太陽電池串聯(lián)均壓控制系統(tǒng)原理及設(shè)計

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

圖1太陽能電池特性曲線

雙向功率流動CUK變換器
　　
在DC--DC變換器中，用具有單向?qū)щ娦缘木w管和場效應(yīng)管做開關(guān)，只能實現(xiàn)功率的單方向流動，而實際各太陽能電池板開路電壓差別正負(fù)是隨機(jī)的。需要一種可以實現(xiàn)功率雙方向流動DC--DC變換器。
　　
功率雙向流動CUK變換器（圖2）與傳統(tǒng)的單向功率流動CUK變換器不同的是：在原來開關(guān)管Q1和二極管D1兩端分別反向并聯(lián)二極管D2和開關(guān)管Q2如圖3所示。這個電路具有對稱性，輸入輸出電流方向可正可負(fù)。右邊負(fù)載R換為下正上負(fù)電壓源Vs，左邊電壓源Vs換為負(fù)載R,則功率從右向左倒流[2]。

圖2　功率雙向流動CUK變換器

工作原理

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