基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统

太阳能发电系统中的MPPT控制策略研究随着人类社会对于环境保护的关注不断提升，可再生能源逐渐成为各国政策和企业发展的重点方向之一。

而太阳能作为最为直接和充足的可再生能源之一，已经在全球范围内得到广泛的应用和推广。

然而，随着技术革新和应用不断深入，太阳能运行系统中也不断暴露出一些问题，其中就包括电池充电效率不高等问题。

为了解决这一问题，MPPT控制策略逐渐成为太阳能发电系统中的研究方向之一。

本文将对太阳能发电系统中的MPPT控制策略进行具体介绍和探讨。

一、太阳能发电系统中的MPPT控制策略概述太阳能发电系统的能量转换通常分为两个步骤: 光电转换和电能调节，而电能调节就是制定合理的控制策略来调整逆变器输出电压和频率，以保持系统稳定工作和提高系统效率。

而MPPT控制策略就是其中重要的一环，主要作用就是根据太阳电池阵列的电压和电流来调整负载的电阻，以确保太阳能电池阵列输出所能达到的最大功率被输出。

实际上，太阳能电池阵列和太阳能发电系统中的光照强度、温度等因素都会影响太阳能电池的输出电压和电流，并进一步影响系统整体的性能。

而MPPT控制策略则是通过不断调整电池阵列的负载电阻值，来寻找当前系统电能输出点的最佳值，以实现最大功率输出。

不仅能够提高系统转换效率，并且还可以提高电池的寿命，考虑到太阳能电池阵列通常价格比较昂贵，因此这种策略在实际运行中有着广泛的应用和推广。

二、太阳能发电系统中的MPPT控制策略实现方法在现实应用中，太阳能发电系统中的MPPT控制策略实现方法多样，以下简要介绍几种常见方法：1. 基于开环器件的MPPT控制方法，其是运用经验公式计算出其最高功率点，然后采用PID控制器来调整光电转换电池负载的阻抗值，以获得满足输出功率最大的点。

2. 基于闭环器件的MPPT控制方法，闭合回路运用了一个反馈电路，将输出功率与参考信号进行比较，经过一个功率放大器的放大之后，输出驱动电容中的电压，从而改变光电转换电池的阻抗值。

Telecom Power Technology设计应用MPPT功能的光伏路灯设计郭　伟，徐祖平（南京邮电大学通达学院，江苏随着科技的不断发展，能源与环境的矛盾日益严重，发展新能源供电技术成为解决能源问题的重要手段。

具有功能的光伏路灯系统是一种新能源供电技术，白天通过太阳能电池板给蓄电池充电，夜晚通过蓄电池放电给明灯提供能源。

通过分析该系统的软硬件电路，研究MPPT电池的充电技术，并进行仿真和实验，最终验证了设计方案的驱动；光伏路灯；电池充电Design of Photovoltaic Streetlight with MPPT FunctionGUO Wei，XU Zu-pingTongda college of Nanjing University of Posts & TelecommunicationWith the continuous development of science and technologyis becoming increasingly serious.The development of new energy supply technology is an important means to solve the energy problem.The photovoltaic street lamp system with MPPT function is a new energy supply technology图1　光伏路灯系统框图2　硬件设计方案系统主电路分为Buck降压DC/DC部分和BOOST升压DC/DC部分。

前者负责MPPT电池充电，后者负责恒流源为LED供电。

图2为基于Buck变换器的MPPT充电部分。

充电时，Q6打开，Q1进行PWM控制，实现最大功率跟踪。

当蓄电池电压高于光伏电池板电压时，Q6和Q1关断，防止反充电现象出现。

U6_2为光伏电池板的电压采样信号，U6_22为蓄电池的电压采样信号，电阻R21的降压作为蓄电池的电流采集信号。

1 引言1.1 太阳能光伏发电的背景及意义随着社会生产的日益发展，能源的地位愈发重要。

在20世纪的世界能源结构中，人类所利用的一次能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。

这些化石能源本质上是数万年甚至更长时间以来太阳能辐射到地球上的一部分能源储存到古生物中，经过人类数千年，特别是近百年的消费，这些化石能源已被消耗了相当比例。

随着经济的发展、人口的增加和社会生活水平的提高，未来世界能源消费量将持续增长，世界上的化石能源消费总量总有一天将达到极限[1]。

此外，大量使用化石燃料已经为人类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1亿吨温室效应气体，己经造成极为严重的大气污染。

如果不加控制，温室效应将融化两极的冰山，这可能使海平面上升几米，四分之一的人类生活空间将由此受到极大威胁。

当前人类文明的高度发展与地球生存环境的快速恶化己经形成一对十分突出的矛盾。

它向全世界能源工作者提出了严峻的命题和挑战[2]。

1.1.1 世界能源危机和太阳能的利用社会的发展，对能源的要求也越来越大。

以往人类所用的能源主要是包括石油、天然气在内的化石能源，这些能源是经过数万年甚至更长的时间由古生物的遗体演变而成，储存在地球上的能源矿藏。

这些能源虽然从本质上也是来源于太阳能，但是由于它们的积累需要经过漫长的地质年代，所以属于不可再生能源。

因此对能源一点点消耗，能源总有一天到枯竭的时候。

经济发展越快，对能源需求越大，能源消耗也就越快。

虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料，仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可持续能源资源的利用目益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。

据统计，20世纪90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长1％，而太阳能发电每年增长达20％，风力发电的年增长率更是高达26％。

预计在未来5至10年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。

1. 系统电压: 12V/24V 自动适应。

2. 采用最新的MPPT 充电技术，充电效率提高10-30%2. LED 路灯最大功率： 100W. 太阳能板最大电压： 50V3. 内置升压型恒流源，效率可达95%以上.4. 具有4时段工作模式. 每个模式功率可调，范围0-100%，精度10%5. 带有红外遥控功能，所有参数可以采用LCD 遥控器一键设定7. 具有温度保护功能8. 采用MPPT ，保证蓄电池工作在最佳的状态，大大延长蓄电池的使用寿命，同时具有高精度温度补偿功能。

9. 具有过充、过放、电子短路、过载保护、防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件.1. 太阳能电池组件在光照下会产生电流，即使在光线弱的情况下，也可产生高的电压，安装之前，一定要做好准备工作，将太阳能电 池板遮住。

2. 安装控制器之前，请先确认太阳能板上的电压和蓄电池的电压是否和控制器匹配。

3. 在安装过程中，不要触碰所有的裸线4. 蓄电池正负极绝对不能短路，建议在安装蓄电池时串联一个保险丝。

5. 请不要使用劣质的原材料。

比如线材，螺丝。

6. 保持控制器安装位置的通风散热效果。

控制器在工作的过程中会发热，如果得不到良好的散热条件，可能导致故障和发生火灾。

7. 不要把控制器安装在潮湿的环境中，如果必须要安装的话，请做好防潮防水处理。

8. 让小孩远离光伏系统。

MPPT 太阳能路灯控制器内置升压型恒流源使用说明书感谢你使用我们的产品,在使用产品之前，请仔细阅读本产品说明书1. 建议把产品安装在室内或者灯杆内，请做好防雨措施。

2. 建议用户把控制器和蓄电池装在同一个地方，以便控制器能随时检测蓄电池的温度。

调整充放电的参数。

3. 本控制器只适用于太阳能电池板。

不能用于柴油发电、市电、风力发电等充电控制，否则会导致控制器损坏。

注意事项：接线方法1. 本控制器可以适用铅酸电池,胶体电池。

可以用遥控器选择相应的电池2. 温度保护功能:当外部环境温度>65℃，充电停止。

带ＭＰＰＴ技术的光伏路灯控制系统探析摘要：太阳能最大功率点跟踪技术（MPPT）是光伏发电领域中一项非常具有价值的技术。

使用Silicon Labs公司的C8051F330单片机，结合MPPT技术，设计了一套太阳能光伏路灯控制系统。

系统除了具有蓄电池充、放电等常用功能外；为了节约电能，还设计了主、副路灯分时控制功能。

系统软件利用RTX51多任务实时操作系统实现。

关键词：单片机；光伏发电；最大功率点跟踪；RTX 1 光伏路灯控制系统组成及功能本路灯控制系统由太阳能电池板、蓄电池、路灯和系统控制器四大部分组成。

其结构如图1所示。

整个系统的关键部分是系统控制器，它不仅要实现普通光伏路灯的基本功能，如：路灯定时；蓄电池充放电的管理；蓄电池的过充、过放保护；太阳能电池反接保护等，还要实现太阳能最大功率点跟踪的功能。

系统为了适应机动车道和非机动车道照明不同的情况，设计了双路路灯控制，即主灯主要为机动车道照明，副灯主要为非机动车道照明。

并且两路路灯控制互相独立，可根据需要分别进行定时。

2 主要功能单元及原理2.1 主控单元本系统选用的主控器件为美国Silicon Labs公司的C8051F330型8位单片机。

该单片机具有双路独立8/16位PWM输出功能；10位A/D；8K FLASH和768 Bytes的内部数据RAM；内部高频晶振频率最高可达24.5 MHz；还有17个标准I/O口，是一款性价比很高的单片机。

图2中，S1为8位拨码开关，用来设定主、副路灯定时时间。

因为主、副灯定时各占用4位拨码开关，所以可定时时间范围为1～15小时。

2.2最大功率点跟踪控制恒压跟踪方式（CVT）是一种具有控制简单、可靠性较高、稳定性好、易于实现等优点的太阳能最大功率点跟踪方法。

但是由于它受温度影响较大，只能在一定的温度条件下进行最大功率点跟踪，而一些路灯的使用环境是较为恶劣的，所以，本系统使用了扰动观察法来实现太阳能最大功率点的跟踪。

传真：分组型分组型风光互补路灯风光互补路灯MPPT 电源管理电源管理控制器功能说明书控制器功能说明书（V1.0）一,概述智能型风光互补路灯MPPT 电源管理控制器是一款高级能源管理器，尤其适用于风光资源差，需要充分利用风光资源的应用。

在路灯控制系统中，可以充分发挥其潜力，为你管理，使用清洁能源，提供可靠的保障。

控制器能够把太阳能,风能设备发出的能量最大限度的提取并存储.即使微弱的能量都能存储在蓄电池中.保证高效能量转移. 此控制器提供强大的控制功能 :功能如下:1. 提供风能提供风能发电发电发电输入最大功率跟踪输入最大功率跟踪输入最大功率跟踪（（MPPT ）通道 (独立控制). 1路2. 提供太阳能输入最大功率提供太阳能输入最大功率跟踪跟踪跟踪（（MPPT ）通道 (独立控制). 1路3. 提供光控输出通道(硬件硬件复用复用) 3路4. 提供时提供时控输出通道控输出通道(硬件复用) 3路5. 输入通道反接保护(包含太阳能,风能风能输入输入)6. 输入通道功率限制保护(包含太阳能,风能输入)7. 输出通道限流保护(包含3路输出，独立保护)8. 电池输入反接保护(持续反接持续反接不损坏不损坏)9. 电池过冲保护,过放保护,采用安全的充电管理功能,可以在充电时候修复电池,大幅度延长电池寿命.10. 风机自动卸荷功能,手动软手动软卸荷卸荷卸荷功能功能,独特的独特的卸荷卸荷卸荷控制技术保证风控制技术保证风机不会大惯性变化,提高风机机械寿命.11. 根据需求,可以提供市电切换功能,电池无电后,自动切换到市电上,保持输出保持输出稳定稳定稳定有效有效.12. 预留了RS485通讯接口,可以提供通讯管理功能.注意：在使用控制器前，请仔细阅读说明书，否则错误的使用方法可能损坏控制器接口输入输出接口二,输入输出WIND INPUT---------3相风机交流电压输入端;输入电压<50V,输入电流<=20A。

基于MPPT光伏LED路灯照明系统设计作者：张志宏华前斌来源：《中国新技术新产品》2018年第01期摘要：本文采用一高性价比8位单片机STM8S103F3作为核心控制芯片，系统涉及DC/DC双向变换技术，把光伏充电与LED驱动控制技术应用有效结合。

采用的简化的迭代法来进行最大功率点跟踪，提高充电效率。

通过STM8单片机PWM调节LED驱动电路，进一步提高电流稳定精度。

关键词：最大功率点跟踪；LED 照明；DC/DC变换器中图分类号：TM91 文献标识码：A0.引言传统光伏LED 路灯照明设备采用光伏发电储能系统和LED驱动电路的两个独立系统组合而成，导致安装复杂、成本高、可靠性差等缺点。

为此，本文所设计光伏LED路灯照明系统，采用光伏发电储能控制与LED恒流驱动共用一套电路，电路利用率提升，降低了制造成本。

对促进节能环保LED路灯照明的普及推广有重大的现实意义。

本文给出了该系统的硬件设计和软件设计的具体方案，最后对所设计的样品实验测试，达到了预期的效果。

1.设计思想一般的太阳能LED照明设备，需将光伏充电控制器和LED驱动电源两个独立的产品集成，涉及产品选型、匹配等一系列问题。

本文所设计的控制系统，将光伏充电与LED驱动两个功能在同一电路中实现。

要在同一主电路中实现太阳能充放电控制和恒流驱动一体化，需采用双向直流变换器电路。

双向直流变换器电路，实现光伏发电与LED输出两者间自动切换，即在白天有光照时，双向变换器切换为输入模式，对太阳能电池发电进行蓄电池储存；夜晚或无光照时，双向变换器切换为输出模式，蓄电池通过直流变换器放电，提供LED路灯照明电能。

电路中单片机及其驱动电路控制充电和放电过程的切换，以及充电电压和LED路灯电流大小。

2.电路设计2.1 电路结构本系统蓄电池一组充电电压13V左右，太阳能板开路电压达到21.5V，充电需要降压处理，经典的方案是采用Buck拓扑结构的DC/DC转换电路。

时代农机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第45卷第2期Vol.45No.22018年2月Feb.2018（下转第144页）作者简介：张晓春（1982-），男，安徽金寨人，硕士，讲师，主要研究方向：机械传动与控制。

基于MPPT 光伏LED 路灯照明自动跟踪系统设计张晓春(,244061)摘要：人类社会发展离不开能源，MPPT 即最大功率点跟踪，太阳能LED 路灯实质是一个光伏发电系统，在太阳能LED 路灯上应用MPPT 原理可实现最大功率点跟踪功能，提高能源的利用效率，为LED 提供稳定的电能输入。

文章分析了MPPT 的算法与常见的自动跟踪系统，为光伏LED 路灯照明自动跟踪系统的设计提供参考。

关键词：MPPT ；LED ；路灯；跟踪能源和环保越来越受到人们的重视。

矿物燃料都是不可再生的燃料，且与人类的生存发展都有密切的关系，随着人们大量地使用矿物能源导致了这些不可再生的能源量急剧减少，从而产生了能源危机。

外界条件，如光照强度、温度等，会使光伏电池产生不同的输出功率，但每种条件下的每一时刻均存在着功率输出的最大值，现实应用可通过调整DC/DC 变换电路的PWM 占空比即可实现光伏阵列最大功率点的跟踪，这就是MPPT 的工作原理。

太阳跟踪系统有多种，如极轴跟踪、水平跟踪和与光电相结合的视日跟踪、赤道跟踪等。

1MPPT 算法分析1.1恒定电压法（CVT ）CVT 通过拟合来实现最大功率点的跟踪。

当环境温度确定不变时，尽管光照强度随时间的变化而有不同，但光伏电池的最大功率点却大约分布于对应电压所在垂直线的两侧，所以可将不同光强下的最大功率分布情况看作是以电压为常数的垂线。

由此可知CVT 方法忽视了环境温度变化的影响。

1.2电导增量法电导增量法利用电导变化量以及瞬时电导的对比来确定参考电压的变化方向，在最大功率处有：dP dU =I+U dI dU\*MERGEFORMAT（1）式中：P 为功率（W ）；U 为电压（V）；I 为电流（A ）。

背景介绍随着社会的发展，可再生能源的应用越来越受青睐。

其中太阳能作为一种清洁、安全、绿色的可再生能源，被认为是世界上最有发展前景的新能源技术之一。

传统的路灯采用高压市电供电，必须铺设大量的电缆，并挖掘大量的电缆沟。

这势必增加整个系统的安装成本与维护成本。

而太阳能路灯不用铺设复杂的线路，只需要一个安装基座即可，节省了安装成本，并且太阳能路灯以免费的太阳能作为能源，绿色环保，无需支付电费。

因此太阳能路灯在城市道路、工业园区、绿化带、广场等场所的照明中将带来明显的可利用优势。

右图为太阳能路灯在城市道路的应用。

由于太阳能光伏(Photovoltaic，简称PV)面板转换效率较低，一般为18%左右，因此太阳能是一种宝贵的资源。

为了充分利用太阳能，需要使用一种高转换效率的太阳能控制器来对太阳能进行跟踪，以最大限度地将太阳能转换为电能。

利用控制方法实现光伏面板的最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术。

目前使用的太阳能路灯控制器大多采用串联式PWM脉宽调制方式，对太阳能的利用率为60%左右，大大浪费了宝贵的太阳能。

而采用MPPT技术能够显著提高太阳能的利用率，因此采用MPPT技术实现的太阳能路灯控制器具有广泛的市场前景。

系统结构MPT612是NXP推出的首个针对太阳能光伏电池的应用提供最大功率点跟踪的低功耗集成电路。

基于MPT612的太阳能路灯控制器转换效率高达98%以上，大幅度提高了太阳能的利用率。

它具有光伏应用中PV面板所需的硬件功能，包括电压和电流测量与面板参数配置，这大大简化了软硬件设计和提高了开发速度。

太阳能路灯系统的结构框图如（图1）所示。

从图中可以看出，路灯控制器是整个系统的心脏。

控制器的优劣决定了整个系统的性能。

基于MPT612的太阳能路灯控制器系统框图如（图2）所示。

控制器采用Buck与Buck-Boost两种拓扑结构。

MPPT太阳能LED路灯控制器设计
谢曙光;胡侠君
【期刊名称】《广西轻工业》
【年(卷),期】2009(25)10
【摘要】叙述了一种智能高效的光伏照明控制系统.对于提高输入端太阳能电池输入功效,提出了一种综合了梯度步长的导纳增量法和等步长查询法的新型MPPT算法,并且结合实际蓄电池充电各阶段采取不同充电策略,使算法更加符合实际运用.对于提高输出功率的利用率,提出了基于智能控制脉冲调制(PWM)的分时段LED调光方法.
【总页数】2页(P61-62)
【作者】谢曙光;胡侠君
【作者单位】宁波科兰照明电器有限公司,浙江,宁波,315000;宁波科兰照明电器有限公司,浙江,宁波,315000
【正文语种】中文
【中图分类】TK512;TP274
【相关文献】
1.LED太阳能路灯控制器的设计
2.浅谈智能式LED太阳能路灯控制器的设计
3.智能式LED太阳能路灯控制器的设计
4.浅谈智能式LED太阳能路灯控制器的设计
5.市电互补的太阳能LED路灯控制器设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。