太陽(yáng)電池串聯(lián)均壓控制系統原理及設計

近年來(lái)，隨著(zhù)太陽(yáng)電池的生產(chǎn)規模的擴大，太陽(yáng)電池成本不斷下降，對太陽(yáng)能的利用正在向深度和廣度發(fā)展。當今一種清潔可再生新型綠色能源——太陽(yáng)能，以其相比傳統化石能源得天獨厚的優(yōu)勢，正受到人們越來(lái)越多的關(guān)注。
　　
為適應不同負載所需的電壓等級，實(shí)際使用中以多塊太陽(yáng)能電池串聯(lián)。為實(shí)現系統高效率運行，需要研究系統總輸出功率與各太陽(yáng)能電池電氣參數之間的關(guān)系。有關(guān)資料表明，多塊太陽(yáng)能電池串聯(lián)系統的輸出功率與各太陽(yáng)能電池端電壓密切相關(guān)：當各太陽(yáng)能電池板端電壓相等時(shí)的的輸出功率較端電壓不相等時(shí)有很大提高。
　　
由太陽(yáng)能電池的直流模型可知，太陽(yáng)能電池是一個(gè)復雜的非線(xiàn)性系統，其特性受自身工藝參數，太陽(yáng)電池溫度，外界光照條件等諸多因素影響。圖1是兩塊太陽(yáng)能電池I—V曲線(xiàn)（Uoc是開(kāi)路電壓，Is是短路電流）。本文從兩塊太陽(yáng)能電池串聯(lián)系統出發(fā)，探討系統的輸出功率在各太陽(yáng)能電池端電壓的變化趨勢。

圖1太陽(yáng)能電池特性曲線(xiàn)

雙向功率流動(dòng)CUK變換器
　　
在DC--DC變換器中，用具有單向導電性的晶體管和場(chǎng)效應管做開(kāi)關(guān)，只能實(shí)現功率的單方向流動(dòng)，而實(shí)際各太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓差別正負是隨機的。需要一種可以實(shí)現功率雙方向流動(dòng)DC--DC變換器。
　　
功率雙向流動(dòng)CUK變換器（圖2）與傳統的單向功率流動(dòng)CUK變換器不同的是：在原來(lái)開(kāi)關(guān)管Q1和二極管D1兩端分別反向并聯(lián)二極管D2和開(kāi)關(guān)管Q2如圖3所示。這個(gè)電路具有對稱(chēng)性，輸入輸出電流方向可正可負。右邊負載R換為下正上負電壓源Vs，左邊電壓源Vs換為負載R,則功率從右向左倒流[2]。

圖2　功率雙向流動(dòng)CUK變換器

工作原理

1主電路
　　
在上述雙向功率流動(dòng)的CUK變換器的基礎上，組成了雙太陽(yáng)能電池串聯(lián)均壓系統的主電路,如圖3所示。其中：PANELA　PANELB分別為兩塊相串聯(lián)的太陽(yáng)能電池板，L1,L2為緊耦合電感，C為能量交換電容，G1G2為開(kāi)關(guān)管，D1D2為快恢復二極管，R1R2為開(kāi)關(guān)管漏極電流取樣電阻，R為負載電阻。