太阳能板最大功率追踪方法及电路技术

一种太阳能板最大功率追踪方法及电路，以预设电流差值来执行太阳能板的增降载操作，并以太阳能板在增降载操作前后的输出电压的变化，来判断太阳能板是操作在Ａ区或Ｂ区，以决定下一回合的增降载操作。因此追踪最大功率的演算流程，已不需使用乘法器来估算太阳能板的输出功率，故可以简化太阳能板最大功率追踪电路，而能实现与现有脉波宽度调变电路相结合，形成一颗具有最大功率追踪功能的集成电路芯片的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能板(photo-voltaic array)的应用，且特别涉及一种太阳能 板最大功率追踪方法及电路。
技术介绍
随着石化能源的枯竭，如太阳能等再生能源的开发，已成为现今追求绿色能源 的大趋势，因此，太阳能发电系统也已广泛地应用在家庭电器设备、通讯系统、交通号 志与照明系统等的供电设备中。请参考图1所示，在太阳能发电系统的应用中，通常以太阳能板11来将太阳能 转换为电能，再经转换器(Converter) 12或换流器(Inverter)供电至负载13。其中，为了 能够提高太阳能板11的使用效能，并使用图中包括最大功率追踪单元151、电流控制单 元152、脉波宽度调变单元153与栅极驱动单元154的最大功率追踪电路15，来控制将太 阳能板11操作在最大功率点(Maximum Power Point，简称MPP)上。请参考图2所示，其为公知的一种太阳能板的光电特性曲线。由图中可知，在 不同太阳能照度的情况下，太阳能板的输出功率Ppv，随着太阳能输出照度的增加而增 加，而在相同太阳能照度的情况下，则太阳能板的输出功率Ppv，将依图中的最大功率点 Pmax区分为A区与B区。当太阳能板操作在A区时，太阳能板的输出功率Ppv会随着太 阳能板的输出电压VpvW增加而增加，而当太阳能板操作在B区时，太阳能板的输出功率 Ppv则随着太阳能板的输出电压Vpv的增加而下降。因此，公知乃经常使用一种扰动与观察法，来追踪太阳能最大功率，其追踪的 操作示意图如图3所示。图中，实线代表太阳能板在同一照度下的光电特性曲线；实线 上方的虚线代表增载时的功率操作曲线；实线下方的虚线代表降载时的功率操作曲线。如图所示，当太阳能板操作在B区时，假设负载功率由Dl增载至C11，此时由 于负载功率应与太阳能板的输出功率相等，故太阳能板的实际工作点将会往实线方向平 行移动而操作在D2点。同理，当负载功率继续增载而由D2往C12移动时，太阳能板的 工作点也将由C12往D3点平行移动。依此类推，当负载功率持续增载至Cl (m-1)点时， 也将因为太阳能板的输出功率等于负载功率，使得太阳能板操作在最大功率点Dm上。此时，如再次增载至Clm点，太阳能板的操作将进入A区，且因负载由太阳 能板所提供，故当负载增载至Clm点时，其实际的操作电压应与太阳能板的输出电压相 同，或负载端电压应与太阳能板输出电压Vpv有Kv值比例关系(Kv值为转换器输出对 输入电压的转移函数)，依照负载端电压与太阳能板输出电压Vpv的转换关系，亦可找到 Clm对应于太阳能板光电特性曲线上的点Dm+1。图中，假设Kv值等于1，则负载端电 压与太阳能板输出电压Vpv相等，因此太阳能板上的实际工作点将会往实线方向垂直移动 而操作在Dm+1点。同理，当负载继续增加，太阳能板的实际工作点也将逐渐由Dm往 Dn移动，最后会移动到O点。反之，当负载功率由太阳能板光电特性曲线上的Dn点降低至C2(n_l)时，假设页Kv值等于1，贝IJ负载端电压与太阳能板输出电压Vpv相等，因此太阳能板上的实际工作点 将会往实线方向垂直移动而操作在Dn-I上。依此类推，太阳能板的工作点将随着负载功 率降低而往最大功率点Dm移动，且若继续降低负载时，太阳能板的工作点将由Dm继续 往Dl的方向移动。故知，图1的最大功率追踪单元151所应用的追踪太阳能板最大功率的扰动与观 察法，乃以检测增降载操作前后的太阳能板的输出功率Ppv与输出电压\%的变化，来判 断太阳能板工作在A或B区，再据以决定下一步应进行增载或降载操作，使太阳能板的 工作点，得以往光电特性曲线上的最大功率点Dm移动，进而操作在最大功率点Dm上， 或在最大功率点Dm附近扰动。请参考图4所示，其为公知的一种太阳能板使用扰动与观察法追踪最大功率的 操作流程图。在步骤41中，最大功率追踪单元151会检测太阳能板的输出电压Vpv(Vn) 与输出电流IPV(In)、并据以计算出其输出功率Ppv(Pn),然后进入步骤411，以判断增降 载操作前、后太阳能板的输出功率Pb、PnW变化，且当增降载操作后太阳能板的输出功 率变大时，进入步骤412以判断增降载操作前、后太阳能板的输出电压Vb、Vn的变化， 如增降载操作后太阳能板的输出电压也变大时，代表太阳能板操作在A区，应执行步骤 413，以从而设定增降载操作命令D= 1，来进行降载操作，而如增降载操作后太阳能板 的输出电压变小时，代表太阳能板操作在B区，应执行步骤414，以从而设定增降载操作 命令D = O，来进行增载操作。反之，当步骤411判断增降载操作后的太阳能板输出功率并未变大时，进入步 骤421中，以决定增降载操作后的太阳能板输出功率变小或不变。如变小时，再进入步 骤422以判断增降载操作前、后太阳能板的输出电压Vb、Vn的变化，如增降载操作后太 阳能板的输出电压也变小时，代表太阳能板操作在A区，应执行步骤424，以从而设定增 降载操作命令D= 1，来进行降载操作，而如增降载操作后太阳能板的输出电压变大时， 代表太阳能板操作在B区，应执行步骤423，以从而设定增降载操作命令D = 0，来进行 增载操作。另如在步骤421中判断增降载操作后的太阳能板输出功率并未变动时，则应进 入步骤431，以判断增降载操作前、后太阳能板的输出电压Vb、Vn的变化，且如未变动 时，代表太阳能板已操作在最大功率点上，而无须执行增载或降载的操作。其后，再分 别进入步骤45，以将增降载操作后的太阳能板的输出功率Pn与输出电压Vn，更新为增降 载操作前的太阳能板的输出功率Pb与输出电压Vb值，以供下一回合的操作使用。图1中，当电流控制单元152接收最大功率追踪单元151的增降载操作命令、 且负载13电压Vci为固定时，即可依据所检测的负载电流Ici与增降载预设电流差值ΔΙ， 来计算增降载操作的目标负载电流Iref,从而调整输出的脉宽调变的循环周期信号Te与 责任周期信号De，使脉波宽度调变单元153得以产生所需的脉波宽度调变信号GD1 GDn,进而由栅极驱动单元154产生足以驱动转换器12的栅极驱动信号G1 Gn，以控制 负载电流Ici如图5所示地逐步升或降至目标负载电流IreP由前述说明中可知，使用公知的最大功率追踪电路15，来控制将太阳能板11操 作在最大功率点时，由于最大功率追踪单元151必须使用乘法运算或采用累加运算的加 法器，来估算太阳能输出功率PPV，并需采用暂存器储存前一状态的电压及功率，故其在硬件实现上不仅电路复杂，更难以与一般的脉波宽度调变单元153电路相结合，而形成 一颗具有最大功率追踪功能的集成电路芯片。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种太阳能板最大功率追踪方法及电路，其可 通过最大功率追踪的不同演算流程，来简化太阳能板最大功率追踪电路，使能够实现与 现有脉波宽度调变电路相结合，而形成一颗具有最大功率追踪功能的集成电路芯片的目 的。为达上述及其他目的，本专利技术提供一种太阳能板最大功率追踪方法，可适用于 追踪太阳能板供电至负载的功率。此方法包括下列步骤首先，检测增降载操作前的 太阳能板的操作前输出电压；然后，依预设电流差值来执行太阳能板的增降载操作；再 检测增降载操作后的太阳能板的操作后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能板最大功率追踪方法，适用于追踪太阳能板供电至负载的功率，包括下列步骤：检测所述太阳能板的操作前输出电压；依预设电流差值以执行增降载操作；检测所述太阳能板的操作后输出电压；当所述增降载操作为增载，且在预设时间内所检测的所述操作后输出电压，已较所述操作前输出电压减少幅度不小于预设电压差值时，设定下一次的所述增降载操作为增载；当所述增降载操作为增载，且在所述预设时间内所检测的所述操作后输出电压，较所述操作前输出电压并未减少，或所述预设时间已到达，而所检测的所述操作后输出电压的减少幅度仍未达所述预设电压差值时，设定下一次的所述增降载操作为降载；当所述增降载操作为降载，且在所述预设时间内所检测的所述操作后输出电压，已较所述操作前输出电压增加幅度不小于所述预设电压差值时，设定下一次的所述增降载操作为降载；以及当所述增降载操作为降载，且在所述预设时间内所检测的所述操作后输出电压，较所述操作前输出电压并未增加，或所述预设时间已到达，而所检测的所述操作后输出电压的增加幅度仍未达所述预设电压差值时，设定下一次的所述增降载操作为增载。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能板最大功率追踪方法，适用于追踪太阳能板供电至负载的功率，包括 下列步骤检测所述太阳能板的操作前输出电压；依预设电流差值以执行增降载操作；检测所述太阳能板的操作后输出电压；当所述增降载操作为增载，且在预设时间内所检测的所述操作后输出电压，已较所 述操作前输出电压减少幅度不小于预设电压差值时，设定下一次的所述增降载操作为增 载；当所述增降载操作为增载，且在所述预设时间内所检测的所述操作后输出电压，较 所述操作前输出电压并未减少，或所述预设时间已到达，而所检测的所述操作后输出电 压的减少幅度仍未达所述预设电压差值时，设定下一次的所述增降载操作为降载；当所述增降载操作为降载，且在所述预设时间内所检测的所述操作后输出电压，已 较所述操作前输出电压增加幅度不小于所述预设电压差值时，设定下一次的所述增降载 操作为降载；以及当所述增降载操作为降载，且在所述预设时间内所检测的所述操作后输出电压，较 所述操作前输出电压并未增加，或所述预设时间已到达，而所检测的所述操作后输出电 压的增加幅度仍未达所述预设电压差值时，设定下一次的所述增降载操作为增载。2.如权利要求1所述的太阳能板最大功率追踪方法，其中，所述预设电流差值与所述 预设电压差值的设定符合下述关系式 式中，Vpvi代表所述太阳能板的输出电压，Ipvi代表所述太阳能板的输出电流，AV 代表所述预设电压差值，ΔI代表所述预设电流差值。3.如权利要求1所述的太阳能板最大功率追踪方法，其中，所述预设时间是依据所述 预设电流差值的大小与所述太阳能板的反应灵敏度而设定。4.如权利要求1所述的太阳能板最大功率追踪方法，其中，执行所述增降载操作的步 骤包括参考所述预设电流差值与所述增降载操作的类别，来计算脉波宽度调变的循环周期；检测所述太阳能板的输出电流；以及以所述太阳能板的所述输出电流在零值与预设电流峰值间的变化，来设定脉波宽度 调变的责任周期。5.如权利要求4所述的太阳能板最大功率追踪方法，其中，计算所述循环周期的步骤 参考所述增降载操作前的所述循环周期与所述预设电流差值，来计算增减时间差，以更 新所述循环周期，所述时间差为执行所述增降载操作后，平均的所述输出电流恰可增减 所述预设电流差值的时间。6.—种太阳能板最大功率追踪电路，适用于产生脉波宽度调变的栅极信号，所述 栅极信号用以控制栅极驱动单元来驱动转换器，以便可以追踪太阳能板供电至负载的功 率，包括最大功率追踪单元，用以执行检测所述太阳能板的操作前输出电压、发出执行增...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾圣有，吴盈志，刘国基，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71