成功大學系統曁船舶機電工程研究所，應用 FPGA 晶片及 PWM 實現 MPPT 太陽能發電系統之設計與研製

Author(s):
趙 儒民 - 成功大學　系統曁船舶機電工程研究所

Industry:
Energy/Power

Products:
Real-Time Module, LabVIEW, FPGA Module, CompactRIO

The Challenge:
太陽能電池有其最佳工作點，於此點可獲得最大之輸出功率，但最佳工作點往往隨著周圍環境而改變，如果將太陽能電池之輸出電壓固定，則無法持續地產生最大輸出功率。故目前在太陽光能電池之應用技術中，追蹤最大功率點控制可提升發電的整體效率。

The Solution:
針對太陽能最大功率追蹤器提出一套單變數二項式極值追蹤法，此演算法因只需量測單一變數，對硬體如感測器、轉換器等需求較少，因此將可大為降低製造成本

針對太陽能最大功率追蹤器提出一套單變數二項式極值追蹤法，此演算法因只需量測單一變數，對硬體如感測器、轉換器等需求較少，因此將可大為降低製造成本；此演算法亦可更快達到最大功率點，避免不必要之擾動造成功率損耗；軟體方面，選擇 NI LabVIEW 8 作為開發介面撰寫演算法，並將此套演算法透過 FPGA 模組以 VHDL 燒入 FPGA 晶片後，再以 RT 之方式執行，以達到更快的執行效率；硬體方面，從 NI CompactRIO 量測模組量得太陽能板電流與溫度變化情形，接著由 FPGA 與 RT 模組進行軟體之即時運算處理，最後自 PWM 模組輸出最大功率點之 Duty Cycle 至降壓型電路，此時輸出電壓即為最大功率點下所產生之電壓，並可提供電池供電或馬達等負載；透過以上過程可進一步實現太陽能電池最大功率的追蹤。

結論

利用 CompactRIO 控制器實現各訊號量測後，將量測訊號經燒入 FPGA 晶片中的單變數演算法執行最大功率追蹤，並由 PWM 控制輸出至降壓式直流-直流電壓轉換器之功率開關，進而改變 Duty Cycle 達到最大功率追蹤效果，其中也包含網路監控的 RT 處理器，讓此系統增加可靠度和實用性，亦縮短研發成果移轉至市場所需要的時間。

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趙 儒民
成功大學　系統曁船舶機電工程研究所
Tel: 06-275-7575
rmchao@mail.ncku.edu.tw

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