[发明专利]用于实现MPPT的宽温度补偿恒压式光伏发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及是一种宽温度范围补偿恒压式光伏发电MPPT实现系统，特别是一种应用于小功率光伏发电为小型电子设备提供电能。

背景技术

随着光伏发电技术的日渐成熟，直接利用太阳能面板提供电力已经广泛应用于人们生产生活的各个方面。传统的恒压跟踪法(CVT)设计方法忽略环境温度对太阳面板开路电压的影响，仅通过设定正常环境温度下太阳能电池的最佳工作开路电压来保证光伏面板的能够输出最大功率，CVT方式具有控制简单、可靠性高、稳定性好及易于实现等优点。但太阳能面板一般在野外使用，四季和日夜温差变化很大。以单晶硅太阳面板为例，当环境温度每升高1℃时，其开路电压下降率为0.35％～0.45％。而传统的CVT控制方法并不能随环境温度的改变跟踪太阳能面板的最大功率点，太阳能面板利用率不高。在不同的光照强度、环境温度外部环境情况下，太阳能面板的最大功率输出点会有较大的变化，因此我们需要在传统的CVT控制技术基础上增加相关控制电路来克服环境温度对最大功率点跟踪的影响。利用采样普通二极管随温度变化的压降来提供光伏面板最大功率点的变化趋势，但采样电路精度要求高，控制复杂。而通过增加额外光伏面板判断MPPT又不符合小功率光伏发电系统对体积和成本的限制，只能适用中大功率场合。

随着数字芯片的应用，适用于中大功率光伏系统的MPPT技术较为成熟（如固定步长干扰观察法、电导法等方法）。受体积和成本的限制，适用于小功率光伏发电系统的MPPT技术则需要进一步研究（家用微型逆变器、便携式电子充电设备等应用）。对于小功率光伏发电系统应该综合考虑太阳能面板利用率、设备成本、使用效率和电路保护等问题。太阳能面板的输出特性具有较强的非线性特征，随着光照强度和环境温度的不同，太阳能面板端电压、输出电流和最大输出功率都会产生很大的变化。目前性能优良的小功率光伏发电设备价格偏高，限制了太阳能发电技术在小功率场合的应用。因此需要充分结合光伏面板的工作特性，研究适用于小功率场合的高性能、低成本太阳能充电设备的控制技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对小功率太阳能面板发电场合，提出了低成本、高效率的宽温度范围补偿恒压式太阳能面板MPPT实现方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于实现MPPT的宽温度补偿恒压式光伏发电系统，包括温度补偿电路、动态限流电路、Buck变换器；其中所述温度补偿电路用于实时检测环境温度，设定动态限流电路的工作电压，为动态限流电路提供温度补偿信号；所述动态限流电路根据温度补偿电路提供的温度补偿信号，动态控制Buck变换器的输入电流；Buck变换器根据动态限流电路动态输入的电流，控制光伏发电系统中太阳能面板的输出电压保持在最大功率输出电压处，然后将太阳能面板的输出电压转换为负载期望的输出电压。

进一步的，本发明的用于实现MPPT的宽温度补偿恒压式光伏发电系统，所述温度补偿电路由第一至第五电阻、稳压管、第一电容和比较器构成，其中所述比较器的正相输入端分别与第二电阻的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端连接；所述比较器的正相输出端分别与第一电阻的一端、第二电阻的另一端，第三电阻的另一端、第五电阻的一端连接；所述比较器的反相输入端分别与第一电阻的另一端、稳压管的阴极连接；所述比较器的反相输出端分别与稳压管的阳极、第四电阻的另一端、第一电容的一端连接后接地；所述比较器的电压输出端分别与第一电容的另一端、第五电阻的另一端连接；其中第二电阻为负温度系数电阻NTC，所述温度补偿电路通过负温度系数电阻NTC实时检测环境温度，控制比较器的输出电压。

进一步的，本发明的用于实现MPPT的宽温度补偿恒压式光伏发电系统，所述动态限流电路由第六电阻、第二电容和第一P沟道MOSFET相互并联构成；温度补偿电路通过控制第一P沟道MOSFET的门极电压，让第一MOSFET工作在线性区不同状态获得不同的电阻值，该电阻值与第六电阻并联后共同构成Buck变换器的限流电阻，动态控制Buck变换器的输入电流，使太阳能面板始终工作在最佳输出电压点，实现太阳能面板工作的MPPT功能。

进一步的，本发明的用于实现MPPT的宽温度补偿恒压式光伏发电系统，所述Buck变换器包括光伏面板、输入电感、第七至第十电阻、第三至第六电容、续流二极管、第二P沟道MOSFET及控制芯片；

其中所述控制芯片的第1引脚与动态限流电路的输出端连接；

所述光伏面板的一端分别与第七电阻的一端、第三电容的一端、第二P沟道MOSFET的源极、第四电容的一端、第五电容的一端以及控制芯片的第8引脚连接；