太陽(yáng)能MPPT模塊作為一個(gè)節(jié)能型電源，其輸入模式以單供電模式為佳。如下圖所示，在低于最大功率點(diǎn)電壓時(shí)光伏板電壓特性很軟：即電壓變化很大但功率變化很小，光照較弱時(shí)，光伏板輸出功率較低，輸出功率大于光伏板功率時(shí)，光伏板輸出電壓跌落。

由于光伏板的輸出特性很軟，當(dāng)光伏電壓達(dá)到輔源的開(kāi)啟電壓時(shí)，輔源工作瞬間抽取輔源工作所需的功率，光伏電壓會(huì)跌落，輔源關(guān)閉，接下來(lái)輔源會(huì)重復(fù)開(kāi)關(guān)，容易損壞模塊內(nèi)部的繼電器、DSP、MOS管等器件，直到光伏板的輸出功率能夠維持輔源工作，輔源才不會(huì)重復(fù)開(kāi)關(guān)。

由于存在上述問(wèn)題，目前大多數(shù)廠家會(huì)采用模塊輸出電池供電或者采用模塊輸入端（光伏板側(cè)）和模塊輸出電池同時(shí)取電的方式，現(xiàn)有這兩種取電方式的問(wèn)題在于模塊在光伏功率較弱或在晚上時(shí)模塊輔源從電池取電，消耗了電池能量的同時(shí)也使太陽(yáng)能模塊白天晚上一直工作從而降低模塊壽命，這些問(wèn)題都是不能容忍的。

在只有太陽(yáng)光作為唯一輸入源的情況下，當(dāng)早晚日出日落的臨界狀態(tài)時(shí)，MPPT模塊的開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程需要平滑處理，以避免輔助電源、繼電器和BUCK電路的反復(fù)開(kāi)關(guān)對(duì)模塊壽命和可靠性的影響。

工作原理和參數(shù)計(jì)算

1.工作原理描述

MPPT模塊早晚開(kāi)關(guān)機(jī)平滑處理的核心是“重載切換輕載”。在早晚光強(qiáng)從無(wú)到有和從有到無(wú)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)可調(diào)負(fù)載（風(fēng)扇）的連續(xù)控制，不斷測(cè)試光強(qiáng)功率是否足夠模塊正常工作，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程的平滑處理，從而避免開(kāi)機(jī)時(shí)輔助電源、繼電器和BUCK電路的反復(fù)開(kāi)關(guān)。

軟件早晚開(kāi)關(guān)機(jī)平滑處理流程圖框架如下圖所示，其中：

Vi為輸入電壓;

Vmpp為風(fēng)扇調(diào)速基準(zhǔn)電壓點(diǎn);

Vo為輸出電壓;

Vo+dV1為開(kāi)機(jī)過(guò)程BUCK電路關(guān)斷基準(zhǔn)電壓點(diǎn),Vmpp為關(guān)機(jī)過(guò)程BUCK電路關(guān)斷基準(zhǔn)電壓點(diǎn);

Vo+dV2為繼電器的關(guān)斷基準(zhǔn)電壓點(diǎn);

Vo+dV3為正常開(kāi)機(jī)后到傍晚進(jìn)入關(guān)機(jī)程序的基準(zhǔn)電壓點(diǎn)。

2.參數(shù)計(jì)算過(guò)程

開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程需要的功率切換值如下：

Pl－模塊假負(fù)載最大功耗，

Paux－輔助電源開(kāi)啟功耗，

Pfan－風(fēng)扇滿(mǎn)轉(zhuǎn)功耗，

Prly－繼電器閉合功耗，

Pbuck－Buck電路工作功耗。

為模塊早晚開(kāi)關(guān)機(jī)平滑實(shí)現(xiàn)，需要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：

1) Pl > Paux，即假負(fù)載功耗要大于輔助電源開(kāi)啟功耗以避免輔助源頻繁開(kāi)關(guān)；

2) Pfan > Prly，即風(fēng)扇滿(mǎn)轉(zhuǎn)功耗大于繼電器閉合功耗以避免繼電器頻繁開(kāi)關(guān)；

3) Pfan > Pbuck，即風(fēng)扇滿(mǎn)轉(zhuǎn)功耗大于buck工作功耗以避免buck頻繁開(kāi)關(guān)；

4) 風(fēng)扇調(diào)速周期要比輸入電壓跌落時(shí)間快；

5) 以上所有調(diào)速及開(kāi)關(guān)判斷以選取光伏板MPP工作點(diǎn)為佳。

3.算法實(shí)測(cè)結(jié)果

在額定輸入條件下（四塊光伏板串連），模塊早晚開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了平滑處理，如下圖所示：

早上開(kāi)機(jī)實(shí)測(cè)波形

晚上關(guān)機(jī)實(shí)測(cè)波形

考慮到MPPT系統(tǒng)對(duì)客戶(hù)光伏板的配置不可控，需要考慮一些極端配置情況（如單獨(dú)四塊光伏板串連、單獨(dú)六塊光伏板串連）的應(yīng)對(duì)方法。

針對(duì)單獨(dú)四塊光伏板串連情況，由于所有調(diào)速與開(kāi)關(guān)判斷電壓點(diǎn)選取為65V，與四塊光伏板串連理論最大功率點(diǎn)68V接近，因此模塊在光伏板能提供的最大功率附近執(zhí)行開(kāi)關(guān)機(jī)程序，在光線沒(méi)有突變的情況下可以平滑實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程。

由于在早晚臨界狀態(tài)時(shí)光強(qiáng)已經(jīng)很弱了，模塊無(wú)法通過(guò)開(kāi)路電壓判斷光伏板配置信息，另外為了保持模塊與監(jiān)控一定程度上的功能獨(dú)立性，也不便通過(guò)監(jiān)控模塊來(lái)下發(fā)光伏配置信息，因此模塊的開(kāi)機(jī)判定電壓點(diǎn)65V無(wú)法同光伏板配置信息自適應(yīng)調(diào)整。而單獨(dú)六塊光伏板串連的理論最大功率點(diǎn)為102V，在早晚臨界狀態(tài)時(shí)實(shí)測(cè)開(kāi)路電壓約105V，對(duì)應(yīng)最大功率點(diǎn)約在80－90V之間，與65V的判斷電壓點(diǎn)相差較遠(yuǎn)。在開(kāi)機(jī)65V調(diào)速的情況下，4塊板串和6塊板串對(duì)應(yīng)到每塊板上的工作電壓分別是16.25V和10.83V，其光伏功率存在差值dP，在負(fù)載調(diào)節(jié)過(guò)程中功率下降的斜率不同，因此在開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程中單獨(dú)4塊板能正常工作，單獨(dú)6塊板相對(duì)較差，如下圖所示：

應(yīng)對(duì)策略：

1）優(yōu)化開(kāi)（關(guān)）機(jī)起始條件，在進(jìn)入開(kāi)（關(guān)）機(jī)處理之前先積累（耗盡）光伏能量，然后再運(yùn)行假負(fù)載調(diào)節(jié)程序；

2）增加輔助電源頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)識(shí)別標(biāo)志，在光強(qiáng)臨界的情況下一旦發(fā)生輔助電源掉電，則延時(shí)3分鐘后再運(yùn)行風(fēng)扇負(fù)載調(diào)節(jié)，針對(duì)不同天氣和光伏板配置，可以有效減少輔助電源頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)對(duì)客戶(hù)的困擾。