基于固定电压法太阳能电池MPPT控制芯片.pdf

图3a为光伏电池在不同光照下的电流-电压(i-v)曲线，图3b为光伏电池在不同光照下功率-电压(p-v)曲线。图3a为光伏电池在不同光照下的电流－电压（i-v）曲线，图3b为光伏电池在不同光照下功率－电压（p-v）曲线。光伏逆变器不仅具有直流电到交流电的转换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能和光伏发电系统保护功能，主要包括自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防孤岛运行功能（并网系统用）、自动电压调整功能（并网系统用）、直流检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）等。

第三 部分为芯片的仿真与测试验证，芯片仿真中构建了太阳能电池的电路模型，为 光伏发电系统的仿真奠定了基础。芯片测试结果证明了预期的芯片性能已基本 实现。本论文中的控制芯片在1．5pm 实现。仿真验证和芯片测试结果表明，在该芯片控制下，太阳电池供电系统能 实时跟踪电池的最大功率点，具有低功耗、低成本、高稳定性的特点，可实际 应用于小功率发电系统。 关键词：光伏电池最大功率点固定电压法模拟MPPT控制电路浙江大学硕论文AbstractAsarenewablehasbroadfornon—polluting energy,solarenergyprospectscan application．Therefore，photovoltaicpowergenerationtechnology,whichconvertsolar tovalued．Butbecauseofthelow directlyenergyelectricity,ishighlyofsolarofcells，theis efficiencyapplicationphotovoltaicpowergenerationsystem constrainedbyitscost．Inordertotheofimproveefficiency,thetechnique maximumusedtomakesurethatsolarcellspowerpointtracking(MPPT)iswidelymaximumundervarious alwaysoutputpowerenvironmentalconditions．BasedontheofcharacteristicsofsolarcellsandstudyphotovoltaicpowerhasaMPPTwhichuses generationsystem,thispapersuccessfullydesigned chip constant methodasitsMPPTmethod．Thevoltageischipimplementedbyanalog circuitswithsolarcellsasits and asitsinputbatteryoutput．Thecontentisdividedintothreefirst istheoreticalparts．Thepartstudy,from whichconstant methodistovoltagebefeasibleandisselected．Thesecondprovediscircuitincludesand partdesign，whichsystemmoduledesigndesign．System stability andcircuit oftheinthisanalysiscompensationdesign particularsystemarediscussedindetail．Andtraditionalstructuresare tothe paperadoptedimplement functionblocks．Thethird istestpartsimulationand ofthesimulationchip．Inmodelofsolarcellsisconstructed anditcailbe process，thesuccessfullywidely usedintestresultsconfirmthatallphotovoltaicsystemdesignprocess．Thethemainofthe wereconsistentwim performanceschipexpectations．The WasandfabricatedinBCDchip designed1．5I．tm technology．The simulationandtestresultsshowedthattherealtimemaximum canbepowerpoint trackedunderthecontrolofthehastheoflowchip．Itadvantagespowercostandbe consumption，lowanditcallusedinsmallhighstabilitypractically powergenerationsystem．MPPTvoltage，Analog controller—ll—独创性声明本人声明新呈交麴学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取键的 研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的磷究成果，也不包含为获得堑姿叁堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作考签名：葛西秀签字目期：≯酚孑年善胃r匿学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿基茎有关保留、使用学位论文的飙定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的和磁盘，允许论文被查阅 和借阕。本入授权邀姿盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权 学位论文作者签名： 葛和务 签字日期：y∞∥年6足j日 学位论文作者毕业后去向：工作 工作单位：瑞晟微电子(苏州)电话：13588804218 透讯地址：苏囊{工业园区沈潞路450号邮编：215027浙江大学硕论文第1章绪论 1．1光伏发电概述随着社会的发展，石油、煤炭等不可再生资源EJ益减少，寻找新能源成为 当前人类面临的迫切课题。而太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源 【l】越来越受到人们的关注。

太阳能的应用研究目前的一个重点是光伏发电。所 谓“太阳能光伏发电”(简称“光伏发电”)是直接将太阳光转换为电能的一种 发电形式，使用过程不仅清洁、无污染，而且安装维护方便，使用寿命长，可 以实现无人值守，因而近年来应用范围越来越广[2】o 1．1．1光伏发电的背景与意义人阳每时每刻都在向地球发送能量，并且这种能量是取之不尽，用之不竭 的。如果将太阳发射到地球的总辐射功率换算成电功率，可高达1．77X10千瓦， 比目前全世界平均消费电力还要大数亿倍。在中国，太阳能资源较好的地区占 国土面积2／3以上，主要集中在西部地区，尤其是西北和青藏高原，年平均日 照时间在2200小时以上，中国陆地每年接收的太阳辐射量约合24000亿吨标准 煤。图1．1示出了我国太阳能资源的分布【3】，可见太阳能资源数量巨大，只要 有太阳的存在，能源就将源源不断。I≥6700M引m2·幻Ⅱ54∞’67∞M职m。·a)砸42。9—5400阮F(m7·射Iv<4200MJf(rnl+曲图1．1 我国太阳能资源分布13】太阳能的利用有很多种，有光．热转换、光．电转换和光一化学转换等三种方 式。其中光一热转换是利用光的热效应，将太阳辐射转化成热能；光．电转换是一1一浙江大学硕论文 利用光的伏特效应，将太阳辐射直接转换成电能；而光．化学转换即是利用光能 分解化学物质产生化学能，但其目前尚处于研究实验阶段。

在这三种太阳能的 有效利用中，太阳能的光一电转换即俗称的光伏发电以其独特的优势与便捷的应 用成为近些年发展最快、最具活力的研究领域【4’5J。太阳能光伏发电是由太阳能电池来实现的。太阳能电池是利用太阳光和材 料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料和水等物质，使用中不释放包括二 氧化碳在内的任何气体，是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境、 缓解温室气体的有害作用具有重大意义。因此太阳能电池有望成为2l世纪的重 要新能源【4】。太阳能发电系统一般没有发电机具有的转动部件，所以也不会产 生噪音mppt控制器芯片，不容易损坏。此很广。太阳能光伏发电的缺点在于成本较高，为普通煤电成本的乱8倍。尽管如 此，近十年来光伏发电仍以25％至U40％的高增长率高速快速的增长[61。太阳能 光伏发电的优势与能源的困境决定了不论是世界范围还是在中国，大力发展太 阳能光伏发电是能源结构变迁的必然选择。 1．1．2光伏发电发展现状全球太阳能电池的年产量正在迅速增长，2005年的增长率为44％，太阳电 增长了34％。

到2005年年末，全球累计安装太阳电池组件容量比前一年增长 了39％，达到了5GW。2005年兴建新的太阳电池制造厂的投资超过了10亿美 元。在光伏技术研究方面，光伏电池经历了以硅片为基础的第一代电池，基于 薄膜技术的第二代电池，以及现今的第三代高转换效率的薄膜光伏电池，其转 换效率越来越高，成本也逐渐降低。而在光伏发电系统方面，并网发电以及独 立光伏发电系统都在蓬勃发展中。这方面的研究技术热点包括孤岛效应、最大 功率点跟踪、蓄电池充放电保护等。其目的都是为了最大程度提高光伏发电系 统的效率，提高系统稳定性。可以预想，在未来十年内，光伏产业将以大范围 的应用逐渐深入到生活当中【7】【81。中国光伏产业以每年30％的速度增长，2005年中国太阳能电池生产总量一2一浙江大学硕论文 国成为全球第三大生产国，产能则达到惊人的1180MW。以3年产量增长45倍， 产能增加125倍而成为全球发展最快的国家。图1．2示出了我国太阳能电池的 发展情况。在太阳能电池研究方面，在国家各部委立项支持下，目前中国实验 室太阳能电池的效率已达21％，可商业化的光伏组件效率达14~15％，一般 商业化电池效率10～3％。

目前中国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降，太 阳能电池的价格逐渐从2000年的40元／瓦降到2003年的33元／瓦，2004年 已经降到27元／瓦。这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起了决定作用，对实 现与国际光伏市场接轨具有重要意义【91。l钓{∞l∞-§t∞襄8。喾∞餐》∞藏戎∞。 9盼{9翳{始7{9勰}§瓣20∞黼l20∞i∞320。茜∞∞图1．2 我国太阳能电池发展现状【101尽管我国光伏产业发展极为迅猛，在世界光伏市场中占据了越来越重要的 位置，但是目前我国的光伏产业与发达国家相比仍存在差距。我国商品化生产 的单晶硅、多晶硅和非晶硅电池的效率分别为11‰14％、10％12％和 4％～6％，与发达国家相比，要低1～2个百分点【181。另外，截止至2006年， 中国还没有用于光伏系统的专用蓄电池。逆变器的生产也仅仅停留在小功率级 别，大功率逆变器的研发水平与国外差距较大。我国光伏产业的发展需要进一 步的技术研究投入以及应用进程的加速。 1．1．3光伏发电的前景与展望 从世界各国看，日本新能源和工业技术发展组织在2004年6月发表的“面向 2030年光伏路线图的概述”中提出：到2030年累计安装太阳电池组件容量将 达到1000GW。

欧洲光伏工业协会发表的报告“工业需要及路线图”预计：在一3一浙江大学硕论文 2010年太阳能发电提供的电力将占总发电量的1％，到2040年将占总发电量的 26％。到2020年，太阳电池组件的年产量将达到54GW，销售额为750亿美元， 发电量为276TW／h，将为lO亿人口提供电力。美国在2004年9月发表了“我 们太阳电力的未来：2030年及更久远的美国光伏工业路线图”，预计到2020年 累计安装太阳电池组件容量36GW，每年安装7．2GW，到2030年累计安装太 阳电池组件容量将达到200GW，以后每年安装19GW。2030年美国太阳能发 电量将为3600亿KW／h，足够3400万户家庭使用。表1．1示出了欧洲、日本 和美国制定的光伏发展计划。表1．1 欧洲、日本、美国制定的光伏计划(Gw)11912005 2010 2020 2030日本1．84．530205欧洲2．13．041200美国1．02．136200世界5．4512125920从我国看，光伏发电将在中国未来的电力供应中发挥重要的作用，预计到 2010年中国的光伏发电装机容量将达到600MW，2020年装机容量将达到30 源发电将占到全国总电力安装的25％，其中光伏发电将占5％171。

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