高了蓄电池的工作寿命和
尤其当早晚太阳光照较弱时，由于太阳能充电效率。
电池板输出的电流很小，此时如果直接给蓄电池充电的话，其利用率会很低。通过在电路中加超级电容，即先将电能储存在超级电容中，然后经超级电容再将电能转到蓄电池上。这样只要太阳能电池板产生电能，无论其电流多小，都可对蓄电池进行充电，从而最大限度地提高了利用率。
3实验研究
2超级电容和蓄电池混合储能充电电路设计
在太阳能光伏发电中，由于太阳能电池输出的电能很不稳定，对蓄电池充电时要面临负载功率脉动的问题[7]，这样对蓄电池的寿命有很大的影响。因此，本文提出用超级电容和蓄电池联合充电的方法。该方
在太阳能充电实验中，用太阳能板输出的电能给太阳自动跟踪装置中的蓄电池进行充电，并用HSM-DE-1-A2V60-AD 型直流电能智能数显表对太阳能充电电流进行监测。实验中，将6个10W 的太阳能板串联后组成60W 的太阳能板方阵。其太阳能板的
短路电流I sc =0.285A ，最参数为：开路电压U oc =21V ，
大功率点电压U m =18.5V，最大功率点电流I m =0.26A，最大功率P m =10W ；蓄电池的参数为48V ，20Ah ；超级电容的参数为12V ，16.7F 。从8：00开始到18：00结束，期间每30min 记一次电流值I ，分别对超级电容蓄电池混合充电和蓄电池单独充电进行对比实验，
图6为太阳能其太阳能充电电流曲线如图5所示，
自动跟踪装置充电实物图。
由图5太阳能充电电流曲线可知，充电电流随着太阳光强的增加慢慢增大，在13：00左右最大，约为
第40卷第2
期
0.300.250.20I /A 0.150.100.05
高春甫等：太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器设计
73
4结束语
超级电容蓄电池混合充电
蓄电池单独充电
8∶009∶0010∶0011∶0012∶0013∶0014∶0015∶0016∶0017∶0018∶00
t /h
图5太阳能充电电流曲线
本文提出了一种以单片机为控制核心，采用DC-DC 升降压式变换电路设计的太阳能控制器。该太阳能控制器通过驱动电路输出PWM 脉冲控制信号调节DC-DC 变换电路内部开关管的通断，完成对DC-DC 变换电路输出电压及电流的控制。并通过PWM 驱
从而实动电路调节升降压DC-DC 变换器的占空比，
现对最大功率点的跟踪控制。设计了用超级电容和蓄电池混合储能的充电方式，该充电方式比蓄电池单独充电时的充电电流增加了29.1%，可以使光伏发电系统在光强较弱时，用小电流继续完成对蓄电池充电，实现了对蓄电池的实时充电，提高了太阳能发电系统的效率，在实际应用中有很好的应用前景。
参考文献
[1][2]
沈辉，曾祖勤. 太阳能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2005.
Koutroulis E ，Kalaitzkis K ，Voulgaris N C. De velop －ment of a microcontroller -based ，photovoltaic maximum power [3]
point
tracking control system[J].IEEE Trans on
2001，16（1）：45-46. Power Electronics ，
Tse K K. A novel maximum power point tracking tech －nique for PV panels[J].PESC ’2001，2001（4）：1970-1975. Baltas P ，Tortoreli M ，Russel P. Evaluation of power output for fixed and step tracking photovoltaic arrays[J].Solar Energy ，1986，37（2）：147-163. [5][6][7][8]
孙茵茵，鲍剑斌，王凡. 太阳自动跟踪器的研究[J].机械设计与制造，2005（7）：157-159.
雷元超，陈春根，沈俊，等. 光伏电源最大功率点跟踪控制2004，23（3）：76-80. 方法研究[J].电工电能新技术，
欧阳名三. 采用单片机的太阳能电池最大功率点跟踪控制器[J]．电子科技，2002（12）：753-755.
吴透明，姚国兴. 基于PIC 单片机带最大功率点跟踪的光伏蓄电池脉冲充电系统[J].低压电器，2011（18）：24-27.
图6太阳能自动跟踪装置充电实物图[4]
0.3A ，然后随着光强的减弱慢慢下降。当蓄电池单独
30和15：30左右充电电流突然下降，充电时，在10：
这是由于此时天空中有云，遮挡了太阳光，使太阳光照突然减弱，这就使得太阳能充电电流突然减小。而超级电容和蓄电池混合充电时，在光强较弱的早晚、以及天空中云层遮挡时其充电曲线变化较为缓慢，仍然能够以较大电流进行充电，其充电电流比蓄电池单独充电时增加了29.1%，充电速度将大为增加，从而提高了光伏发电系统效率，延长了蓄电池的寿命。
第40卷第2期2014年3月中国测试
CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.40No.2March ，2014
doi ：10.11857/j.issn.1674-5124.2014.02.018
太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器设计
高春甫1，陆
爽1，贺新升1，王
彬2，谢楚雄1
（1. 浙江师范大学工学院，浙江金华321004；2. 南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏常州213011）
摘
要：为提高光伏发电系统的效率，设计一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器。该控制器采用升降压式DC-
利用变步长占空比扰动法实现最大功率点跟踪。设计以超级电容和蓄电池混合储能的充电方式，该方DC 变换电路，
结果表明：法在太阳光强较弱时用小电流继续对蓄电池充电，实现对蓄电池实时充电。对太阳能充电进行相关实验，设计的最大功率点跟踪控制器可以在任何光照条件下完成充电，超级电容与蓄电池混合充电比蓄电池单独充电时的充电电流增加了29.1%，提高光伏发电系统的效率。
关键词：太阳能光伏发电；最大功率点跟踪；占空比扰动法；超级电容中图分类号：TM615；TM933.3；TM53；TP273
文献标志码：A
文章编号：1674-5124（2014）02-0070-04
Design of maximum power point tracking controller with photovoltaic
power generation
GAO Chun-fu 1，LU Shuang 1，HE Xin-sheng 1，WANG Bin 2，XIE Chu-xiong 1（1. College of Engineering, Zhejiang Normal University ，Jinhua 321004，China ；
2. CSR Qishuyan Institute Co. ，Ltd. ，Changzhou 213011，China ）
Abstract:In order to improve the efficiency of the PV system ，a maximum power point tracking
controller of photovoltaic power generation was designed in this paper. The controller uses buck-boost DC-DC conversion circuit and variable step of duty ratio perturbation method to implement the maximum power point tracking. The charging method of super capacitor and storage battery was designed. The method can use the small current to charge the battery when the sunlight weaker and realize the battery charging real-time. The solar charging experiment is carried on in this paper. The experimental results show that the designed maximum power point tracking controller can complete charging in any light conditions. The charging current of super capacitor and battery hybrid increases 29.1%than the battery alone. It also can improve the efficiency of the PV power system.
Key words:solar photovoltaic power generation ；maximum power point tracking ；duty ratio perturbation method ；super capacitor
0引言
太阳能作为一种可再生资源，具有清洁度高、资
可持续利用等优点，现已被各国争相开发源潜力大、
利用[1]。但由于太阳能存在空间分布不均、间歇性大的特点，其利用率一直较低，不能大面积推广应用[2]。
收稿日期：2013-07-15；收到修改稿日期：2013-09-02作者简介：高春甫（1965-），男，吉林长春市人，教授，博士，
研究方向为机电一体化。
近年来，太阳能光伏发电发展很快，已逐渐成为全球
发展最快的新兴行业之一，并且以每年32.1%的平均速度增长[3]。就现有的光伏发电系统存在的问题来说，提高效率和降低成本是光伏发电的关键。因此，为了充分利用太阳能电池所产生的能量，通常在太阳能电池和负载之间串联最大功率点跟踪（maximum power point tracking ，MPPT ）电路[4-5]，从而实现最大功率输出。
第40卷第2期
高春甫等：太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器设计
71
本文在研究最大功率点跟踪实现原理的基础
上，研究了最大功率点跟踪控制算法，首先提出一种变步长占空比扰动法；然后以单片机为控制核心，设计了太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器以及超级电容和蓄电池混合储能的充电电路；最后通过实验验证有效提高了太阳能电池的输出效率。
1
1.1
太阳能光伏发电最大功率点跟踪的实现
最大功率点跟踪实现原理
在太阳能光伏发电自动跟踪系统中，为了能充分利用太阳能，必须考虑使其工作在最佳状态，即要使其工作在最大功率点上[6-7]。太阳能电池的最大功率点跟踪原理就是通过控制太阳能电池的端电压U ，使太阳能电池在不同的辐照强度和温度环境下智能化地输出最大功率[8]。由于太阳能电池的开路电压和短路电流受温度和辐照强度的影响，其系统的工作点会在最大功率点附近来回波动，从而导致整个系统的效率下降。为解决上述问题，太阳能电池必须实现最大功率点的跟踪控制，以便在不同辐照强度下获得最大功率的输出。
为了能实时得到最大功率点，太阳能控制器需要对光伏发电系统的输出电压和输出电流进行准确采样。因为输出电压和电流的乘积即为当前的输出功率，因此将此时刻的输出功率与前一时刻相比较，通过调节PWM 的占空比，使太阳能板始终工作在最大功率点。本文设计的太阳能控制器通过采用升降压式DC-DC 变换电路，将太阳能板的不稳定电压通过DC-DC 变换后输出稳定的直流电压。图1为升降压DC-DC 变换电路拓扑结构，其主电路由开关管S 、二
电感L 和电容C 等构成。极管D 、
i 1
+
U in
PV -S
i L L
i C
C
-R
U out +
D
i 2
从式（1）可看出，当D =0.5时，U out =U in ；当D
时，U out
因此只需根据输入电压，通过调节开关于输入电压。
可以将变化的直流输入变成稳定的直管S 的占空比，
流输出，利用DC-DC 变换电路的这一特点可以实现最大功率点跟踪。
1.2最大功率点跟踪控制方法设计
为了实现最大功率点的跟踪控制，本文采用变步
在太阳能光伏发电系统中，太阳能长占空比扰动法。
板和负载之间的接口通常采用PWM 型的DC-DC 变换器。在这种变换电路的结构中，占空比D 是可控
只需通过控制DC-DC 变换器开关管的变量。因此，
的占空比D ，即根据功率的变化在线自动调节占空比的变化量，从而调整太阳能电池的输出功率，使其始终输出最大。占空比D 的大小决定了太阳能板输出功率P 的大小，要使太阳能电池的功率输出最大，就
系统工作在最大功要满足d P /dD =0。当d P /dD >0时，
率左边；当d P /dD
虽然跟踪速度较快，但长的择优问题。若步长过大，
在最大功率点附近的波动就大；若步长过小，虽然在最大功率点附近的稳态波动小，但跟踪速度则较慢，无法适应外部环境的快速变化。因此，本文选用变步长的方法搜索步长，其优点是精度高、稳态波动小。其流程图如图2所示。
开始
Y
D k -D k -1=0?
N
n =sign（d P /du ）Y
N
n >0
N
N
m*n>0?Y u=u+Δu m=n
m*n>0?Y
u=u-Δu m=n
图1升降压DC-DC 变换电路拓扑结构
u=u+Δu /2m=n
由图1可看出，当开关管S 处于导通状态时，二
太阳能电池给电感L 充电，其输出电极管D 截止，
压与输入电压之间的关系为
U out =-U in ×D （1）
式中：U in ———太阳能电池的输入电压；
U out ———输出电压；D ———占空比。
u=u-Δu /2
m=n
运回
图2变步长占空比扰动法流程图
首先对k 时刻和k -1时刻的占空比进行比较。假设系统工作在最大功率点附近左侧，以步长Δu 进
72
中国测试2014年3月
行搜索，其中m 和n 均表示d P /dD 的方向，m 表示上次的方向，n 表示这次的方向，然后比较D k -1及D k ，直
此时工作点在最大功率点的右到出现D k +1
侧，应改变搜索方向，并将步长减小至Δu /2，精度提高了一倍，然后继续搜索直到搜索方向第二次发生
精度再次提高了一倍。改变。继续减小步长至Δu /4，
依次类推，直到搜索到最大功率点为止。采用变步长占空比扰动法可有效消除系统在最大功率点附近的振荡现象。
1.3最大功率点跟踪控制器设计
太阳能光伏发电系统主要由太阳能板、太阳能控制器、蓄电池和负载等4部分组成。其中太阳能控制器是整个系统的核心部分，主要完成最大功率点
）、蓄电池的充电、负载的供电和蓄电池跟踪（MPPT
保护等功能，其性能的好坏将直接决定整个光伏系统的性能。图3为太阳能控制器系统原理图。
太阳能控制器
法在太阳光较弱时，可以用小电流继续对蓄电池充电，实现对蓄电池实时充电，提高了利用率。
D
A/D采
蓄电池
样蓄电
池电压送至单片机
C
太阳能电池板
霍尔电流传感器
S
A/D采样太阳能电池电流送至单片机
图4超级电容和蓄电池混合充电电路图
A/D转换
太阳能板
电压、电流检测
MPPT 算法PWM
驱动电路
单片机
DC-DC 变换器充放电保护电路
蓄电池
负载
图3太阳能控制器系统原理图
太阳能控制器包括单片机、DC-DC 变换器、电
驱动电路以及充放电保护电路等。压电流检测电路、
其中电压电流检测电路先将采集到的模拟信号通过A/D转换及最大功率点跟踪算法输入到单片机进行分析计算，然后系统通过太阳能控制器寻找太阳能电池板的最大功率点。单片机通过驱动电路输出PWM 脉冲控制信号调节DC-DC 变换电路内部开关管的通断，完成对DC-DC 变换电路输出电压及输出电流的控制。通过PWM 驱动电路来调节升降压DC-DC 变换器的D ，从而改变升降压DC-DC 变换器的V in ，使其与太阳能电池板最大功率点所对应的电压相匹配，以实现对最大功率点的跟踪控制。
图4为本文设计的超级电容和蓄电池混合充电
当开关管S 断开时，太阳能电池对超级电容电路图。
C 充电，电荷从太阳能电池板转移到超级电容中；当开关管S 接通时，太阳能电池板和超级电容一起给蓄电池充电。此时，超级电容中的电荷将转移到蓄电池中，由于给蓄电池充电的充电电流呈指数衰减，因此当超级电容中的电荷全部转移到蓄电池后，太阳能电池就会对蓄电池进行直充。这样，不仅实现了对蓄电池的脉冲充电，而且还提高了蓄电池的工作寿命和
尤其当早晚太阳光照较弱时，由于太阳能充电效率。
电池板输出的电流很小，此时如果直接给蓄电池充电的话，其利用率会很低。通过在电路中加超级电容，即先将电能储存在超级电容中，然后经超级电容再将电能转到蓄电池上。这样只要太阳能电池板产生电能，无论其电流多小，都可对蓄电池进行充电，从而最大限度地提高了利用率。
3实验研究
2超级电容和蓄电池混合储能充电电路设计
在太阳能光伏发电中，由于太阳能电池输出的电能很不稳定，对蓄电池充电时要面临负载功率脉动的问题[7]，这样对蓄电池的寿命有很大的影响。因此，本文提出用超级电容和蓄电池联合充电的方法。该方
在太阳能充电实验中，用太阳能板输出的电能给太阳自动跟踪装置中的蓄电池进行充电，并用HSM-DE-1-A2V60-AD 型直流电能智能数显表对太阳能充电电流进行监测。实验中，将6个10W 的太阳能板串联后组成60W 的太阳能板方阵。其太阳能板的
短路电流I sc =0.285A ，最参数为：开路电压U oc =21V ，
大功率点电压U m =18.5V，最大功率点电流I m =0.26A，最大功率P m =10W ；蓄电池的参数为48V ，20Ah ；超级电容的参数为12V ，16.7F 。从8：00开始到18：00结束，期间每30min 记一次电流值I ，分别对超级电容蓄电池混合充电和蓄电池单独充电进行对比实验，
图6为太阳能其太阳能充电电流曲线如图5所示，
自动跟踪装置充电实物图。
由图5太阳能充电电流曲线可知，充电电流随着太阳光强的增加慢慢增大，在13：00左右最大，约为
第40卷第2
期
0.300.250.20I /A 0.150.100.05
高春甫等：太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器设计
73
4结束语
超级电容蓄电池混合充电
蓄电池单独充电
8∶009∶0010∶0011∶0012∶0013∶0014∶0015∶0016∶0017∶0018∶00
t /h
图5太阳能充电电流曲线
本文提出了一种以单片机为控制核心，采用DC-DC 升降压式变换电路设计的太阳能控制器。该太阳能控制器通过驱动电路输出PWM 脉冲控制信号调节DC-DC 变换电路内部开关管的通断，完成对DC-DC 变换电路输出电压及电流的控制。并通过PWM 驱
从而实动电路调节升降压DC-DC 变换器的占空比，
现对最大功率点的跟踪控制。设计了用超级电容和蓄电池混合储能的充电方式，该充电方式比蓄电池单独充电时的充电电流增加了29.1%，可以使光伏发电系统在光强较弱时，用小电流继续完成对蓄电池充电，实现了对蓄电池的实时充电，提高了太阳能发电系统的效率，在实际应用中有很好的应用前景。
参考文献
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图6太阳能自动跟踪装置充电实物图[4]
0.3A ，然后随着光强的减弱慢慢下降。当蓄电池单独
30和15：30左右充电电流突然下降，充电时，在10：
这是由于此时天空中有云，遮挡了太阳光，使太阳光照突然减弱，这就使得太阳能充电电流突然减小。而超级电容和蓄电池混合充电时，在光强较弱的早晚、以及天空中云层遮挡时其充电曲线变化较为缓慢，仍然能够以较大电流进行充电，其充电电流比蓄电池单独充电时增加了29.1%，充电速度将大为增加，从而提高了光伏发电系统效率，延长了蓄电池的寿命。