MPPT模块早晚平滑开关机实现

太阳能MPPT模块作为一个节能型电源，其输入模式以单供电模式为佳。如下图所示，在低于最大功率点电压时光伏板电压特性很软：即电压变化很大但功率变化很小，光照较弱时，光伏板输出功率较低，输出功率大于光伏板功率时，光伏板输出电压跌落。

由于光伏板的输出特性很软，当光伏电压达到辅源的开启电压时，辅源工作瞬间抽取辅源工作所需的功率，光伏电压会跌落，辅源关闭，接下来辅源会重复开关，容易损坏模块内部的继电器、DSP、MOS管等器件，直到光伏板的输出功率能够维持辅源工作，辅源才不会重复开关。

由于存在上述问题，目前大多数厂家会采用模块输出电池供电或者采用模块输入端（光伏板侧）和模块输出电池同时取电的方式，现有这两种取电方式的问题在于模块在光伏功率较弱或在晚上时模块辅源从电池取电，消耗了电池能量的同时也使太阳能模块白天晚上一直工作从而降低模块寿命，这些问题都是不能容忍的。

在只有太阳光作为唯一输入源的情况下，当早晚日出日落的临界状态时，MPPT模块的开关机过程需要平滑处理，以避免辅助电源、继电器和BUCK电路的反复开关对模块寿命和可靠性的影响。

工作原理和参数计算

1.工作原理描述

MPPT模块早晚开关机平滑处理的核心是“重载切换轻载”。在早晚光强从无到有和从有到无的过程中，通过对可调负载（风扇）的连续控制，不断测试光强功率是否足够模块正常工作，以实现开关机过程的平滑处理，从而避免开机时辅助电源、继电器和BUCK电路的反复开关。

软件早晚开关机平滑处理流程图框架如下图所示，其中：

Vi为输入电压;

Vmpp为风扇调速基准电压点;

Vo为输出电压;

Vo+dV1为开机过程BUCK电路关断基准电压点,Vmpp为关机过程BUCK电路关断基准电压点;

Vo+dV2为继电器的关断基准电压点;

Vo+dV3为正常开机后到傍晚进入关机程序的基准电压点。

2.参数计算过程

开关机过程需要的功率切换值如下：

Pl－模块假负载最大功耗，

Paux－辅助电源开启功耗，

Pfan－风扇满转功耗，

Prly－继电器闭合功耗，

Pbuck－Buck电路工作功耗。

为模块早晚开关机平滑实现，需要满足以下几点要求：

1) Pl > Paux，即假负载功耗要大于辅助电源开启功耗以避免辅助源频繁开关；

2) Pfan > Prly，即风扇满转功耗大于继电器闭合功耗以避免继电器频繁开关；

3) Pfan > Pbuck，即风扇满转功耗大于buck工作功耗以避免buck频繁开关；

4) 风扇调速周期要比输入电压跌落时间快；

5) 以上所有调速及开关判断以选取光伏板MPP工作点为佳。

3.算法实测结果

在额定输入条件下（四块光伏板串连），模块早晚开关机过程实现了平滑处理，如下图所示：

早上开机实测波形

晚上关机实测波形

考虑到MPPT系统对客户光伏板的配置不可控，需要考虑一些极端配置情况（如单独四块光伏板串连、单独六块光伏板串连）的应对方法。

针对单独四块光伏板串连情况，由于所有调速与开关判断电压点选取为65V，与四块光伏板串连理论最大功率点68V接近，因此模块在光伏板能提供的最大功率附近执行开关机程序，在光线没有突变的情况下可以平滑实现开关机过程。

由于在早晚临界状态时光强已经很弱了，模块无法通过开路电压判断光伏板配置信息，另外为了保持模块与监控一定程度上的功能独立性，也不便通过监控模块来下发光伏配置信息，因此模块的开机判定电压点65V无法同光伏板配置信息自适应调整。而单独六块光伏板串连的理论最大功率点为102V，在早晚临界状态时实测开路电压约105V，对应最大功率点约在80－90V之间，与65V的判断电压点相差较远。在开机65V调速的情况下，4块板串和6块板串对应到每块板上的工作电压分别是16.25V和10.83V，其光伏功率存在差值dP，在负载调节过程中功率下降的斜率不同，因此在开关机过程中单独4块板能正常工作，单独6块板相对较差，如下图所示：

应对策略：

1）优化开（关）机起始条件，在进入开（关）机处理之前先积累（耗尽）光伏能量，然后再运行假负载调节程序；

2）增加辅助电源频繁开关机识别标志，在光强临界的情况下一旦发生辅助电源掉电，则延时3分钟后再运行风扇负载调节，针对不同天气和光伏板配置，可以有效减少辅助电源频繁开关机对客户的困扰。