随着时代的发展和进步,人类对能源的需求越来越多。然而煤、石油、天然气等传统能源是有限的,能源问题已经成为一个刻不容缓的问题,因此也对人类提出了两个要求,一是节约能源,二是开发新能源。而开发新能源才是解决能源问题的根本,太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,各发达国家已经投入了大量的人力、物力进行研究开发和应用。

　　目前,在独立运行的光伏发电系统中,普遍采用的结构如图1所示,首先利用太阳能电池来收集太阳能,再经过DC/DC变换器给蓄电池充电,由于蓄电池的电压较低,往往无法满足逆变的要求,因此还需要一个升压变换器,将直流电压升高,最后再通过逆变器将直流电转化为220V/50Hz的交流电供用户使用。然而,在利用太阳能电池给蓄电池充电的过程中,一方面,由于太阳能电池的输出特性,其工作点并不是时刻工作在最大功率点附近,从而造成了太阳能电池能量的浪费,而最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)恰恰能解决这一问题;另一方面,统计资料显示,由于充放电控制不合理导致的蓄电池提前失效占蓄电池总失效数的85%左右,从而蓄电池的充放电管理就显得尤为重要。因此,在设计太阳能充电器时,在注重太阳能电池最大功率点跟踪的同时,又要考虑蓄电池的充放电特性。本文在给出了独立型光伏系统设计的同时,又着重研究了太阳能电池的最大功率点跟踪和蓄电池的管理。

　　1 独立型光伏系统的设计

　　由于设计的是独立型的光伏转换系统,因此蓄电池是必不可少的一部份,因此在太阳能电池和蓄电池之间加入一级DC/DC变换器(充电器)以实现最大功率点跟踪和蓄电池的充放电管理。另外由于英飞凌论文竞赛的限定配置为4节12V/7Ah的铅酸蓄电池,因此无论4节电池如何串、并联组合,其输出电压都无法达到满足逆变要求的直流母线电压,因此在蓄电池和逆变器输入之间还需要加入一级升压电路,以提升直流侧电压。所以加上最后的逆变器,从太阳能电池的输出到系统的输出,太阳能经过了三级变换,分别是DC/DC变换、升压变换、逆变。如果从蓄电池的输出到系统输出算起,蓄电池能量经过了两级变换,分别是升压和逆变。这三级变换器在此应用中也是必不可少的,都有各自的功能和作用:DC/DC变换器实现MPPT和蓄电池的充电管理;升压变换器提升直流侧电压和实现对蓄电池的放电管理;逆变器将直流侧电压逆变为交流电压。