AT89C4051单片机的光伏系统最大功率点跟踪设计+源码(2)
1.2 国内外光伏发电发展现状
1.2.1 国外光伏发电发展现状
1.2.2 国内光伏发电发展现状
1.3 本文研究内容和意义
光伏发电系统是指由光伏电池板，控制器和电能存储与变换环节共同构成的发电与电能变换综合系统。光伏电池板产生的电能经过储能、控制器等环节储存和转换，转换为负载所能使用的稳定的电能。
由于光伏电池的外部特性受到使用环境（如光照强度、负载和温度等因素）的影响而呈现明显的非线性特性。为了实现对光能的高效利用，使光伏发电系统的功率输出最大化，需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪，这就是MPPT（maximum power point tracking）技术。
目前在光伏控制技术上，由于CVT(恒定电压跟踪器)的制造相对简单，许多产品仍然采用这种跟踪方式以代替相对复杂一些的MPPT，但这种方式所带来的功率损失随着近代微电子技术的迅速发展及微电子器件的价格大幅度降低，己经显得很不经济。因此具有太阳能MPPT功能的控制器是光伏利用技术上的提高，采用高性价比的单片机以及相关的外围器件来实现MPPT的控制将会比CVT控制带来更大的效益。
本文就是在太阳能电池自身特点的基础上，对MPPT 技术做进一步的研究分析，设计出了一种利用51 单片机进行自动控制的方法。本文所选用的单片机型号为AT89C4051。
AT89C4051是一个低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可
反复擦写的只读式程序存储器伊（PEROM）和128bytes的随机存储器(RAM )，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，能够相容标准MCS-51指令系统，AT89C4051有20个引脚，16个外部双向输入/输出(I/O)口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，1个全双工串列通信口，2个读写口线，AT89C4051可以按照常规方法进行编程，也可以线上编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。综合考虑，选用该芯片完全满足本设计的要求。
2 太阳能电池的特性研究
2.1 太阳能电池板的内特性
太阳能电池板主要由半导体硅制成。在半导体上照射太阳光后，由于硅半导体吸收光能会激发出电子和空穴，从而使半导体中有电流流过，这称为“光伏效应”。掺有磷杂质的硅含有多余的电子，称为N 型半导体；掺有硼杂质的硅含有多余的正电荷，称为P 型半导体。若将两者结合，则称为P-N 结，这就是半导体器件的最基本结构。光伏电池的奥妙就在这个“结”上，PN结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当光伏电池受到阳光照射时，电子接受光能，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。这样，在PN结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说的“光伏效应”。如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，并输出功率。
光伏电池等效电路的理想形式和实际形式如下图2-1。
图2-1 光伏电池理想和实际形式等效电路图
对于图中的理想电路，Iph 为光生电流，Iph 值正比于光伏电池的面积和入射光的辐射度。1CM2光伏电池板的Iph 值都是16-30mA。随着环境温度的升高，Iph 值也会略有上升，一般来讲温度每升高1 摄氏度，Iph 值上升78uA。ID 为暗电流，无光照下的硅型光伏电池板的基本电路外特性就类似于一个普通二极管。所谓暗电流指的是光伏电池板在无光照条件下，光伏电池P-N 结自身所能产生的总扩散电流的变化情况。IL 为光伏电池输出的负载电流。Uoc 为电池的开路电压。所谓开路电压，就是把光伏电池置于100mW/cm2 的光源照射下，光伏电池板输出两端开路时，所测得的电压输出值。光伏电池板的开路电压与入射光辐射度的对数成正比，与环境温度成反比，与电池板面积的大小无关，温度每上升1 摄氏度，Uoc 值约下降2-3mV。该值一般用高内阻的直流毫伏计可以测量得到。单晶硅光伏电池板的开路电压一般为500mV 左右，最高可达690mV。RL 为太阳能电池板的外接负载电阻。Rs 为串联电阻（ 即内阻），一般小于1 欧姆。它主要由电池板的体电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极与硅表面间接触电阻和金属导体电阻等组成。Rsh 为旁路电阻，一般为高电阻（能达到几千欧姆）。它主要是由电池板表面污浊和半导体晶体缺陷引起的漏电流所对应的P-N 结泄漏电阻和电池边缘的漏电阻组成。但实际中，可以用较简单的图1-1 的实际形式等效电路来表示，即此时光伏电池板等效为电压不超过极限值的电流源。此时等效电路的方程为：