太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点,受到人们越来越多的重视。光伏发电是充分利用太阳能的一种有效方式之一。由于目前光伏电池板的价格比较高,转换效率比较低,为了降低系统造价和有地利用太阳能,光伏发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。作为光伏发电系统的核心部件,光伏电池的输出功率的大小代表了光伏发电系统性能的优劣。但因受到外界条件影响,光伏电池输出功率并不是一直保持在最大状态下,所以当其产生变化时应进行实时准确的跟踪。影响最大功率输出的因素主要是光强和温度。当外界因素发生变化时,就必须利用最大功率点跟踪技术实时跟踪光伏电池阵列的输出,使得光伏电池阵列输出最大的功率。
太阳能光电应用的日益普及加速了人们对这一问题的研究。目前, 国内外已经提出了多种MPPT 算法。MPPT算法，目前主要有观察扰动法、增量导纳法等几种方法。扰动观察法由于实现简单, 需要测量的参数少, 是目前光伏系统中最为常用的MPPT 方法, 但是该方法在系统达到最大功率点后, 会在其左右振荡, 造成较大的能量损耗, 尤其是在气候条件变化缓慢时, 情况更为严重。基于此, 提出了一种改进的自适应占空比扰动法, 该方法有效地克服了传统的扰动观察法的不足, 能够同时提高系统的动态和稳态性能。此方法用Boost变换器占空比D的扰动代替电压扰动，通过给占空比D一个增量△D，则PPV有△P的增量，比较光伏电池当前的与前一时刻的输出功率，如果功率增加了，占空比也增加了，或者功率减小了，占空比也减小了，说明工作点位于最大功率点的左侧，下一步需要增加占空比;如果功率增加了，而占空比减小了，或者功率减小了，占空比增加了，说明工作点位于最大功率点的右侧，则需要减小占空比，采用变占空比的方式可以更快更稳定的跟踪太阳能电池板的输出最大功率点。
铅酸蓄电池是21世纪绿色能源之一，自从蓄电池被发明到其被应用到各行各业以来，研究者们就从没有放弃对其性能改进及提高方面的研究，同时，为了满足新型铅酸蓄电池对充电的要求，充电技术的革新从来没有被停止过。充电技术的更新不仅满足了新型蓄电池的充电要求，更重要的是提高了充电的质量，延长了蓄电池的使用寿命。目前，各种针对特定的类型或是电压等级的蓄电池充电设备已经得到广泛的研究，在实际中也得到很好的应用。另外，据统计资料显示，由于充放电控制不合理会导致蓄电池提前损坏，损坏比例约占蓄电池总损坏数的85％，因而蓄电池的充放电管理就显得尤为重要。为此，在设计太阳能充电器时，既要考虑太阳能电池的MPPT，又要考虑蓄电池的充放电特性。
本文以太阳能光伏发电智能充电器为研究对象,通过对其进行理论分析,从控制原理、控制算法、最大功率点跟踪、充电方法等方面作了详细的分析和研究。通过对几种常用MPPT控制方法进行研究对比其运行中存在的优缺点,采用一种改进的扰动观察法,即通过改变占空比来达到最大功率点跟踪的目的；通过比较几种常用的充电方法，采用三阶段充电法以满足蓄电池的充放电特性。主电路部分采用Boost电路, 设计用于MPPT的DC-DC转换电路，对太阳能电池输出电压进行升压，给储能装置（蓄电池）充电。控制电路以TI公司32位单片机TMS320F28035为主控制芯片，采样电路，PWM输出电路，短路保护电路。通过采集光伏电池输出的电流、电压，反馈到单片机进行分析处理，改变占空比来达到最大功率点跟踪；同时采集蓄电池的端电压、电流，得到对应的控制信号，实现对蓄电池的智能充电。
目 录
设计总说明 I
Introduction III
1 绪论 1
1.1 太阳能光伏发电的研究背景 1
1.2 太阳能光伏发电发展历程与现状 1
1.3 本文的主要研究内容 2
2 光伏系统简介及光伏发电效率分析 3
2.1 太阳能光伏系统简介 3
2.1.1 光伏系统的基本组成 3
2.1.2 光伏系统的分类 3
2.2光伏电池特性分析 5
2.3 影响太阳能光伏发电效率的因素 6
2.4 提高太阳能光伏发电效率需进一步解决的问题 8
3 最大功率点跟踪(MPPT)的研究 10
3.1 最大功率点跟踪的概念 10
3.2 MPPT原理 10
3.3 光伏系统最大功率点跟踪控制方法研究 11
3.3.1 定电压跟踪法(Constant Voltage Tracking，CVT) 11
3.3.2 扰动观察法(P&O，Perturbation and observation method) 12
3.3.3 导纳增量法 14
3.3.4基于梯度变步长的导纳增量法 15
3.5 DC-DC变换器的设计 16
3.5.1太阳能光伏发电系统常用DC-DC变换器及其特点 16
3.5.2 Boost电路用于最大功率跟踪的分析 17
4 控制系统的硬件设计 19
4.1太阳能光伏发电智能充电器 19
4.1.1 充电器总体功能描述 19
4.1.2 各模块在充电器中的作用 19
4.2控制系统方案 20
4.3 TMS320F28035介绍 21
4.4检测电路设计 25
4.4.1 太阳能板输出电压电流检测 26
4.4.2 蓄电池充电电压电流检测 27
4.4.3 温度检测检测 28
4.5 短路保护电路 29
5 MPPT控制算法与软件设计 31
5.1 编程要求 31
5.2 AD接口 31
5.3 MPPT的Boost电路控制原理 33
5.4 数字PID及算法 34
5.4.1 PID调节算法 34
5.4.2 PID调节算法 36
5.4.3 PID参数整定 37
5.4.4 PID算法程序设计 38
5.5 PWM波输出 40
5.6 主程序流程图 42
5.7 编程环境 43
5.7.1 CCS的系统配置 44
5.7.2 创建工程文件及编译 44
6 结论 46
参考文献 47
附录A 48
附录B 49
附录C 50
致 谢 55
