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雷凌峰工程技術(shù)學(xué)院電氣信息系09gz信工一太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的研究畢業(yè)論文常規(guī)能源也叫傳統(tǒng)能源，英文名conventional energy ，是指已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源。如煤炭、石油、天然氣、核能等都屬一次性非再生的常規(guī)能源。而水電則屬于再生能源，如葛洲壩水電站和三峽水電站，只要長(zhǎng)江水不干涸，發(fā)電也就不會(huì)停止。煤和石油天然氣則不然，它們?cè)诘貧ぶ惺墙?jīng)千百萬年形成的(按現(xiàn)在的采用速率，石油可用幾十年，煤炭可用幾百年)，這些能源短期內(nèi)不可能再生，因而人們對(duì)此都有著不好的預(yù)感。已能大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的一次能源，又稱傳統(tǒng)能源，如煤炭、石油、天然氣、水力和核裂變能，是促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和文明的主要能源。在討論能源問題時(shí)，主要指的是常規(guī)能源。新能源是在新技術(shù)基礎(chǔ)上系統(tǒng)地開發(fā)利用的能源，如太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮艿?，與常規(guī)能源相比，新能源生產(chǎn)規(guī)模較小，使用范圍較窄。常規(guī)能源與新能源的劃分是相對(duì)的。以核裂變能為例，20世紀(jì)50年代初開始把它用來生產(chǎn)電力和作為動(dòng)力使用時(shí)，被認(rèn)為是一種新能源。到80年代世界上不少國(guó)家已把它列為常規(guī)能源。太陽能和風(fēng)能被利用的歷史比核裂變能要早許多世紀(jì)，由于還需要通過系統(tǒng)研究和開發(fā)才能提高利用效率，擴(kuò)大使用范圍，所以還是把它們列入新能源。但事實(shí)上，常規(guī)能源的儲(chǔ)藏是有限的。 當(dāng)前能源形勢(shì)目前全世界能源年總消費(fèi)量約為134億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中石油、天然氣、煤等化石能源占85%，大部分電力也是依賴化石能源生產(chǎn)的，核能、太陽能、水力、風(fēng)力、波浪能、潮汐能、地?zé)岬饶茉磧H占15%。雖然發(fā)達(dá)國(guó)家遭受70年代兩次石油危機(jī)打擊后，千方百計(jì)想擺脫對(duì)石油的過度依賴，但是今后20多年里，石油仍然是最主要的能源，全球需求量將以年均1.9%的速度增長(zhǎng)；煤仍然是電力生產(chǎn)的主要燃料，全球需求量將以每年1.5%的速度增長(zhǎng)?？梢娀茉慈匀皇俏覀?cè)谶@個(gè)星球上賴以生存和發(fā)展的能源基礎(chǔ)。有統(tǒng)計(jì)表明，2020年全世界能源消費(fèi)量將是目前的3倍。特別值得關(guān)注的是，世界各國(guó)能源消費(fèi)量與gdp的增長(zhǎng)程度有密切的相關(guān)性。從發(fā)達(dá)國(guó)家走過的道路來看，人均gdp在1000至10000美元之間，人均能源消費(fèi)量增長(zhǎng)較快，gdp超過10000美元之后，人均能源消費(fèi)量放緩。中國(guó)正處在人均能源消費(fèi)量增長(zhǎng)較快的起步階段，石油需求增勢(shì)強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)今年原油消費(fèi)量為2.7億噸，2020年將達(dá)到4.0-4.5億噸；而我國(guó)是一個(gè)人均能源相對(duì)貧乏的國(guó)家，人均石油、天然氣、煤炭可采儲(chǔ)量分別占世界平均值的20.1%、5.1%和86.2%，尤其是原油，目前對(duì)外依存度是1/3，2020年將超過1/2，供需矛盾相當(dāng)尖銳。另一方面，化石能源枯竭問題和能源環(huán)境污染問題也時(shí)時(shí)困擾著人類。世界能源以化石能源為主的結(jié)構(gòu)特征，使得化石能源枯竭的日子離我們?cè)絹碓浇Ｒ驗(yàn)樽鳛槟茉粗黧w的化石能源是不可再生能源，用一點(diǎn)，就少一點(diǎn)，總有枯竭的那一天。日前2004bp世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒測(cè)算世界石油總儲(chǔ)量為1.15萬億桶，以目前的開采速度計(jì)算，可供生產(chǎn)41年。作為世界石油龍頭的沙特阿拉伯，石油儲(chǔ)量達(dá)2500億桶，日產(chǎn)量800多萬桶，分別占世界石油總儲(chǔ)量和總需求量近1/4和近1/10。這個(gè)國(guó)家以“我們每天為世界提供石油”作為使命，在過去30多年間確實(shí)起到世界石油供應(yīng)穩(wěn)定器的作用。但是，沙特石油公司高級(jí)職員私下表示：“我不知道這種情況能夠持續(xù)多久。”因?yàn)樯程乩嫌吞镆呀?jīng)接近產(chǎn)油高峰期，而開采新油田的難度非常大。世界各大產(chǎn)油國(guó)也都大致如此，阿曼目前的產(chǎn)量?jī)H是其高峰時(shí)的1/5，美國(guó)石油開采量每年下降3%，傳統(tǒng)的石油出口國(guó)印度尼西亞甚至一度需要進(jìn)口石油應(yīng)急。全球再找到大型油田的可能性非常小，只能寄希望于西伯利亞永久凍土帶、加拿大油砂和幾處深海大陸架。這種狀況加劇了人們對(duì)不可再生能源走向枯竭的危機(jī)感。近年來國(guó)際市場(chǎng)油價(jià)持續(xù)走高，很大程度是這種危機(jī)感的直接反應(yīng)。目前以煤炭、石油為主的世界能源結(jié)構(gòu)帶來全球性能源環(huán)境問題的主要表現(xiàn)為酸雨、臭氧層破壞、溫室氣體排放等。在許多發(fā)展中國(guó)家，城市大氣污染已達(dá)到十分嚴(yán)重的程度，在歐洲和北美也出現(xiàn)了超越國(guó)界的大氣污染，形成了廣泛的環(huán)境酸化，上千個(gè)湖泊的湖水酸度達(dá)到了不能支持魚類生存的程度，酸性氣體所造成的腐蝕損失，每年高達(dá)10億美元。我國(guó)以煤炭、石油為主的能源結(jié)構(gòu)也造成了嚴(yán)重的大氣污染，二氧化硫和二氧化碳的排放量都居世界前列。二氧化碳排放量的增加使全球變暖，2003年成為有史以來最炎熱的一年，因此聯(lián)合國(guó)呼吁各國(guó)簽署京都協(xié)議書，以減少溫室效應(yīng)氣體的排放。包括中國(guó)在內(nèi)的大多數(shù)國(guó)家做出積極響應(yīng)，而二氧化碳排放量居世界第一的美國(guó)，出于自身經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張的考慮，拒絕簽署京都協(xié)議書，使國(guó)際社會(huì)同溫室效應(yīng)問題的斗爭(zhēng)舉步維艱。再者，化石能源除了必將枯竭和環(huán)境污染這兩個(gè)老問題受到全人類的特別關(guān)注以外，近些年世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)新一輪大調(diào)整也格外引人注目。 世界石油工業(yè)歷經(jīng)近150年的發(fā)展，到20世紀(jì)末形成了從西北非經(jīng)中東、里海、中亞、西伯利亞到遠(yuǎn)東的石油儲(chǔ)產(chǎn)區(qū)域和以北美、西歐、東亞為主的世界石油消費(fèi)區(qū)域，兩者供需關(guān)系嚴(yán)重錯(cuò)位和失衡，導(dǎo)致以最大石油消費(fèi)國(guó)美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家與以世界最大石油輸出國(guó)沙特阿拉伯為首的中東產(chǎn)油國(guó)家的控制與反控制的矛盾突出，“強(qiáng)強(qiáng)抗衡”成為上世紀(jì)后30年石油地緣政治的主旋律。以往歷次世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整，都是石油地質(zhì)大發(fā)現(xiàn)帶動(dòng)的，美國(guó)油田、巴庫油田、中東油田、北海和墨西哥灣油田的相繼發(fā)現(xiàn)，都使世界石油地緣政治格局為之一變，世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)隨之做出相應(yīng)的大調(diào)整；然而進(jìn)入本世紀(jì)，特別是伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)之后，世界石油地緣政治“多元化”初露端倪，并引發(fā)世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的大調(diào)整。這次世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整涉及需求結(jié)構(gòu)調(diào)整、供應(yīng)結(jié)構(gòu)調(diào)整、資本結(jié)構(gòu)調(diào)整和新石油儲(chǔ)產(chǎn)中心開辟等石油領(lǐng)域的方方面面，其時(shí)間持續(xù)之長(zhǎng)，波及范圍之廣，影響之深遠(yuǎn)，是前所未有的。主要表現(xiàn)在： 石油需求多元化。雖然發(fā)達(dá)國(guó)家石油需求仍然主導(dǎo)世界石油需求市場(chǎng)，但是隨著發(fā)展中國(guó)家的國(guó)民生產(chǎn)總值的提高，石油消費(fèi)量將追超發(fā)達(dá)國(guó)家。 石油供應(yīng)多元化。歐佩克在世界石油市場(chǎng)仍然發(fā)揮著舉足輕重的作用，但是其控制國(guó)際油價(jià)的局面正在打破，非歐佩克產(chǎn)油國(guó)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，俄羅斯的能源大國(guó)地位得以確立，挪威、加拿大等國(guó)的傳統(tǒng)地位仍然保持，伊拉克的特殊地位將逐漸突出，石油供應(yīng)國(guó)形成“群雄并立”的格局。 石油資本多元化。世界石油產(chǎn)業(yè)被西方幾大石油公司所壟斷的局面將被打破，發(fā)展中的地區(qū)大國(guó)全力支持本國(guó)石油公司在全球爭(zhēng)取石油開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的份額，招商引資將是各產(chǎn)油國(guó)迅速提高石油效益的必然選擇，聯(lián)合開發(fā)將是各石油公司規(guī)避海外投資風(fēng)險(xiǎn)的最佳策略，區(qū)域合作將是各石油需求國(guó)趨利避害的當(dāng)務(wù)之急。 而這樣的世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整是多種因素共同作用的結(jié)果： 需求激增的拉動(dòng)。人類在過去150年已經(jīng)消耗了9500億桶石油，占全球已探明化石能源總量的44%，其中大部分是近50多年在現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的過程中消耗的。進(jìn)入本世紀(jì)，隨著工業(yè)的新一輪增長(zhǎng)、居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)的升級(jí)和城市化進(jìn)程的加速，能源需求以前所未有的速度增長(zhǎng)，能源消耗量也出現(xiàn)“加速度”的趨勢(shì)，歐佩克預(yù)計(jì)今年世界石油日需求量將比去年增加200萬桶?？梢哉f需求激增拉動(dòng)了世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整。 供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的激勵(lì)。在目前世界石油供需基本平衡，生產(chǎn)能力略有節(jié)余的表象下面，孕育著種種危機(jī)，包括世界石油產(chǎn)量將越過頂峰而呈下降趨勢(shì)；全球石油地質(zhì)儲(chǔ)量連年增加，但是可開采的商業(yè)油源卻呈下降趨勢(shì)；新油田的開發(fā)需要大投資、長(zhǎng)周期和高風(fēng)險(xiǎn)等等，導(dǎo)致世界石油供應(yīng)不確定的風(fēng)險(xiǎn)凸顯。加上石油所特有的地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，諸如巴以沖突加劇、伊拉克局勢(shì)動(dòng)蕩和恐怖襲擊對(duì)石油設(shè)施的破壞，都促使各國(guó)加強(qiáng)石油生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存的安全措施，爭(zhēng)取多渠道的穩(wěn)定油源，并且建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備，以確保石油供應(yīng)?？梢哉f石油供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)激勵(lì)了世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整。 美國(guó)石油霸權(quán)戰(zhàn)略的催化。美國(guó)將控制石油資源作為其全球霸權(quán)戰(zhàn)略的核心內(nèi)容，將控制伊拉克作為制服中東產(chǎn)油國(guó)家的“石油王牌”，遏制其他發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中地區(qū)大國(guó)獲取石油資源。為此，美國(guó)采取的石油戰(zhàn)略是：搶占中東石油地緣戰(zhàn)略支點(diǎn)，控制里海和中亞石油區(qū)，搶灘非洲石油區(qū)，削弱歐佩克，插手俄羅斯石油公司，控制國(guó)際輸油管線，以確立新的世界石油地緣政治格局，并在其中發(fā)揮主導(dǎo)作用。這樣的石油霸權(quán)戰(zhàn)略，使各產(chǎn)油國(guó)、石油需求國(guó)甚至美國(guó)的盟國(guó)都感受到巨大的壓力，迫使他們制定并實(shí)施自己的石油安全戰(zhàn)略，確保自己在世界石油市場(chǎng)的應(yīng)有地位?？梢哉f美國(guó)石油霸權(quán)戰(zhàn)略催化了世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整。 各國(guó)政府的推動(dòng)。各國(guó)政府為了應(yīng)對(duì)世界石油供需不平衡矛盾和規(guī)避石油地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，尤其為了應(yīng)對(duì)美國(guó)的石油霸權(quán)戰(zhàn)略，都將石油保障納入國(guó)家發(fā)展安全戰(zhàn)略。發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家形成的需求方急需開辟新油源，新老產(chǎn)油國(guó)形成的供應(yīng)方積極開發(fā)新產(chǎn)能，新供需關(guān)系和新運(yùn)輸保障也都應(yīng)運(yùn)而生。各國(guó)政府支持本國(guó)石油公司爭(zhēng)取境外石油資源份額和參與世界石油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)?？梢哉f各國(guó)政府推動(dòng)了世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整。 新技術(shù)的保障。新技術(shù)使開發(fā)深海油田和復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的陸地油田成為可能，使液化天然氣便于儲(chǔ)運(yùn)和利用，使輸油管線成為供需雙方的聯(lián)系紐帶?？梢哉f新技術(shù)保障了世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整。 世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)新一輪大調(diào)整為新一輪長(zhǎng)期投資浪潮創(chuàng)造了條件。新一輪長(zhǎng)期投資浪潮需要大投資、長(zhǎng)周期和高風(fēng)險(xiǎn)，在數(shù)年甚至十幾年才能贏利，這就是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期國(guó)際油價(jià)將持續(xù)走高的深層原因。如今，依然困擾人類的以化石能源為主的世界能源結(jié)構(gòu)帶來的化石能源枯竭和能源環(huán)境污染問題以及隨著世界石油地緣政治格局呈多元化態(tài)勢(shì)和世界石油市場(chǎng)結(jié)構(gòu)大調(diào)整的展開，使能源問題已經(jīng)上升為一個(gè)國(guó)家能否安全、全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展其社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重大戰(zhàn)略問題,各國(guó)都從安全和發(fā)展兩個(gè)方面制定了國(guó)家能源戰(zhàn)略。 首先，各國(guó)將石油保障納入國(guó)家安全戰(zhàn)略。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家為了減輕對(duì)歐佩克石油的依賴，轉(zhuǎn)而開辟西非、中亞和俄羅斯等地區(qū)和國(guó)家的新油源；中國(guó)、印度、東盟、韓國(guó)、巴西等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的國(guó)家和地區(qū)集團(tuán)積極尋求多渠道石油來源；沙特阿拉伯、俄羅斯等老、新產(chǎn)油國(guó)都把石油作為本國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛的“金鑰匙”，紛紛制定了“石油興國(guó)”、“石油強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略；世界各國(guó)都對(duì)石油運(yùn)輸保障和戰(zhàn)略儲(chǔ)備予以高度重視，例如中國(guó)、俄羅斯、哈薩克斯坦、日本、美國(guó)等國(guó)都在建設(shè)長(zhǎng)距離輸油管線，馬來西亞、新加坡和印度尼西亞聯(lián)合維護(hù)馬六甲海峽安全，中國(guó)和印度籌建石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備設(shè)施，等等。 其次，世界各國(guó)都制定能源發(fā)展戰(zhàn)略，將合理利用和節(jié)約常規(guī)能源、研發(fā)清潔的新能源和切實(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境作為基本國(guó)策，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、社會(huì)全面進(jìn)步、資源有效利用、環(huán)境不斷改善的目標(biāo)。當(dāng)今能源發(fā)展趨勢(shì) 高新技術(shù)成果在能源工業(yè)迅速推廣應(yīng)用。能源工業(yè)正在由低技術(shù)向高技術(shù)過渡，新技術(shù)已迅速地滲透到能源勘探、開發(fā)、加工、轉(zhuǎn)換、輸送、利用的各個(gè)環(huán)節(jié)，例如自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備使煤礦開采效率成倍提高，新工藝和新技術(shù)促進(jìn)了深海油田的開發(fā)。 化石燃料正在向高效節(jié)能、潔凈環(huán)保的方向發(fā)展。全球范圍的節(jié)能技術(shù)革命已經(jīng)展開，各國(guó)都在通過節(jié)約能源和提高能效來降低能源需求量，發(fā)達(dá)國(guó)家的能源消耗下降了30%以上，機(jī)動(dòng)車的燃油效能提高了近一倍。清潔能源技術(shù)迅速提高，各國(guó)紛紛推進(jìn)清潔煤計(jì)劃。各種新能源的開發(fā)利用引人矚目。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能等可再生能源的研發(fā)迅速展開，尤其是美、日、中等國(guó)都在大力開發(fā)氫燃料電池技術(shù)，使用氫燃料電池的汽車樣機(jī)已經(jīng)上路，2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間將出現(xiàn)氫燃料電池的公共汽車。到本世紀(jì)中期，人類有望進(jìn)入“新能源時(shí)代”。綜上所知，開發(fā)新能源是當(dāng)今世界的必然趨勢(shì)，而太陽能電池就是主要的新能源之一，因此太陽能充分開發(fā)及利用的研究就在此趨勢(shì)下興起了。太陽能電池就是將照射在電池表面上的太陽光直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它在可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)是不會(huì)枯竭的，而且它無大氣和放射性污染，因而受到國(guó)內(nèi)外的普遍重視。太陽能電池最大功率點(diǎn)的由來根據(jù)太陽能電池的工作原理，當(dāng)光照強(qiáng)度、溫度等自然條件變化時(shí)，太陽能電池的輸出特性將隨之改變，輸出功率及最大工作點(diǎn)亦相應(yīng)改變。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，自然光的照射強(qiáng)度及大氣的透光率處于動(dòng)態(tài)變化中，這就給光伏系統(tǒng)的高效應(yīng)用帶來了困難。理論上講，事物的利用都是要講究高效率的。因此，太陽能充分開發(fā)及利用的一面就體現(xiàn)在對(duì)太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤的研究上。下圖就是太陽能電池輸出隨溫度變化的情況：從圖一a可以看到在常溫下250w/m*m日照，太陽能電池的最大功率發(fā)生在電壓為180v處，而日照為150w/m*m時(shí)，太陽能電池的最大功率點(diǎn)發(fā)生在150v處。從圖一b可以看到，在同一日照下，溫度為125攝氏度時(shí)，太陽能電池最大功率點(diǎn)發(fā)生在100v電壓處，而溫度為28攝氏度時(shí)，太陽能電池最大功率點(diǎn)發(fā)生在電壓為150v電壓處。那么如何避免系統(tǒng)資源的大量浪費(fèi)呢？這就是太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)所要解決的問題，為了得到最佳的能量利用率，必須使電池電池輸出的最大功率能自動(dòng)跟隨氣候的變化而變化。控制策略 理論上講，太陽能電池最大功率點(diǎn)是可以根據(jù)其規(guī)律然后通過某些控制策略來使其穩(wěn)定已達(dá)到太陽能電池充分利用的目的的。在以前的光伏系統(tǒng)控制上，由于cvt（恒定電壓跟蹤器）的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單成本較低，許多產(chǎn)品仍然采用這種工作方式以代替相對(duì)復(fù)雜一些的mppt（最大功率跟蹤），但這種方式并非真正的最大功率的跟蹤，它所帶來的功率損失相比于近代微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價(jià)，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟(jì)。眾所周知，微電子技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的直接基礎(chǔ)。美國(guó)貝爾研究所的三位科學(xué)家因研制成功第一個(gè)結(jié)晶體三極管，獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。晶體管成為集成電路技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，現(xiàn)代微電子技術(shù)就是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)。集成電路的生產(chǎn)始于1959年，其特點(diǎn)是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快。衡量微電子技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志要在三個(gè)方面：一是縮小芯片中器件結(jié)構(gòu)的尺寸，即縮小加工線條的寬度；二是增加芯片中所包含的元器件的數(shù)量，即擴(kuò)大集成規(guī)模；三是開拓有針對(duì)性的設(shè)計(jì)應(yīng)用。 大規(guī)模集成電路指每一單晶硅片上可以集成制作一千個(gè)以上的元器件。集成度在一萬至十萬以上元器件的為超大規(guī)模集成電路。國(guó)際上80年代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路光刻標(biāo)準(zhǔn)線條寬度為07一08微米，集成度為108 。90年代的標(biāo)準(zhǔn)線條寬度為03一05微米，集成度為109。集成電路有專用電路(如鐘表、照相機(jī)、洗衣機(jī)等電路)和通用電路。通用電路中最典型的是存貯器和處理器，應(yīng)用極為廣泛。計(jì)算機(jī)的換代就取決于這兩項(xiàng)集成電路的集成規(guī)模。 存貯器是具有信息存貯能力的器件。隨著集成電路的發(fā)展，半導(dǎo)體存貯器已大范圍地取代過去使用的磁性存貯器，成為計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和信息處理過程中的信息存貯器件。存貯器的大小(或稱容量)常以字節(jié)為單位，字節(jié)則以大寫字母b表示，存貯器芯片的集成度已以百萬位(mb)為單位。目前，實(shí)驗(yàn)室已做出8mb的動(dòng)態(tài)存貯器芯片。一個(gè)漢字占用2個(gè)字節(jié)，也就是說，400萬漢字可以放入指甲大小的一塊硅片上。動(dòng)態(tài)存貯器的集成度以每3年翻兩番的速度發(fā)展。 中央處理器(cpu)是集成電路技術(shù)的另一重要方面，其主要功能是執(zhí)行“指令”進(jìn)行運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的cpu通常由數(shù)十萬到數(shù)百萬晶體管組成。70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，促使一個(gè)完整的cpu可以制作在一塊指甲大小的硅片上。度量cpu性能最重要的指標(biāo)是“速度”，即看它每秒鐘能執(zhí)行多少條指令。60年代初，最快的cpu每秒能執(zhí)行100萬條指令（?？s寫成mips)。1991年，高檔微處理器的速度已達(dá)5000萬一8000萬次。現(xiàn)在繼續(xù)提高cpu速度的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)技術(shù)(即將復(fù)雜指令精減、減少)以及并行運(yùn)算技術(shù)(同時(shí)并行地執(zhí)行若干指令)正在發(fā)展中。在這個(gè)領(lǐng)域，美國(guó)硅谷的英特爾公司一直處于領(lǐng)先地位。 此外，光學(xué)與電子學(xué)的結(jié)合，成為光電子技術(shù)，被稱為尖端中的尖端，為微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展找到了新的出路。美國(guó)時(shí)代雜志預(yù)測(cè)：“21世紀(jì)將成為光電子時(shí)代。”其主要領(lǐng)有激光技術(shù)、紅外技術(shù)、光纖通信技術(shù)等?？偟膩碚f，微電子技術(shù)的應(yīng)用是研究太陽能最大功率點(diǎn)的或其它研究點(diǎn)的優(yōu)先選擇。因此，在總結(jié)以前的經(jīng)驗(yàn)和方法的基礎(chǔ)上，再根據(jù)太陽能電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及輸出特性可以得到以下幾種控制方案：（1） 控制太陽能電池陣列的串并聯(lián)數(shù)當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，改變太陽能電池陣列內(nèi)部的串并聯(lián)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)最佳匹配。太陽點(diǎn)的輸出阻抗隨著太陽光強(qiáng)而變化，光強(qiáng)越大輸出阻抗越小。當(dāng)光強(qiáng)大于200w/m*m時(shí)，太陽能電池的輸出電壓變化最小。根據(jù)硅太陽能電池的短路電流與入射光強(qiáng)、光照面積成正比，假設(shè)太陽能電池陣列的輸出阻抗只隨電流而變化，而輸出電流又近似與光強(qiáng)成正比。故陣列輸出功率最大時(shí)，內(nèi)部的串并聯(lián)數(shù)只取決于光強(qiáng)。光強(qiáng)強(qiáng)時(shí)，串聯(lián)數(shù)較多并聯(lián)數(shù)較少；光強(qiáng)弱時(shí)，串聯(lián)數(shù)較少并聯(lián)數(shù)較多。太陽能電池陣列設(shè)計(jì)實(shí)例首先，數(shù)據(jù)采集儀器應(yīng)采用低功能耗的。其次，選擇的太陽能發(fā)電板和蓄電池應(yīng)是經(jīng)濟(jì)、可靠性的。既要防止太陽能發(fā)電板在陰雨期容量不夠，達(dá)不到測(cè)量目的，又要避免容量過大，造成浪費(fèi)。一、關(guān)于硅太陽能發(fā)電板容量硅太陽能發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率wp。太陽能發(fā)電功率量值取決于負(fù)載24h所能消耗的電力 h(wh)，由負(fù)載額定電源與負(fù)載24h所消耗的電力，決定了負(fù)載24h消耗的容量p(ah)，再考慮到平均每天日照時(shí)數(shù)及陰雨天造成的影響，計(jì)算出太陽能電池陣列工作電流ip(a)。由負(fù)載額定電源，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個(gè)數(shù)及蓄電池浮充電壓vf (v)，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓vt (v)及反充二極管p-n結(jié)的壓降vd(v)所造成的影響，則可計(jì)算出太陽能電池陣列的工作電壓vp(v)，由太陽電池陣列工作電源ip(a)與工作電壓vp(v)，便可決定平板式太陽能板發(fā)電功率wpw，從而設(shè)計(jì)出太陽能板容量，由設(shè)計(jì)出的容量wp與太陽能電池陣列工作電壓vp，確定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。太陽能電池陣列的具體設(shè)計(jì)步驟如下：.計(jì)算負(fù)載24h消耗容量p。p=h/vv負(fù)載額定電源2.選定每天日照時(shí)數(shù)t(h)。3.計(jì)算太陽能陣列工作電流。ip=p(1+q)/tq按陰雨期富余系數(shù)，q=0.211.004.確定蓄電池浮充電壓vf。鎘鎳()和鉛酸()蓄電池的單體浮充電壓分別為1.41.6v和2.2v。5.太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓vt。vt=2.1/430(t-25)vf6.計(jì)算太陽能電池陣列工作電壓vp。vp=vf+vd+vt其中vd=0.50.7約等于vf7.太陽電池陣列輸出功率平板式太陽能電板。wp=ipup8.根據(jù)vp、wp在硅電池平板組合系列表格，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。二、關(guān)于蓄電池的容量計(jì)算蓄電池的容量由下列因素決定：1.蓄電池單獨(dú)工作天數(shù)。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達(dá)到蓄電池所剩容量占正常額定容量的20%。2.蓄電池每天放電量。對(duì)于日負(fù)載穩(wěn)定且要求不高的場(chǎng)合，日放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的80%。3.蓄電池要有足夠的容量，以保證不會(huì)因過充電所造成的失水。一般在選蓄電池容量時(shí)，只要蓄電池容量大于太陽能發(fā)電板峰值電流的25倍，則蓄電池在充電時(shí)就不會(huì)造成失水。4.蓄電池自身漏掉的電能。隨著電池使用時(shí)間的增長(zhǎng)及電池溫度的升高，自放電率會(huì)增加。對(duì)于新的電池自放電率通常小于容量的5%，但對(duì)于舊的質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至每月10%15%。在水情遙測(cè)系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長(zhǎng)短決定了蓄電池的容量，由遙測(cè)設(shè)備在連續(xù)陰雨天中所消耗能量安時(shí)數(shù)加上20%因子，再加上10%電池自放電能安時(shí)數(shù)，便可計(jì)算出蓄電池的容量源。 按照兩種容量方案的計(jì)算，得出： 1.測(cè)站的主要參數(shù)：每隔5min發(fā)射一次數(shù)據(jù)，發(fā)射時(shí)間2sec；發(fā)射機(jī)輸入電壓dc13.8v，輸出電流5a；當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)數(shù)78h。 2.測(cè)站蓄電池容量經(jīng)計(jì)算得出為38ah。 3.測(cè)站太陽能電池容量陣列輸出功率wp w為2535w。 太陽能電源安裝使用中注意的問題 1.陣列板選擇安裝在周圍無高大建筑物、樹木、電線桿等無遮擋太陽光和避風(fēng)處。 2.太陽能電池陣列板配套的蓄電池在第一次使用時(shí)，要先充電到額定容量，不可過充或過放。 3 .注意定期的維護(hù)工作。此電源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠，安裝方便，利于維護(hù)，在實(shí)踐中取得了滿意的效果。 太陽能電池組件支架 傾角設(shè)計(jì) 為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。 關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為廣州地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料1，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。 抗風(fēng)設(shè)計(jì) 在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個(gè)需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。下面按以上兩塊分別做分析。 太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì) 依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s（相當(dāng)于十級(jí)臺(tái)風(fēng)），根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接?？偟膩碚f，運(yùn)用改變太陽能電池陣列內(nèi)部的串并聯(lián)數(shù)來使太陽能電池陣列達(dá)到并保持在最大功率點(diǎn)進(jìn)而輸出穩(wěn)定的電流的過程是得考慮到全局的。理論上講這種方法是可行的，但是，這種方法需要多組開關(guān)的控制電路，控制比較復(fù)雜。（2） cvt即恒定電壓跟蹤控制 硅太陽能電池陣列具有如圖所示的伏安特性，在不同的日照強(qiáng)度下它與負(fù)載特性l的交點(diǎn)a、b、c、d、e等為系統(tǒng)當(dāng)前的工作點(diǎn)?？梢钥闯?，這些工作點(diǎn)并不正好落在陣提供最大功率的那些點(diǎn)，如a、b、c、d、e上，這就不能充分利用當(dāng)前光照強(qiáng)的下陣列所能提供的最大功率，被浪費(fèi)的能量如圖中所示的面積。如果把在不同日照下陣列所能提供的最大功率點(diǎn)連接起來，就構(gòu)成了圖中所示的最大功率點(diǎn)軌跡線，任何時(shí)候都應(yīng)使系統(tǒng)的工作點(diǎn)落在這一軌跡線上，從電路的匹配角度看，這就需要一個(gè)阻抗轉(zhuǎn)換器。為了實(shí)現(xiàn)這一阻抗變化，即把a(bǔ)、b、c、d、e點(diǎn)轉(zhuǎn)換到a、b、c、d、e上，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度保持固定值時(shí)，后面一些點(diǎn)幾乎落在同一根垂直線的領(lǐng)近兩側(cè)，這就有可能把最大功率點(diǎn)的軌跡線近似的看作電壓u=const的一根垂直線，亦即只要保持陣列的出端電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保持陣列輸出在該一溫度下的最大功率，把最大功率點(diǎn)跟蹤器簡(jiǎn)化為一個(gè)穩(wěn)壓器，這就是cvt跟蹤的理論依據(jù)。 給定電壓和實(shí)際電壓比較后經(jīng)過pi調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)結(jié)果與三角波比較得到pwm脈沖，驅(qū)動(dòng)功率器件，從而調(diào)節(jié)太陽電池的負(fù)載阻抗。不同的pwm脈寬對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載阻抗。cvt方式具有控制簡(jiǎn)單，可靠性高，穩(wěn)定性好，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，比一般光伏系統(tǒng)可望多獲得20的電能，較之不帶cvt的直接耦合要有利得多。但是，這種跟蹤方式忽略了溫度對(duì)太陽電池開路電壓的影響。以單晶硅太陽電池為例，當(dāng)環(huán)境溫度每升高1時(shí)，其開路電壓下降率為0.350.45。這表明太陽電池最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓也隨環(huán)境溫度的變化而變化。對(duì)于四季溫差或日溫差比較大的地區(qū),cvt方式并不能在所有的溫度環(huán)境下完全地跟蹤最大功率。 鑒于cvt方式的局限性，它只能是一定溫度條件下的最大功率跟蹤，在不同溫度條件下仍有功率損失。真正的mppt是指系統(tǒng)在任何溫度和日照條件下都能跟蹤太陽電池的最大功率。目前，最常用的控制方法主要是擾動(dòng)觀察法和電導(dǎo)增量法.擾動(dòng)觀察法由于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，是最常用的方法。它通過對(duì)太陽電池輸出電壓、電流的檢測(cè)，得到電池當(dāng)前的輸出功率，再將它與前一時(shí)刻的記憶功率相比較，從而確定給定參考電壓調(diào)整的方向。若p0，說明參考電壓調(diào)整的方向正確，可以繼續(xù)按原來的方向調(diào)整；若p0，說明參考電壓調(diào)整的方向錯(cuò)誤，需要改變調(diào)整的方向。當(dāng)給定參考電壓增大時(shí)，若輸出功率也增大，則工作點(diǎn)位于圖4中最大功率點(diǎn)pmax左側(cè)，需繼續(xù)增大參考電壓；若輸出功率減小，則工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)pmax右側(cè)，需要減小參考電壓。當(dāng)給定參考電壓減小時(shí)，若輸出功率也減小，則工作點(diǎn)位于pmax的左側(cè)，需增大參考電壓；若輸出功率增大，則工作點(diǎn)位于pmax的右側(cè)，需繼續(xù)減小參考電壓。 圖4 pu特性曲線 給定參考電壓變化的過程實(shí)際上是一個(gè)功率尋優(yōu)的過程。由于在尋優(yōu)過程中不斷地調(diào)整參考電壓，因此，太陽電池的工作點(diǎn)始終在最大功率點(diǎn)附近振蕩，無法穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)上。同時(shí)，當(dāng)日照強(qiáng)度快速變化時(shí)，參考電壓調(diào)整方向可能發(fā)生錯(cuò)誤。 電導(dǎo)增量法的原理是：在最大功率點(diǎn)處，有dp/du=0，即滿足di/du=i/u。理論上它比擾動(dòng)觀察法好，能適應(yīng)日照強(qiáng)度快速變化，但由于傳感器的精密度等因素，電導(dǎo)增量法往往難以實(shí)現(xiàn)。由于太陽電池特性的i=f（u）關(guān)系是一個(gè)單值函數(shù)，因此，只要保證太陽電池的輸出電壓在任何日照及溫度下都能實(shí)時(shí)地保持為與該條件相對(duì)應(yīng)的um值，就一定可以保證電池在任何瞬間都輸出其最大功率。 cvt控制結(jié)構(gòu)如圖5所示,它將太陽電池工作電壓作為反饋，達(dá)到穩(wěn)定電池工作點(diǎn)電壓的目的。圖中i=f1(u)與負(fù)載特性有關(guān)。 圖5 cvt控制框圖 tmppt的實(shí)質(zhì)是在cvt的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)的改變太陽電池的工作點(diǎn)電壓，使得工作點(diǎn)電壓始終等于最大功率點(diǎn)處的電壓，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。它的內(nèi)環(huán)就是cvt。tmppt的控制框圖如圖6所示。 圖6 tmppt的控制框圖 采用tmppt實(shí)現(xiàn)太陽電池的最大功率跟蹤，通過在太陽能模擬器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可得如圖7所示的結(jié)果，圖中的就是太陽電池的工作點(diǎn)。它表明太陽電池工作在最大功率點(diǎn)處，tmppt有良好的跟蹤效果。 圖7 tmppt的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （3） 脈寬調(diào)制法它本質(zhì)上是一個(gè)作為功率調(diào)節(jié)的dc/dc變換器。它利用晶體管開關(guān)工作在開關(guān)狀態(tài)，將太陽能電池陣列的直流輸出信號(hào)變換成一個(gè)有可變占空比的方波信號(hào)來改變太陽能電池陣列的等效負(fù)載。dc/dc中的開關(guān)調(diào)節(jié)通常采用脈寬調(diào)制，它與太陽能電池板串聯(lián)，通過改變pwm波的占空比來控制充電電壓，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種pwm技術(shù)，其中包括：相電壓控制pwm、脈寬pwm法、隨機(jī)pwm、spwm法、線電壓控制pwm等，而本文介紹的是在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬pwm法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為pwm波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整pwm的周期、pwm的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。 pwm脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實(shí)現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個(gè)作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)大大改善。利用pwm逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關(guān)斷器件，開關(guān)頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波 pwm變頻電路具有以下特點(diǎn)1. 可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓 2. 整流電路采用二極管，可獲得接近1的功率因數(shù) 3. 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 4. 通過對(duì)輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 現(xiàn)在通用變頻器基本都再用pwm控制方式，所以介紹一下pwm控制的原理 pwm基本原理12 脈寬調(diào)制（pwm）?？刂品绞骄褪菍?duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次斜波諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。沖量既指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如把各輸出波形用傅里葉變換分析，則它們的低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。 根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對(duì)矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。 例如，把正弦半波波形分成n等份，就可把正弦半波看成由n個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 /n ，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是pwm波形?？梢钥闯?，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，pwm波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到pwm波形。 在pwm波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交直交變頻器中，整流電路采用不可控的二極管電路即可，pwm逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。 根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，pwm波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的pwm波形 pwm技術(shù)的具體應(yīng)用pwm軟件法控制充電電流本方法的基本思想就是利用單片機(jī)具有的pwm端口，在不改變pwm方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的pwm控制寄存器來調(diào)整pwm的占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機(jī)必須具有adc端口和pwm端口這兩個(gè)必須條件，另外adc的位數(shù)盡量高，單片機(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機(jī)先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)行比較，若實(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整pwm 的占空比；若實(shí)際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整pwm的占空比。在軟件pwm的調(diào)整過程中要注意adc的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。軟件pwm法具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)： 簡(jiǎn)化了pwm的硬件電路，降低了硬件的成本。利用軟件pwm不用外部的硬件pwm和電壓比較器，只需要功率mosfet、續(xù)流磁芯、儲(chǔ)能電容等元器件，大大簡(jiǎn)化了外圍電路。 可控制涓流大小。在pwm控制充電的過程中,單片機(jī)可實(shí)時(shí)檢測(cè)adc端口上充電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設(shè)定的涓流進(jìn)行比較，以決定pwm占空比的調(diào)整方向。 電池喚醒充電。單片機(jī)利用adc端口與pwm的寄存器可以任意設(shè)定充電電流的大小，所以，對(duì)于電池電壓比較低的電池，在上電后，可以采取小電流充一段時(shí)間的方式進(jìn)行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認(rèn)為恒流，對(duì)電池的沖擊破壞也較小。 缺點(diǎn)： 電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流采樣電阻來實(shí)現(xiàn)的，采樣電阻上的壓降傳到單片機(jī)的adc輸入端口，單片機(jī)讀取本端口的電壓就可以知道充電電流的大小。若設(shè)定采樣電阻為rsample（單位為），采樣電阻的壓降為vsample（單位為mv）， 10位adc的參考電壓為5.0v。則adc的1 lsb對(duì)應(yīng)的電壓值為 5000mv/10245mv。一個(gè)5mv的數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流值就是50ma，所以軟件pwm電流控制精度最大為50ma。若想增加軟件pwm的電流控制精度，可以設(shè)法降低adc的參考電壓或采用10位以上adc的單片機(jī)。 pwm采用軟啟動(dòng)的方式。在進(jìn)行大電流快速充電的過程中，充電從停止到重新啟動(dòng)的過程中，由于磁芯上的反電動(dòng)勢(shì)的存在，所以在重新充電時(shí)必須降低pwm的有效占空比,以克服由于軟件調(diào)整pwm的速度比較慢而帶來的無法控制充電電流的問題。 充電效率不是很高。在快速充電時(shí)，因?yàn)椴捎昧顺潆娷泦?dòng)，再加上單片機(jī)的pwm調(diào)整速度比較慢，所以實(shí)際上停止充電或小電流慢速上升充電的時(shí)間是比較大的。 為了克服2和3缺點(diǎn)帶來的充電效率低的問題，我們可以采用充電時(shí)間比較長(zhǎng)，而停止充電時(shí)間比較短的充電方式，例如充2s停50ms，再加上軟啟動(dòng)時(shí)的電流慢速啟動(dòng)折合成的停止充電時(shí)間，設(shè)定為50ms，則實(shí)際充電效率為（2000ms100ms）/2000ms=95%，這樣也可以保證充電效率在90%以上。 純硬件pwm法控制充電電流由于單片機(jī)的工作頻率一般都在4mhz左右，由單片機(jī)產(chǎn)生的pwm的工作頻率是很低的，再加上單片機(jī)用adc方式讀取充電電流需要的時(shí)間，因此用軟件pwm的方式調(diào)整充電電流的頻率是比較低的，為了克服以上的缺陷，可以采用外部高速pwm的方法來控制充電電流?，F(xiàn)在智能充電器中采用的pwm控制芯片主要有tl494等,本pwm控制芯片的工作頻率可以達(dá)到300khz以上，外加阻容元件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充電過程中的恒流限壓作用，單片機(jī)只須用一個(gè)普通的i/o端口控制tl494使能即可。另外也可以采用電壓比較器替代tl494，如lm393和lm358等。采用純硬件pwm具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)： 電流精度高。充電電流的控制精度只與電流采樣電阻的精度有關(guān)，與單片機(jī)沒有關(guān)系。不受軟件pwm的調(diào)整速度和adc的精度限制。 充電效率高。不存在軟件pwm的慢啟動(dòng)問題，所以在相同的恒流充電和相同的充電時(shí)間內(nèi)，充到電池中的能量高。 對(duì)電池?fù)p害小。由于充電時(shí)的電流比較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度很小，所以對(duì)電池的沖擊很小，另外tl494還具有限壓作用，可以很好地保護(hù)電池。 缺點(diǎn)： 硬件的價(jià)格比較貴。tl494的使用在帶來以上優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，增加了產(chǎn)品的成本，可以采用lm358或lm393的方式進(jìn)行克服。 涓流控制簡(jiǎn)單，并且是脈動(dòng)的。電池充電結(jié)束后，一般采用涓流充電的方式對(duì)電池維護(hù)充電，以克服電池的自放電效應(yīng)帶來的容量損耗。單片機(jī)的普通i/o控制端口無法實(shí)現(xiàn)pwm端口的功能，即使可以用軟件模擬的方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的pwm功能，但由于單片機(jī)工作的實(shí)時(shí)性要求，其軟件模擬的pwm頻率也比較低，所以最終采用的還是脈沖充電的方式，例如在10%的時(shí)間是充電的，在另外90%時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行充電。這樣對(duì)充滿電的電池的沖擊較小。 單片機(jī) pwm控制端口與硬件pwm融合 對(duì)于單純硬件pwm的涓流充電的脈動(dòng)問題，可以采用具有pwm端口的單片機(jī)，再結(jié)合外部pwm芯片即可解決涓流的脈動(dòng)性。 在充電過程中可以這樣控制充電電流：采用恒流大電流快速充電時(shí)，可以把單片機(jī)的pwm輸出全部為高電平（pwm控制芯片高電平使能）或低電平（pwm控制芯片低電平使能）；當(dāng)進(jìn)行涓流充電時(shí)，可以把單片機(jī)的pwm控制端口輸出pwm信號(hào)，然后通過測(cè)試電流采樣電阻上的壓降來調(diào)整pwm的占空比，直到符合要求為止。由此可見，用脈寬調(diào)制法來使太陽能電池達(dá)到并保持在最大功率且輸出穩(wěn)定電流是一種較為可行的方法，可優(yōu)先選擇。各種控制策略的比較國(guó)內(nèi)外研究mppt的算法很多，比較成熟的有恒定電壓法、擾動(dòng)觀測(cè)法/爬山法、電導(dǎo)增量法等。恒定電壓法（cvt）就是將光伏電壓固定在最大功率點(diǎn)附近，該控制方法簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，初期投入少，系統(tǒng)工作電壓具有良好的穩(wěn)定性，但是跟蹤精度差，忽略了溫度對(duì)光伏電池開路電壓的影響，測(cè)量開路電壓要求光伏陣列斷開負(fù)載后再測(cè)量，對(duì)外界條件的適應(yīng)性差，環(huán)境變化時(shí)不能自動(dòng)跟蹤到mpp，造成了能量損失。擾動(dòng)觀測(cè)法（p&o）和爬山法（hill climbing）都是通過不斷擾動(dòng)光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)來尋找最大功率點(diǎn)的方向，該控制方法控制思路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較為方便，跟蹤效率高，提高太陽能的利用效率，但是擾動(dòng)觀測(cè)法或爬山法的步長(zhǎng)是固定的，如果步長(zhǎng)過小，就會(huì)導(dǎo)致光伏陣列長(zhǎng)時(shí)間地停滯在低功率輸出區(qū)，如果步長(zhǎng)過大，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩加劇，并且在日照強(qiáng)度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤判現(xiàn)象。電導(dǎo)增量法是通過調(diào)整工作點(diǎn)的電壓，使之逐步接近最大功率點(diǎn)電壓來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤，該方法能夠判斷工作電壓與最大功率點(diǎn)電壓的相對(duì)位置，能夠快速地跟蹤光強(qiáng)迅速變化引起的最大功率點(diǎn)變化，控制效果好，穩(wěn)定度高，但是該控制算法較復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)性能和傳感器精度要求較高，硬件實(shí)現(xiàn)難。除以上幾種常用的mppt控制方法外，目前不斷出現(xiàn)一些較新、較實(shí)