基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统
基于MPPT技术的光伏路灯控制系统硬件设计
04
基于mppt技术的光伏路灯控制系统硬 件设计实现与验证
基于mppt技术的光伏路灯控制系统硬件设计实现
确定硬件设计方案
根据光伏路灯控制系统的需求，确定以MPPT技术 为核心的硬件设计思路。
设计MPPT电路
根据MPPT技术原理，设计适用于本系统的MPPT 电路，实现最大功率点追踪。
选择合适的太阳能电池板
对实验和测试结果进行分析和比较，得出 结论，为进一步完善系统提供依据。
对整个研究工作进行总结和归纳， 提出改进意见和建议。
THANK YOU.
2023
基于mppt技术的光伏路灯 控制系统硬件设计
目录
• 绪论 • 基于mppt技术的光伏路灯控制系统硬件设计概
述 • 基于mppt技术的光伏路灯控制系统硬件设计详
细方案
目录
• 基于mppt技术的光伏路灯控制系统硬件设计实 现与验证
• 结论与展望 • 研究工作建议
01
绪论
研究背景与意义
1 2
研究光伏路灯控制系统的智能化和自适应化技术，实现 更加智能、高效、安全的光伏路灯控制
06
研究工作建议
了解市场需求
了解现有光伏路灯控制系统的优缺点，针对市场需求，明确 研究目标。
对各种光伏路灯控制系统进行比较分析，得出结论，为研究 工作提供指导。
设计硬件系统方案
根据市场需求和实际条件，设计出合理的硬件系统方案， 包括太阳能电池板、蓄电池、LED路灯等。
mppt控制器硬件设计
MPPT控制器选择
选用基于电感电流断续模式的控制器，如L6206或L6207，以 实现最大功率点追踪。
控制器电路设计
根据MPPT控制原理，设计输入电压、输入电流、输出电压和 输出电流等检测电路，以及开关驱动电路和故障保护电路等 。
太阳能发电系统中的MPPT控制策略研究
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。
具有MPPT功能的光伏路灯设计
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。
基于MPPT技术的光伏路灯控制系统硬件设计
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。
OLYS MPPT太阳能路灯控制器 内置升压型恒流源 MPPTSL 10 使用说明书
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概要
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。
曼克斯MPPT电源管理控制器功能说明书
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
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。
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基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统
2011-4-6 10:50:24
太阳能是一种清洁高效的可再生能源。
在阳光充足的白天，屋顶的光伏电池将太阳能转化成电能，供人们在夜晚使用。
据专家预测，到2040年，全球的光伏发电量将占世界总发电量的26％，2050年后将成为世界能源的支柱。
太阳能路灯以太阳光为能源，不需要铺设复杂的管线，安全节能无污染。
白天利用太阳光给蓄电池充电，晚上蓄电池提供能量带动路灯工作。
路灯的关／开过程采用光控，采用最大功率跟踪技术，最大程度的吸收太阳能，提高太阳能光电池的效率，以降低路灯系统的成本。
最大功点跟踪(Maximum Power PointTracking，MPPT)系统是一种通过调节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气系统。
1 硬件组成
太阳能路灯控制系统的组成如图1所示。
1.1 Buck电路及其驱动电路
Buck电路工作原理是通过斩波形式将平均输出电压予以降低，可以将输入接在光伏电池输出端，通过调节其输出电压来达到调节负载之目的，以保持光伏阵列输出电压在其最大功率点的电压和电流处。
这里控制目标是输出功率为最大，调节手段是改变开关管的开通占空比。
由于光伏阵列的软特性，并不是简单的增大开关管占空比就能增大光伏阵列输出功率。
当Buck电路负载为蓄电池时，其构成了蓄电池充电电路，将蓄电池直接接在Buck电路的输出端，通过调节蓄电池的端电压实现蓄电池的充电控制，使用单片机智能控制方法，可以实现蓄电池的智能化充放电控制。
Buck电路为主电路，如图2所示，太阳能光伏阵列输出额定电压为35 V，输出额定电流为4.65 A，蓄电池额定电压为24 V，开关频率为80 kHz。
电路工作在电流连续模式时电感量：
式中Ui为太阳能光伏电池输出电压；D为PWM脉冲占空比；f为开关频率；k为k=△I／2Io；△I为纹波电流；Io为负载上的输出电流。
允许的纹波电流△I越小，即k越小，电感L越大，电流纹波越小，可以选择较小的滤波电容；反之，电感L较小，但电容较大。
一般选取k=0.05～0.1。
将电感值确定以后，实际电感器的设计必须符合相关电气标准、系统尺寸和安装方式等限制。
许多磁性元件供应商均提供各种型号的标准产品，可满足绝大多数的设计标准要求。
Buck电路为实现最大功率技术的主电路，采用C8051F330单片机进行控制，采用有效的算法通过软件编程由单片机输出不同占空比的PWM信号，经由U4，U5处理，如图3所示，驱动开关管Q1的导通和关断。
由于单片机C8051F330的驱动电流太小，且Buck电路中MOS管和主电路不共地，故采用隔离作用的B1215LS和输出电流为0.5 A的高速光电耦合的MOS门驱动FOD3181，满足MOS管工作的要求。
1.2 单片机控制电路
控制板采用C8051F330作为主控制器，该MCU具有高速、微型封装、低功耗、工业级等特点；同时还具有多通道10位AD 转换器、PWM输出等丰富的片上资源。
C8051F330(如图4所示)的P0.2为太阳能光伏阵列的电压采样信号输入，P0.3为蓄电池电压采样值的输入，P0.5为主电路中电流信号采样值的输入，P1.6为温度传感器值的输入，P0.6为8位PWM信号输出，P0.4输出控制负载的接入及过流时对电路的关断，P1.0～P1.4接拨码开关，为路灯设置定时，其定时长短由拨码开关的状态决定，四位拨码开关共24=16个状态，分别可定时1～16个小时。
2 电源
目前太阳能发电系统主要为了节能，采用绿色能源而不接入市电，或者用于网电未涉及的地域，所以整个系统的工作需要太阳能电池板所产生的电能量经转换或处理后的电源的支持，在本课题中欲采用+3.3 V和12 V电源，以支持控制芯片和集成运算放大电路或晶体管的工作。
12 V电源主要是给系统电路中的三极管等元件的正常工作提供能量，由于采用了凌阳C8051F330单片机进行控制，故系统需要提供+3.3 V的电源。
3 软件设计
整个系统的控制流程如图5所示。
路灯的接人以太阳能板的电压为依据，当采样电压<3 V时，太阳光已暗，接入路灯，开始定时，定时时间值由拨码开关设置。
同时停止MPPT，以减小夜间的能量损耗。
当定时时间到后，断开路灯。
在整个系统工作过程中，单片机始终采集蓄电池的端电压，路灯是否接入以及接入后，一旦发生蓄电池过放现象，单片机P0.4引脚输出高电平，断开路灯，保护蓄电池。
待蓄电池通过充电电压升高后，如满足接人条件，再接人路灯。
在本设计中，加入了最大功率跟踪技术，使输入功率提高了20％。
由于蓄电池的容量远大于太阳能光伏阵列的充电能力，蓄电池充电时未采用防过充措施。
4 结语
经实际运行表明，该控制系统具有电路结构简单、工作稳定可靠、实用性强等优点，较好地将太阳能光伏技术和路灯控制技术结合起来，并实现了智能控制。