太陽能發電MCU的光伏控制系統給與電網穩定保障

1、引言

隨著綠色能源概念的深入人心，對于太陽能的利用正逐漸普及。太陽能發電具有突出的優點，如：系統運行成本低、幾乎不需要維護、系統可連續工作且具有良好的模塊化特點、太陽能電源系統的直流輸出電壓十分穩定、在沒有電網的地方太陽能為靈活選取站址提供可能，等等。太陽能發電系統相對于電網在穩定性方面有更可靠的保證。

近年，電力電子的發展使得太陽能光電產品普及到我們生活的方方面面，從小功率的照明、景觀裝飾，以及中小功率的島嶼、山區生活用電系統，以至于軍工方面的大功率太陽能移動備用電站。太陽能光電產品必將隨著的技術升級以及相關技術的日新月異發展，太陽能發電技術步入人們更廣闊的日常生活中已經成為十分現實的事情。

光伏系統的核心在于邏輯控制環節，它不僅擔負對整個系統的狀態控制，還得確保系統的安全運行，同時提供所需的人機交互接口。邏輯控制環節的合理設計，既是完美充電過程的保證，也是系統壽命的保障，同時還為系統各模塊提供保護功能。隨著MCU在各個領域的日益普及，其高性價比更加現實出其突出的優越性。以下闡述以MCU為核心控制器中、小功率太陽能光伏系統結構和性能。

2、系統概述及構成

1) 對系統狀態的控制，主要包括MCU通過MOSFET控制模塊實現對蓄電池的優化充電，按照鉛酸蓄電池的特性，充電過程采用雙標三階段浮充法，把充電的過程分為三個階段(參見圖2)。

第一階段： 大電流灌充階段 (high current bulk charge state)由電壓采樣電路獲取蓄電池的電壓狀況，當電壓小于過標準開路電壓(Voc)時，太陽能電源以其所獲的最大電流對蓄電池充電(最大電流對不同功率的系統取值不同，可按C/5充電率取值，其中C為蓄電池容量)，由于太陽能電池的電流與天氣狀況有關，所以大電流的取值將在一定范圍之內。保持大電流充電至Voc，進入下一階段。第一階段的充電程度可達70%-90%。

第二階段： 過電壓恒充階段 (over charge state) 以恒定的過標準電壓(Voc)充電，直到充電率降至Ioct進入下一階段充電過程。第二階段的充電程度近100%。

第三階段： 浮充階段 (float charge state) 以恒定精確的浮充電壓Vf進行浮充。蓄電池充滿后，以浮充方式維持電壓。浮充電壓的選擇對蓄電池的壽命尤為重要，即使5%的誤差也將使得蓄電池的壽命縮短一半。

2) 對太陽能電池和負載的保護，邏輯控制系統防止負載對蓄電池造成過放電，放電過深會嚴重損壞蓄電池。同時也要提供短路、負載過壓保護。

3) 邏輯控制系統還提供了用戶操作界面，顯示充電或放電狀態、顯示蓄電池電壓、容量多少及充放電電流的大孝顯示數據、記錄數據、發出告警信號和燈光顯示和進行遠程通訊等功能，使得光伏系統的維護和檢修更加方便。2.1 光伏系統邏輯控制的硬件結構

光伏系統邏輯控制的硬件結構框圖(圖3)，其主要構成包括以下主要部分：

MCU：采用Microchip公司的PIC16C5x系列產品，其高速度、低工作電壓、低功耗、較大的輸入輸出直接驅動能力、一次性編程芯片的低價值、小體積等，都極具強勁的競爭力。PIC16C5x系列單片機采用精簡指令集，工作頻率從DC-20MHZ，系統為哈佛結構，數據總線和指令總線各自獨立分開，7 個特殊功能寄存器，2級子程序堆棧，工作電源范圍大從2.5V-6V，內部自振式看門狗(WDT)，內部寄存器組(RAM)有25-72個，有內部復位電路，低功耗模式，耗電小于10uA，內帶一個8位定時器/計數器，具備保密位(保密熔絲可在程序燒寫時選擇將其熔斷，則程序不能被讀出拷貝，同時提供四種可選振蕩方式：低成本的阻容(RC)振蕩;標準晶體，陶瓷振蕩(XT);高速晶體/陶瓷振蕩(HS);低功耗，低頻晶體振蕩(LP)。PIC16C5x有 2-20根雙向可獨立編程的I/O口，且每根I/O口線都可由程序來編程決定其輸入/輸出方向。