基于Cuk变换器的光伏脉冲充电系统

摘要：分析了Buck变换器和Boost变换器在离网型光伏发电系统最大功率点跟踪(MPPT)电路中的缺点，提出了一种基于Cuk变换器的蓄电池组脉冲充电电路，并分析了该电路的工作原理，整个系统采用PIC单片机进行控制。实验结果表明，该控制电路实现了对蓄电池的脉冲充电，与Buck变换器、Boost变换器相比，大大提高了整个系统的工作效率，为太阳能的高效利用提供了有效的解决方法。
关键词：变换器；光伏；脉冲充电

1 引言
随着全球对能源需求的不断增加，人们将目光转移到新型能源的开发和利用上，例如，风能、太阳能、潮汐能等可再生能源。太阳能发电作为具有广阔应用前景的绿色能源已经成为国内外学术界和工业界的研究热点，但太阳能发电存在着两个主要问题：①光伏电池的输出特性受外界环境影响很大，在温度和光照辐射强度变化时，其输出特性会发生较大变化；②光伏电池的转换效率低且价格昂贵，初期投入较大。因此，为了充分利用光伏组件产生的能量，通常在光伏组件与负载之间串联MPPT电路，从而实现最大功率输出。这里针对MPPT常采用的Buck和Boost电路的缺点，提出一种基于Cuk变换器的脉冲充电系统。

2 光伏电池输出特性
图1为光伏电池在不同辐射强度、温度下的P-U特性。可见，温度和光照强度等外部因素都会对光伏电池最大功率点(Ump，Imp)产生影响：输出电流与光照强度有关，而输出电压与温度有关。因此，必须在光伏电池与负载之间串联MPPI电路，当外部环境或负载变化时，使光伏电池均能工作在最大功率点附近，以提高光伏电池利用效率。

3 Buck，Boost变换器的缺点
MPPT电路通常采用Buck或Boost电路，采用一定控制方法，如：扰动观察法(爬山法)、恒定电压控制法、增量电导法、神经网络控制法、模糊控制法、短路电流法等。这些算法通常是将光伏电池的采样电流和采样电压送至单片机，经过处理，调节主电路中开关管的占空比，使外电路等效电阻始终等于光伏电池的内电阻，实现动态负载匹配，从而实现光伏电池的最大功率输出。系统结构图如图2所示。

但这种Buck变换器或Boost变换器存在一定缺陷：在需要对蓄电池进行充电时，对于Buck变换器而言，光伏电池输出电压必须小于蓄电池的端电压，在光照强度很强时无法对蓄电池充电；对于Boost变换器而言，光伏电池输出电压必须大于蓄电池的端电压，在光照强度较弱时无法对蓄电池充电。针对Buck和Boost变换器的缺点，在此提出了一种基于Cuk变换器的光伏充电方式。