基于雙向變換技術(shù)的光伏LED照明系統(tǒng)設(shè)計
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3 充電控制
3．1 充電電路
在充電工作模式，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是Zeta變換器。若電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，VQ1導(dǎo)通時，光伏電池經(jīng)VD1向L1儲能，同時通過C1，L2向蓄電池供電；VQ1關(guān)斷時，L1通過VD3向C1充電，同時L2向蓄電池供電。Zeta變換器輸入、輸出電壓關(guān)系為：Uo=DUi／(1-D)。由于Zeta變換器的負(fù)載為蓄電池，Uo的值將被箝位于蓄電池兩端的電壓U，則Ui由VQ1的占空比D確定，調(diào)節(jié)D就能找到光伏電池陣列最大功率點(MPP)的電壓值Um和電流值Im。此時光伏電池以最大功率對蓄電池進(jìn)行充電。
3．2 充電算法
對于一個蓄電池，最理想的充電方式為三段式充電法，即恒流、恒壓、浮充。對于光伏LED照明系統(tǒng)而言，晚上蓄電池對照明負(fù)載供電并且控制電路始終由蓄電池供電，當(dāng)檢測到太陽能電池滿足供電條件，DC／DC轉(zhuǎn)換電路開始工作時，蓄電池總為非滿狀態(tài)，此時U小于蓄電池的最大電壓上限UM，即UUM，此時實施最大功率充電(MPPT)；當(dāng)檢測U=UM時，若充電電流I大于等于閾值電流I，即I≥Ic，則對蓄電池進(jìn)行恒壓充電(CV)；若IIc，則轉(zhuǎn)換為浮充充電(VF)?？傊?，采用何種充電方式是由蓄電池的充電條件和當(dāng)前狀態(tài)決定的，MPPT算法采用了電導(dǎo)增量法。
3．3 算法實現(xiàn)
3．3．1 MPPT充電實現(xiàn)
電導(dǎo)增量法是根據(jù)光伏陣列P-U曲線為一條一階連續(xù)可導(dǎo)的單峰曲線的特點，利用一階導(dǎo)數(shù)求極值的方法，即對P=UI求全導(dǎo)數(shù)，可得：dP=IdU+UdI，兩邊同時除以dU，并令dP／dU=0，可得：dI／dU=-I／U，此式即為達(dá)到光伏陣列MPP所需滿足的條件。該方法是通過比較輸出電導(dǎo)變化量和瞬時電導(dǎo)值的大小來決定參考電壓變化的方向。電導(dǎo)增量法流程圖如圖3所示。Un，In為此次采樣值，Un-1，In-1為上次采樣值，dU=0，dI=0條件在實際使用中經(jīng)常用一個小的閾值來代替為零的條件。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/167364.htm
3．3．2 恒壓、浮充實現(xiàn)
由上述分析可知，CV和VF均向蓄電池提供一個固定電壓值，實現(xiàn)方法有兩種：①若系統(tǒng)精度要求不高，則只要向Zeta電路提供一個固定的占空比即可；②若系統(tǒng)精度要求很高，則可采用反饋方式來實現(xiàn)。為降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高可靠性，在此選擇第一種實現(xiàn)方法。
4 放電設(shè)計
在放電工作模式下，蓄電池向LED供電，蓄電池通過Sepic變換器向LED負(fù)載供電。電路工作于電流連續(xù)模式(CCM)下，VQ2導(dǎo)通時，蓄電池向L2儲能，C1，L1回路導(dǎo)通，C2向LED負(fù)載供電；VQ2關(guān)斷時，蓄電池經(jīng)L2，C1和VD2后向LED負(fù)載供電，同時L2，C1，L1回路導(dǎo)通。由于LED特性曲線的非線性和對溫度的敏感性，必須用恒流源為其供電，基于Sepic變換器采用電流閉環(huán)控制實現(xiàn)LED照明負(fù)載的恒流驅(qū)動。采用高亮LED驅(qū)動芯片HV9930作為控制芯片LED恒流驅(qū)動電路。
5 實驗調(diào)試
5．1 系統(tǒng)容量
太陽能電池采用Solar HQ070P-90W電池板，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(輻照度1 kW／m2，溫度25℃)，其基本參數(shù)為：最大功率Pm=90 W，Um= 17．2 V，Im=5．23 A，開路電壓Uoc=21．6 V，短路電流Isc=5．81 A。光伏LED照明系統(tǒng)光源為36個高性價比的額定功率為1 W，額定電流為300 mA的白光LED，采用6串6并混聯(lián)方式進(jìn)行連接，以恒流方式進(jìn)行驅(qū)動。LED照明系統(tǒng)儲能裝置選擇閥控密封式鉛酸蓄電池，設(shè)計容量越大，工作越處于淺循環(huán)，壽命越長，但成本也相對較高，實際安裝時酌情選擇。此處蓄電池額定電壓為12 V，設(shè)計容量為當(dāng)連續(xù)4天陰雨時仍可工作，選取適當(dāng)參數(shù)進(jìn)行計算并留有一定裕量，蓄電池容量最終選擇250 Ah。
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