基于Cuk變換器的光伏脈沖充電系統(tǒng)

摘要：分析了Buck變換器和Boost變換器在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)電路中的缺點(diǎn)，提出了一種基于Cuk變換器的蓄電池組脈沖充電電路，并分析了該電路的工作原理，整個(gè)系統(tǒng)采用PIC單片機(jī)進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制電路實(shí)現(xiàn)了對蓄電池的脈沖充電，與Buck變換器、Boost變換器相比，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，為太陽能的高效利用提供了有效的解決方法。
關(guān)鍵詞：變換器；光伏；脈沖充電

1 引言
隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣黾樱藗儗⒛抗廪D(zhuǎn)移到新型能源的開發(fā)和利用上，例如，風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生能源。太陽能發(fā)電作為具有廣闊應(yīng)用前景的綠色能源已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)，但太陽能發(fā)電存在著兩個(gè)主要問題：①光伏電池的輸出特性受外界環(huán)境影響很大，在溫度和光照輻射強(qiáng)度變化時(shí)，其輸出特性會(huì)發(fā)生較大變化；②光伏電池的轉(zhuǎn)換效率低且價(jià)格昂貴，初期投入較大。因此，為了充分利用光伏組件產(chǎn)生的能量，通常在光伏組件與負(fù)載之間串聯(lián)MPPT電路，從而實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。這里針對MPPT常采用的Buck和Boost電路的缺點(diǎn)，提出一種基于Cuk變換器的脈沖充電系統(tǒng)。

2 光伏電池輸出特性
圖1為光伏電池在不同輻射強(qiáng)度、溫度下的P-U特性?？梢?，溫度和光照強(qiáng)度等外部因素都會(huì)對光伏電池最大功率點(diǎn)(Ump，Imp)產(chǎn)生影響：輸出電流與光照強(qiáng)度有關(guān)，而輸出電壓與溫度有關(guān)。因此，必須在光伏電池與負(fù)載之間串聯(lián)MPPI電路，當(dāng)外部環(huán)境或負(fù)載變化時(shí)，使光伏電池均能工作在最大功率點(diǎn)附近，以提高光伏電池利用效率。

3 Buck，Boost變換器的缺點(diǎn)
MPPT電路通常采用Buck或Boost電路，采用一定控制方法，如：擾動(dòng)觀察法(爬山法)、恒定電壓控制法、增量電導(dǎo)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法、模糊控制法、短路電流法等。這些算法通常是將光伏電池的采樣電流和采樣電壓送至單片機(jī)，經(jīng)過處理，調(diào)節(jié)主電路中開關(guān)管的占空比，使外電路等效電阻始終等于光伏電池的內(nèi)電阻，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)負(fù)載匹配，從而實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

但這種Buck變換器或Boost變換器存在一定缺陷：在需要對蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，對于Buck變換器而言，光伏電池輸出電壓必須小于蓄電池的端電壓，在光照強(qiáng)度很強(qiáng)時(shí)無法對蓄電池充電；對于Boost變換器而言，光伏電池輸出電壓必須大于蓄電池的端電壓，在光照強(qiáng)度較弱時(shí)無法對蓄電池充電。針對Buck和Boost變換器的缺點(diǎn)，在此提出了一種基于Cuk變換器的光伏充電方式。