太陽能汽車的光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制研究

【摘要】：目前，能源危機(jī)和環(huán)境污染已經(jīng)成為制約汽車行業(yè)發(fā)展的主要問題，為了應(yīng)對這一問題，世界各大汽車制造商紛紛加大了可再生清潔能源的開發(fā)和利用。太陽能發(fā)電以發(fā)電過程清潔無污染、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前汽車能源研究的熱點(diǎn)。但是受太陽能電池材料和轉(zhuǎn)換效率的影響，依靠太陽能發(fā)電作為動力的太陽能汽車還處于概念和科研階段，因此研究提高太陽能汽車的光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，是推動太陽能汽車發(fā)展的重要途徑。 本文以太陽能汽車的光伏系統(tǒng)為研究對象，通過分析太陽電池的輸出特性，修正得到了光伏陣列比較實(shí)用的工程數(shù)學(xué)模型，并在Simulink環(huán)境下建立了光伏陣列的仿真模型，得到了其輸出特性曲線。其次，根據(jù)光伏電池發(fā)電特點(diǎn)提出了向陽跟蹤控制策略，保證光伏電池的發(fā)電能力得到充分的利用；根據(jù)負(fù)載匹配原理，提出了最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）策略，保證系統(tǒng)將產(chǎn)出電能最大限度的提供給外界使用。 根據(jù)提出的最大功率控制策略，對以ATmega16單片機(jī)為核心的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括光信號檢測裝置、雙軸電機(jī)驅(qū)動裝置以及升壓電路模塊等，并在PROTUES中建立對應(yīng)的仿真模型。在研究目前MPPT算法的基礎(chǔ)上，依據(jù)光伏電池輸出特性曲線的特點(diǎn)，提出了權(quán)位斜率法跟蹤最大功率點(diǎn)，并在Simulink環(huán)境下通過與爬山法相比較，驗(yàn)證了系統(tǒng)的優(yōu)越性。 根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的功能及權(quán)位斜率算法要求，設(shè)計(jì)編寫硬件程序，并運(yùn)用PROTUES中的硬件仿真電路調(diào)試程序。最后將調(diào)試好的程序燒錄到硬件電路中，在實(shí)際環(huán)境下，對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和測試。在同樣的環(huán)境條件下，分別對施加控制和不施加控制的光伏陣列進(jìn)行測試，根據(jù)測量數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的控制策略提高了系統(tǒng)的性能。 【關(guān)鍵詞】：光伏陣列 MPPT 向陽跟蹤 權(quán)位斜率法
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U469.7;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景10-12
• 1.1.1 汽車行業(yè)面臨的危機(jī)10-11
• 1.1.2 光伏發(fā)電技術(shù)概述11-12
• 1.1.3 新能源汽車概述12
• 1.2 太陽能汽車的發(fā)展和現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外太陽能汽車發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)太陽能汽車發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.3 課題研究意義14-15
• 1.4 課題研究內(nèi)容15-17
• 第二章 太陽能汽車概述17-24
• 2.1 太陽能汽車關(guān)鍵技術(shù)17-19
• 2.2 太陽能汽車光伏系統(tǒng)簡介19-23
• 2.2.1 光伏系統(tǒng)的分類19-21
• 2.2.2 太陽能汽車光伏系統(tǒng)組成21-23
• 2.2.3 太陽能汽車光伏系統(tǒng)存在的問題23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第三章 汽車光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤策略設(shè)計(jì)24-41
• 3.1 汽車光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤策略分析24-25
• 3.2 太陽能電池特性分析25-31
• 3.2.1 太陽能電池的構(gòu)造及基本工作原理25-26
• 3.2.2 太陽能電池的數(shù)學(xué)模型的建立26-28
• 3.2.3 太陽能電池輸出特性分析28-31
• 3.3 向日跟蹤策略31-32
• 3.4 最大功率點(diǎn)跟蹤策略32-34
• 3.5 最大功率點(diǎn)跟蹤算法設(shè)計(jì)34-40
• 3.5.1 最大功率點(diǎn)跟蹤常用算法34-37
• 3.5.2 權(quán)位斜率法設(shè)計(jì)37-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 汽車光伏系統(tǒng)向陽跟蹤控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)41-53
• 4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)41-45
• 4.1.1 單片機(jī)選擇42-44
• 4.1.2 硬件仿真與軟件設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境44-45
• 4.2 向陽跟蹤控制硬件與軟件設(shè)計(jì)45-52
• 4.2.1 向陽跟蹤控制硬件設(shè)計(jì)45-50
• 4.2.2 向陽跟蹤控制軟件設(shè)計(jì)50-51
• 4.2.3 向陽跟蹤控制實(shí)際測試51-52
• 4.3 本章小結(jié)52-53
• 第五章 汽車光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)53-64
• 5.1 最大功率點(diǎn)跟蹤及顯示硬件設(shè)計(jì)53-57
• 5.1.1 最大功率點(diǎn)跟蹤硬件設(shè)計(jì)53-56
• 5.1.2 功率顯示部分硬件設(shè)計(jì)56-57
• 5.2 最大功率點(diǎn)跟蹤及顯示程序設(shè)計(jì)57-63
• 5.2.1 權(quán)位斜率法的實(shí)現(xiàn)及仿真57-61
• 5.2.2 權(quán)位斜率法的硬件程序設(shè)計(jì)61
• 5.2.3 功率顯示模塊軟件設(shè)計(jì)61-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 第六章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)及測試64-69
• 6.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)64-66
• 6.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試及測試結(jié)果分析66-68
• 6.3 本章小結(jié)68-69
• 第七章 結(jié)論69-71
• 7.1 總結(jié)69-70
• 7.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-73
• 在學(xué)研究成果73-74
• 致謝74

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