太陽電池串聯均壓控制系統原理及設計

近年來，隨著太陽電池的生產規模的擴大，太陽電池成本不斷下降，對太陽能的利用正在向深度和廣度發展。當今一種清潔可再生新型綠色能源——太陽能，以其相比傳統化石能源得天獨厚的優勢，正受到人們越來越多的關注。
　　
為適應不同負載所需的電壓等級，實際使用中以多塊太陽能電池串聯。為實現系統高效率運行，需要研究系統總輸出功率與各太陽能電池電氣參數之間的關系。有關資料表明，多塊太陽能電池串聯系統的輸出功率與各太陽能電池端電壓密切相關：當各太陽能電池板端電壓相等時的的輸出功率較端電壓不相等時有很大提高。
　　
由太陽能電池的直流模型可知，太陽能電池是一個復雜的非線性系統，其特性受自身工藝參數，太陽電池溫度，外界光照條件等諸多因素影響。圖1是兩塊太陽能電池I—V曲線（Uoc是開路電壓，Is是短路電流）。本文從兩塊太陽能電池串聯系統出發，探討系統的輸出功率在各太陽能電池端電壓的變化趨勢。

圖1太陽能電池特性曲線

雙向功率流動CUK變換器
　　
在DC--DC變換器中，用具有單向導電性的晶體管和場效應管做開關，只能實現功率的單方向流動，而實際各太陽能電池板開路電壓差別正負是隨機的。需要一種可以實現功率雙方向流動DC--DC變換器。
　　
功率雙向流動CUK變換器（圖2）與傳統的單向功率流動CUK變換器不同的是：在原來開關管Q1和二極管D1兩端分別反向并聯二極管D2和開關管Q2如圖3所示。這個電路具有對稱性，輸入輸出電流方向可正可負。右邊負載R換為下正上負電壓源Vs，左邊電壓源Vs換為負載R,則功率從右向左倒流[2]。

圖2　功率雙向流動CUK變換器

工作原理

1主電路
　　
在上述雙向功率流動的CUK變換器的基礎上，組成了雙太陽能電池串聯均壓系統的主電路,如圖3所示。其中：PANELA　PANELB分別為兩塊相串聯的太陽能電池板，L1,L2為緊耦合電感，C為能量交換電容，G1G2為開關管，D1D2為快恢復二極管，R1R2為開關管漏極電流取樣電阻，R為負載電阻。