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太阳能最大功率点自动跟踪的系统设计隨着经济的不断发展，全球能源逐步趋于紧张，环境污染的现象日趋严重，而太阳能由于其具有可再生及洁净的特点，所以越来越受到人们的青睐。
在以后的发展过程中，太阳能的光伏电池使用率将越来越高，因此如何提高太阳能发电系统的效率是现在需重点研究的方向。
标签：太阳能；光伏；最大功率点；自动跟踪；系统设计引言：太阳能的技术含量较高，对环境不存在破坏，本文通过对光伏发展历程及太阳能光伏发电最大功率点自动跟踪的实现进行阐述，探讨太阳能最大功率点自动跟踪的系统设计。
一、我国光伏的发展历程我国从60年代开始在空间使用太阳能光伏电池，在70年代初期开始在地面使用了光伏电池，而在80年代中期创建了低成本的技术以及生产能力，我国在光伏电池/组件的总生产能力已经实现了4.5MW，光伏行业已经初具规模。
到了上世纪90年代中期，光伏产业在我国已经逐步趋向稳定，年生产量逐步提高。
在“九五”期间，国家科委已经将太阳能屋顶系统归到国家科技攻关计划当中，并分别在北京与深圳创建了7KW和17KW的光伏发电系统。
在90年代末期，我国的光伏发电产品大多以单晶硅电池及非晶硅电池为主，而多晶硅电池仅使用在实验室以及正式投产前的实验当中[1]。
可是2000年以后，多晶硅的产品渐渐走出实验室，开始构成具有规模的生产方式，不断拉近了与发达国家之间的技术差距。
为了加快光伏技术以及产业的发展，国家在2003年10月，由发改委、科技部颁布了未来5年的太阳能资源研发规划，发改委将在光明工程中筹资100亿用在推动太阳能光伏发电技术的使用上，计划在2005年，我国光伏发电系统的总装机容量将实现300MW。
在2008年北京奥运会期间，我国也将太阳能光伏发电使用在奥运建筑当中，大范围的使用了太阳能等绿色能源技术。
二、实现太阳能最大功率点自动跟踪1、实现最大功率点自动跟踪的原理最大功率点跟踪（the Maximum Power Point Tracking，MPPT）的目的就是使太阳能电池尽可能工作在最大功率点（the Maximum Power Point，MPP）所对应的工作状态，将光伏组件产生的最大直流电能及时地尽可能多地加以利用，使光伏系统的系统能量利用率尽可能高。
![太阳能发电最大功率点跟踪装置的设计与实现[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/f5e89ab265ce050876321393.png)
第26卷第3期上海第二工业大学学报 V ol.26 No.3 2009年9月 JOURNAL OF SHANGHAI SECOND POLYTECHNIC UNIVERSITY Sept. 2009 文章编号:1001-4543(2009)03-0176-07太阳能发电最大功率点跟踪装置的设计与实现周令琛, 王晓伟（上海第二工业大学电子与电气工程学院，上海 201209）摘 要:阐述了太阳能发电最大功率点跟踪装置的设计和实现。
该装置是为了使光伏电池输出最大功率，主要是由Boost电路和最大功率点跟踪控制器两部分组成。
通过A/D转换电路将三个参数U in（太阳能电池电压）、U o（蓄电池充电电压）和I o（蓄电池电电流）输入到89C52单片机处理，再由所设计的内部算法程序计算出达到最大功率所需的控制信号，然后由D/A转换电路将其转换成模拟信号，去控制PWM（脉宽调制）电路，从而改变Boost电路的占空比D，使得光伏电池电压与其最大功率点的值对应。
该装置的性能由一组实验测试数据得到证实。
关键词：Boost变换电路；最大功率点跟踪；脉宽调制式中图分类号：TM615 文献标识码：A0 引言太阳能发电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点，是一种具有广阔前景的绿色能源，已成为国内外学术界和工业界研究的热点，在未来的供电系统中将占有重要的地位。
中国太阳能资源非常丰富，我国大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，而高性能的太阳能发电技术必然具有其良好的市场潜力和广泛的应用前景。
太阳能发电主要存在两个问题：1）太阳能电池的输出特性受外界环境的影响大，温度和光照辐射强度的变化都可以导致输出功率发生较大的变化；2）太阳能电池转换效率低且价格昂贵，初期投入大。
因此，充分利用太阳能电池所产生能量是太阳能发电系统的基本要求。
本系统研究在太阳能电池和蓄电池之间加设最大功率点跟踪装置，以使发电系统输出最大功率，更有效地利用太阳能。
](https://img.taocdn.com/s1/m/9bf8d07a9b6648d7c1c74643.png)
太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班摘要太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班近年，能源是人类面临经济发展和环境维护平衡需要解决的最根本最重要的问题。
太阳能是一种极为丰富的清洁能源，同时通常最普遍且最方便使用的是电能。
随着现代的能源越来越少，有些能源趋于匮乏状态。
所以我们就根据实际情况设计了一个“太阳光自动跟踪控制器”。
现在，我们居住的家园以太阳光最为普遍，它给我们带来了光和热，我们就要合理的利用光和热，来为我们服务。
我们就通过设计的“太阳光自动跟踪控制器”来实现太阳光跟踪。
我们设计的是根据光转换电来实现功能，首先，我们选光敏传感器来实现光电转换，其次，通过OPA2132PA 来实现差分运算放大，再由继电器实现电机的正、反转，去控制翻转板的运动。
从而实现太阳光自动跟踪。
光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。
所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。
目录摘要 ········································································································ I 目录 (I)I 引言 (5)1 毕业设计的基本任务 ····························································································· 5 2 已有的实验基础和预期结果 ................................................................................. 5 3 毕业设计所完成的主要内容 (5)第一章自动跟踪控制器概论 (6)1.1 概述 ······················································································································ 6 1.2 设计原则 (6)1.2.1 通用性 ········································································································· 6 1.2.2 实用性 ········································································································· 6 1.3 系统组成及功能 (6)1.3.1 太阳光自动跟踪控制器的组成 ································································· 6 1.3.2 功能及工作原理介绍 (7)太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班第二章设计方案与原理概述 (10)2.1 设计的要求 (10)2.1.1 光敏传感器 (10)2.1.2 OPA2132PA 运算放大器 ········································································· 10 2.1.3 继电器 ·······································································································10 2.2 方案论证 ············································································································ 11 2.2.1 运算放大器的选择 ···················································································· 11 2.3 工作原理分析 (11)2.4 设计中注意的问题 ··························································································· 13 2.4.1 集成电路的选择和使用 (13)第三章设计实现 (14)3.1 PROTEL99SE概述 ······························································································ 14 3.2 电路原理图设计 (14)3.2.1 Protel99SE 电路原理图常用工具栏 ························································ 14 3.2.2 电路原理图的设计步骤 ........................................................................... 14 3.3 印制电路板设计 .. (15)3.3.1 Protel 印制电路板设计工具的应用 ························································ 15 3.3.2 PCB 布局布线规则 ·················································································· 15 3.3.3 印制电路板设计注意事项 ······································································· 16 3.4 PROTEL99SE的一些小窍门 .............................................................................. 17 3.5 PCB板的安装焊接 .. (17)3.5.1 元器件的安装 ··························································································· 18 3.5.2 PCB 板的焊接 (18)第四章调试 (21)4.1 电路板元件的安装和焊接 ................................................................................ 21 4.1.1 元器件的安装 . (21)4.1.2 电路板元件的焊接 ··················································································· 21 4.2 电路板的调试 (22)4.2.1 装配工艺检查 ··························································································· 22 4.2.2通电测试 (22)总结 ········································································································· 24 参考文献 (25)致谢 ········································································································· 26 附录 (I)太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班附录1：太阳光自动跟踪控制器原理图 ··································································· I 附录2：太阳光自动跟踪控制器PCB 板 ·································································· I I 附录3：采用LM358作运放的原理图 ···································································· III 附录4：元器件清单 ································································································ IV 附录5：太阳光自动跟踪控制器实物图 (V)太阳光自动跟踪控制设计引言 2006级电信6班汤盛明引言1 毕业设计的基本任务本毕业设计的基本任务是学习掌握自动跟踪控制器的基本原理和技术的实现，并在此基础上对该控制器进行扩展。
太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器的设计分析摘要：目前，绿色可再生能源已被广泛使用，有着独特优势的太阳能光电发电受到了青睐。
太阳能光伏模块的输出功率很容易受到光的强度和温度等环境因素影响，为充分利用光伏模块的输出功率，输出功率必须保持最大化，也就是说，光伏模块的最大功率必须实时跟踪。
因此，有必要对最大功率跟踪进行研究。
关键词：MPPT；控制器；DC/DC转换电路；太阳能光伏发电引言太阳能是能够直接用于生产生活的清洁能源，可以供居民使用，太阳能是源源不断、无穷无尽、无污染、无噪声的，人们越来越重视太阳能光伏发电，已被广泛应用。
然而，光伏电池输出的特性受到光的强度、环境温度、负荷以及其他等影响因素，使其输出的电压与电流变化较大，结果造成输出的功率不够稳定，造成光伏发电系统的效率下降。
因此，该如何更深入地提升光伏电池的效率转换以及如何充分运用光伏阵列的能量转换，成为太阳能光伏发电系统研究的发展方向。
一、太阳能光伏发电系统概述太阳能光伏发电系统的构成主要包括太阳能控制器、光伏板、负载和蓄电池。
太阳能控制器是光伏发电系统的关键，其功能是完成最大功率点跟踪（MPPT）、电池保护、电池充放电及负载电源等，控制器的性能关系到光伏系统的整体性能。
系统的框图如图1。
太阳能控制器的电路单元主要包括单片机、DC/DC的转换电路、电流电压的检测电路、驱动电路以及保护电路充电、放电等。
该控制器使用功耗低、性能高八位单片机MC9S08QG8，电流、电压的检测电路模拟信号收集通过A/D端口发送至单片机进行分析计算，单片机是以驱动电路的输出PWM脉冲的控制信号，来调整DC/DC转换电路开关管内部的接通和关断，使其能够实现对转换电路的输出电压、电流的控制。
太阳能控制器也可以通过蓄电池的终端电压实时测量来保护蓄电池不受过高的充电或过度放电的影响。
图1太阳能光伏发电系统框图二、光伏电池的最大功率跟踪设计在光伏电池输出电流中，输出电流总量与效率是受到光照的强度、环境的温度和功率负荷等几方面的影响。
南京信息职业技术学院毕业设计论文系部专业题目太阳追踪器控制系统设计指导教师评阅教师完成时间： 20**年 4月19日毕业设计(论文)中文摘要毕业设计(论文)外文摘要目录一绪论 (1)二太阳能自动追踪器的现状 (2)2.1 压差式太阳能跟踪器 (2)2.2 控放式太阳追踪器 (2)2.3 时钟跟踪器 (2)2.4 比较控制式太阳跟踪器 (2)三太阳能自动跟踪器存在的问题 (4)四结构设计 (5)五传感器 (6)5.1高精度传感器 (6)5.2大角度传感器 (7)六控制策略及程序设计 (8)七触摸屏控制界面设计 (10)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附件1：PLC控制程序 (15)一绪论太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，研究太阳能发电技术意义重大。
如何提高太阳能电池光电转换率则是光伏发电能否推广应用的根本所在。
太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有本质上的区别。
这就对太阳能的收集与利用提出了更高的要求。
提高太阳能电池光伏电池最大功率，可以从太阳能电池的材质上入手，或从逆变电源设计上入手[1]；另一途径是让太阳能电池跟着阳光旋转，使太阳能电池与阳光入射角保持垂直，以达到光能最大获取率[2]。
这要依靠太阳跟踪器来实现。
太阳跟踪器[3~5]，故名思意，基本功能就是使光伏阵列随着太阳而转动。
太阳能跟踪器根据结构和控制原理不同有单轴控制和双轴控制。
一般双轴系统可提高发电量35%左右，单轴系统可提高2O%左右，聚光型跟踪系统会更高[6]。
本文主要阐述一种双轴太阳跟踪器控制系统的设计方案。
二太阳能自动追踪器的现状2.1 压差式太阳能跟踪器压差式跟踪器的原理是：当入射太阳光发生偏射时，密闭容器的两侧受光面积不同，会产生压力差，在压力的作用下，使装跟踪器重新对准太阳。
根据密闭容器内所装介质的不同，可分为重力差式，气压差式，和液压式。
该机构结构简单，制作费用低，纯机械控制，不需要电子控制部分及外接电源。
光伏发电系统最大功率点跟踪调节策略设计与实现光伏发电系统已成为当今可再生能源领域中最具发展潜力的技术之一。
然而，在实际应用中，光伏发电系统的效率存在一定的限制，其中一个重要的因素是光伏阵列与负载之间的电力匹配问题。
为了提高光伏发电系统的效率，研究人员提出了一种称为最大功率点跟踪（MPPT）技术的方法，进行光伏阵列与负载之间的电能转换效率优化。
光伏发电系统的最大功率点是指在给定的环境条件下，光伏电池阵列所能输出的最大功率。
而最大功率点跟踪则是通过调节光伏阵列的工作状态，使其实时输出与最大功率点相匹配的电压和电流，从而实现最大功率的获取。
在光伏发电系统中，最常用的MPPT技术包括开环和闭环控制两种方式，分别适用于单一光伏阵列和多光伏阵列系统。
开环控制是指根据光照强度、温度等环境参数，通过数学模型计算出光伏阵列的最大功率点。
闭环控制则是通过反馈控制器来实时监测光伏阵列的输出功率，并动态调节光伏阵列的工作状态，不断迭代寻找最大功率点。
基于开环控制的MPPT方法有很多种，其中最常用的是P&O（Perturb and Observe）算法。
P&O算法通过周期性扰动光伏阵列的工作电压或电流，观察输出功率的变化情况，并根据变化趋势不断调整工作状态，直到找到最大功率点。
该算法简单易实现，但受环境条件变化的影响较大，容易出现震荡现象。
为了克服P&O算法的缺点，研究人员提出了很多改进的MPPT算法，如模型预测控制（MPC）、人工神经网络（ANN）等。
这些算法通过建立更准确的数学模型或使用深度学习技术来预测光伏阵列的最大功率点，从而提高了MPPT的精确性和稳定性。
闭环控制的MPPT方法则是通过反馈控制器来实时调节光伏阵列的工作状态，使其输出功率始终保持在最大功率点附近。
闭环控制器一般包括传感器、执行器和控制算法三个部分。
传感器用于实时监测光伏阵列的工作状态，执行器用于调节阵列的工作状态，控制算法则根据传感器的数据和设定的最大功率点参考值，计算出控制量并输出给执行器。
太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器的设计分析摘要：目前，绿色可再生能源得到广泛应用，太阳能光伏发电以其独特优势得到青睐。
由于太阳能光伏组件输出功率非常容易受光照强度和温度等环境因素影响，为充分利用光伏组件输出功率，必须使输出功率始终保持最大，即实时跟踪光伏组件的最大功率，因此，对最大功率跟踪的研究尤为必要。
关键词：太阳能光伏发电；最大功率点跟踪；DC/DC转换电路引言太阳能是人类可利用的最直接的清洁能源，它无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭，日益被人们重视，太阳能光伏发电得到广泛地应用。
但是太阳能光伏电池的输出特性受负载大小、环境温度、日照强度等因素的影响，太阳能光伏电池输出的电压和电流均发生很大的变化，从而使输出功率不稳定，导致光伏发电系统效率降低。
因此如何进一步提高太阳能光伏电池的转换效率，充分利用光伏阵列所转换的能量，一直是太阳能光伏发电系统研究的重要课题。
一、太阳能光伏发电系统概述太阳能光伏发电系统主要由光伏板、太阳能控制器、蓄电池和负载4部分构成。
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跟踪（MPPT）、蓄电池的充电、负载的供电和蓄电池保护等功能，其性能的好坏直接决定了整个光伏系统的性能。
系统框图如图1所示。
太阳能控制器包括DC/DC转换电路、微控制器、电压电流检测、驱动电路和充放电保护电路等电路单元。
该控制器采用低功耗、高性能8位微控制器MC9S08QG8，电压电流检测电路采集到的模拟信号经A/D端口送入微控制器进行分析计算，微控制器通过驱动电路输出PWM脉冲控制信号调节DC/DC转换电路内部开关管的通断，实现对转换电路输出电压及电流的控制。
控制器还能实时测量蓄电池的端电压，对蓄电池进行充放电保护，防止蓄电池过充或过放。
图1太阳能发电系统框图二、光伏电池的最大功率跟踪设计因为光伏电池在电流输出的整个过程中，输出的电流总量和输出效率是受到阳光强度、环境温度以及电力负载等多方面影响。
太阳能光伏发电最大功率点跟踪控制器设计
高春甫;陆爽;贺新升;王彬;谢楚雄
【期刊名称】《中国测试》
【年(卷),期】2014(040)002
【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-DC变换电路,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,结果表明: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.
【总页数】4页(P70-73)
【作者】高春甫;陆爽;贺新升;王彬;谢楚雄
【作者单位】浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004;南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,江苏常州213011;浙江师范大学工学院,浙江金华321004
【正文语种】中文
【中图分类】TM615;TM933.3;TM53;TP273
【相关文献】
1.基于最大功率点跟踪技术的光伏控制器设计探讨 [J], 郎朗;
2.基于最大功率点跟踪技术的光伏控制器设计探讨 [J], 郎朗
3.应用于光伏发电系统的最大功率点跟踪控制器设计 [J], 戴增辉;李光布
4.最大功率点跟踪的太阳能光伏发电系统实验平台设计 [J], 刘洋; 杜玉晓; 蔡梦婷; 王永华
5.太阳能电动车最大功率点跟踪模糊控制器设计 [J], 敬代和
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第一章绪论第一章绪论1．1课题背景能源是人类赖以生存的物质基础，影响着人类社会发展的进程与未来。
在农业社会，人类主要依靠太阳能、生物质能、水能、风能等可再生能源。
自工业革命以来，煤的开发利用逐步取代了木柴，经历了约半个世纪，煤成为全球的主要一次能源。
到了20世纪，人类开始大规模开发利用石油和天然气，20世纪成为化石能源世纪。
今天，煤、石油与天然气己占世界能源消耗总量的80％以上n1。
化石能源不可再生，并终将耗竭。
全世界的人们已经认识到，人类必须逐步减少化石能源的份额，增大可再生与新型能源的比重，向建立可持续发展的能源体系过渡。
大量使用化石能源给人类的生存环境带来了严重的后果。
目前由于大量使用矿物能源，全世界每天产生约一亿吨“温室效应气体"，造成了严重的大气污染。
人类文明的高度发展与生存环境的快速恶化已经形成了一对非常突出的矛盾。
因此，在有限的资源和环保严格要求的双重制约下，人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，走大规模开发和利用可再生洁净能源的道路。
我国是世界上少数几个能源结构以煤炭为主的国家，也是世界上最大的煤炭消费国，对环境造成的污染不容乐观。
2000年，全国有57％的城市环境污染颗粒物超过国家限制值，有48个城市的二氧化硫浓度超过国家标准；82％的城市出现过酸雨，面积已达国土面积的30％D3。
2007年，全国二氧化硫废气排放量2468．1万吨，烟尘排放量986．6万吨，工业粉尘排放量698．7万吨，因使用煤炭等化石能源造成的环境污染形势相当严峻。
我国经济正处在一个快速发展的时期，对能源的需求量在未来几十年依然巨大。
在今后15年和更长的一段时间里，能源的发展状况对我国全面实现小康社会的宏伟目标将起到决定性的作用。
目前我国的能源工业面临着经济发展和环境保护的双重压力，开发利用可再生能源，改变能源结构已成为我国能源工业发展的迫切需要。
1．1．1太阳能发电的优点太阳能是一种理想的可再生能源，在对太阳能的利用中，太阳能光伏发电最具发展潜力，它的开发利用是解决能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。
学科分类号本科生毕业论文(设计)题目（中文）：太阳能最大功率跟踪控制器的设计与实现（英文）：Design and Implementation of theMaximum Power Point TrackingController学生姓名：学号：系别：专业：电子信息科学与技术指导教师：起止日期：本科毕业论文(设计)诚信声明作者郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
除文中已经注明引用的内容外，论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。
对论文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。
本声明的法律结果由作者承担。
本科毕业论文（设计）作者签名：年月日目录摘要 (I)关键词 (I)Abstract (I)Key words .................................................................................................................... I I1 前言 (1)2 任务分析与方案论证 (4)2.1 任务要求及分析 (4)2.2 系统方案论证 (4)2.2.1 太阳能电池板特性 (4)2.2.2 方案论证 (6)2.2.3 方案比较和选取 (7)3 系统设计 (8)3.1 硬件设计 (9)3.1.1 转换模块电路设计 (9)3.1.2 控制模块电路设计 (11)3.2 软件设计 (12)3.2.1 设计思路 (12)3.2.2 子程序设计实现 (14)4 系统调试与测试 (17)4.1 调试与测试工具 (17)4.2 系统调试 (17)4.3 系统测试 (20)5 总结 (21)参考文献 (22)致谢 (24)附录A 系统主体程序 (25)附录B 系统实物图 (27)太阳能最大功率跟踪控制器的设计与实现摘要由于目前太阳能电池板存在发电效率低、生产成本高等问题，这就造成了太阳能的应用难以推广。
针对发电效率低这一问题，本文介绍一种利用微型控制器51单片机设计的一个太阳能最大功率跟踪控制器。
该控制器是根据太阳能电池板的输出特性设计的，采用脉宽调制波调节其输出电压，不断寻找最大功率点，让它始终以最大功率输出。
本设计能够实现提升20%左右的发电效率，并且能够实时显示太阳能电池板的输出情况，使用非常方便。
关键词太阳能电池板；最大功率跟踪；微型控制器；脉宽调制Design and Implementation of the Maximum Power PointTracking ControllerAbstractDue to low efficiency and high cost of solar panel currently.These reasons have resulted in the application of solar energy is difficult to popularize .Aim at low efficiency.This paper describes that a microcontroller was used to design a maximum power pointtracking(MPPT) controller.It was designed in accordance with the output characteristic of the solar panel.The pulse width modulated(PWM) wave was regulated the solar panel’s output voltage.It can look for maximum power point constantly and make the solar panel output maximum power always.The design can enhance efficiency about 20% and display output indicators of the solar panel.It is very convenient to use.Key wordsSolar panel；MPPT；Microcontroller；PWM1 前言能源问题越来越为人们所关注，作为一种具有绿色、安全、清洁等优点的太阳能被认为是最具发展潜能的新科技能源之一，目前其在太空研究领域得到广泛应用，同时也成为宇宙飞船、太空站等太空设备的后续能量来源。
太阳能的利用在国内来说，其应用领域正在不断向大众化迈进。
如今的一些路灯都实现了太阳能跟风能结合供电，大城市绿化带、风景区等亦是如此。
现在的农业也在朝自动化、无公害等方向发展，太阳能这一新兴能源在农业方面也得到了应用，比如说太阳能诱虫灯。
人类生活用电也不例外，在太阳光照充足的偏远地区，通过当前的水、火电网进行电能输送成本实在太高，而且偏远地区的住房分散，要实现输电就更加麻烦了。
但是利用充足的太阳能来供电，就可大大节约用电成本，使用更加方便。
目前太阳能的应用主要是通过太阳能硅光电池将太阳能转换为电能以供人类所需。
硅光电池的生产工序复杂，所以生产成本很高，以至于太阳能电池板的售价偏高，市场价大概在5元/W。
然而，由于太阳能电池板的转换效率现在只能达到20%左右，这样就造成了5元钱买不到1瓦特的功率，太阳能的利用成本也就显得更加高了。
针对以上的问题，国内外业界内有不少人士根据太阳能电池板的转换特性做过不少的研究，总结出来了几种实现提高电池板转换效率的方法：恒压法、扰动观察法、电导增量法，这三种方法各有优缺点，需根据需要来确定[1]。
根据所要达到的目的，比较三种方案的可行性，最终来确定系统方案。
本次设计综合考虑各种因素，选取了扰动观察法来实现提升太阳能电池板的转换效率。
目前国内外在太阳能领域的研究成绩各有千秋，有已经成功面市的各类产品，淘宝网上的MPPT（Maximum Peak Power Tracking）控制器，其售价在几百到几千元不等，根据卖家介绍能提升不少的效率。
除了这种成品控制器以外，各大半导体生产厂商也有属于自己的MPPT控制器IC。
比如说美国德州仪器半导体的MPPT控制IC：SM72442，通过输出四路PWM （脉冲宽度调制）波来控制转换电路的输出，集成了12位的A/D（模拟-数字）转换器，8个模拟通道，能够使转换效率提高到99.5%[2]。
NXP（恩智浦）半导体推出的MPT612是一款基于低功耗的ARM7TDMI-S 32位RISC处理器的MPPT集成电路，支持包括I2C、UART、SPI和SSP在内的多种串行接口，其采用的是正在申请专利的MPPT算法，也带有8通道的10位A/D转换器，能够将转换效率提升到98%[3]。
除了这些MPPT控制器外，也还有一些普通的控制器，但是普通的控制器只能做到将效率提升到50%左右，这样的效果不是很明显，当然其售价也要便宜很多，目前MPPT控制器也正在逐步替代普通控制器。
结合太阳能电池板的输出特性与MPPT控制算法来实现本次设计。
原理图与PCB图的设计采用电子CAD绘图软件Protel 99 SE[4]。
使用PWM波控制场效应MOSFET管IRFZ48N的导通与关闭时间比来调节太阳能电池板的输出电压[5]。
采用51单片机STC89C52RC作为主控芯片，控制输出PWM信号、A/D转换以及液晶显示。
由于这款单片机内部没有集成A/D转换模块，所以外部扩展A/D转换器TLC2543[6]。
电压采样使用电阻分压，电流采样使用电流检测模块ACS712ELC-20A[7]。
本设计的转换效率只能提升20%左右，总体来说还是可以实现MPPT的这种转换思想，但是也还存在着不足的地方。
现在在效率方面的提升也只是局限于其它环境条件不变的情况，如光强、温度等，其成本也还是比较高的，接下来要向多方面努力改进。
还要思考一个问题：在节约成本以及降低设计复杂度的前提下，还存不存在更好的方案？要去改变大环境的温度，这对于现阶段人类科技程度来说不怎么可能实现，所以为了再次提升太阳能电池板的转换效率，只能往提高电池板接受光照强度的方向寻找突破口。
虽然在一天当中太阳的光照强度是不变的，但是可以让太阳能电池板接收的光照一直保持在最强状态。
现在太阳能电池板的安装是固定的，也就是其在一天当中所接收的光强并不是最强的，因为太阳一直在移动。
所以，可以考虑下一步来设计“最强光强点跟踪”控制器。
让太阳能电池板跟随太阳移动（在原地进行旋转），让其一直处于最强光强接收状态，这样也可以大大提升太阳能的利用率。
但是在设计一个新的系统的同时，也应当考虑到新系统是否能最终给人们带来更好的价值，这个就需要去综合各个方面进行考虑。
不过有好的想法是非常值得赞扬的，可以当作个人爱好去将它实现，科技就是在不断创新中发展的，人类进步也离不开创新思维，我们应当好好利用自己所学的知识，努力创新，大胆创新！2 任务分析与方案论证本次设计的题目就是太阳能最大功率点跟踪控制器。
根据MPPT思想，设计一个控制器，能够使太阳能电池板以最大功率输出，从而达到提升转换效率的目的。
2.1 任务要求及分析设计并制作一个MPPT控制器，实现的指标如下：（1）、采用脉宽调制波控制，寻找最大功率点；（2）、相同环境条件下实现负载效率提升40%以上；（3）、显示实时输出情况，包括电压、电流以及功率。
通过分析以上指标，初步确定系统所需的核心元器件有：CPU、场效应开关管、液晶显示屏。
2.2 系统方案论证系统方案的论证及选取关键应当建立在太阳能电池板输出特性的基础上。
只有在知道太阳能电池板的特性的情况下，才能找准系统设计的方向，然后再根据方向寻找路径。
路径也许不止一条，找到最便捷的路径才是设计的最终目标。
本设计方案论证的重心放在最大功率跟踪控制的算法上面，关于主控芯片的选取，利用51系列单片机来实现。
也可以选取DSP或者ARM等高速MCU，但是由于这些芯片价格昂贵，自己在这些方面的知识欠缺，故不选取。
2.2.1 太阳能电池板特性系统方案的设计要依据太阳能电池板的特性来进行，如图2.1和图2.2所示分别为太阳能电池板在不同光照强度下的输出电压-电流以及功率关系曲线图。
试验太阳能电池板的标示功率为50W 。
从图2.1可以看出：同一光照强度下，在一个输出电压范围内其输出电流基本上保持不变；然而在某个输出电压值之后其输出电流急剧下降，根据功率的定义式：P （W ）=U （V ）*I （A ） （式2-1）I （A ）U （V）1.01.52.02.53.0252015105200W/m2400W/m2600W/m2800W/m21000W/m2M1M2图2.1 常温下太阳能电池板在不同光照下的输出伏安特性曲线P (W )U（V）1020304050252015105200W/m2400W/m2600W/m2800W/m21000W/m2图2.2 常温下太阳能电池板在不同光照下的输出功率曲线结合式2-1与图2.1可以得出一个结论：在常温下，某个光照强度时太阳能电池板的输出总存在一个最大功率点。
