光伏太陽能充電控制器的研究

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,對能源的需求量也愈來愈多；不可再生能源的過度利用,導(dǎo)致環(huán)境不斷惡化；環(huán)境的不斷惡化和能源的缺乏也給我們社會的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)和壓力。發(fā)展和利用新型潔凈能源成了迎接挑戰(zhàn)緩解壓力的有效途徑。在所有的新型潔凈能源中太陽能是被公認的最具有前景的綠色能源之一。在太陽能的利用中,太陽能發(fā)電則是最具有潛力的應(yīng)用技術(shù)之一[1]。因此,研究如何合理有效地利用太陽能發(fā)電具有重大的現(xiàn)實意義。傳統(tǒng)的庭院式小功率太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的充電控制器多采用純硬件電路或者低端的微處理器,導(dǎo)致其性能有一定的局限,如效率偏低。針對這些,本文提出了本系統(tǒng)的設(shè)計思路和方案。 本論文首先介紹了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成,并對太陽能電池的輸出特性進行研究,在分析影響輸出特性因素的前提下,提出合理利用太陽能能量的要求；然后在分析蓄電池特性、工作原理、影響充電效果因素的基礎(chǔ)上,根據(jù)本系統(tǒng)的實際要求選取分階段充電法作為本系統(tǒng)的充電方式。其次對比不同的MPPT算法的優(yōu)缺點,針對本文的實際需求選擇增量電導(dǎo)法作為本系統(tǒng)的MPPT算法。最后結(jié)合選擇的充電方式和本文的設(shè)計需求,給出相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)計。 在太陽能光伏充電控制器的硬件設(shè)計中,分析了傳統(tǒng)的庭院式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的特點后,針對信號采集和主控制模塊給出了本文的設(shè)計點。在信號采集電路中,鑒于傳統(tǒng)采集電路功耗高、精度低的缺陷,給出了本文外圍器件簡單、低功耗、高精準的電流信號采集電路；在主系統(tǒng)控制模塊中選用高性能微處理器STM8S系列微處理器作為主控芯片；同時給出系統(tǒng)硬件電路的具體參數(shù)；在軟件設(shè)計方面,根據(jù)蓄電池剩余電量智能選擇充電的方式,當蓄電池剩余電量嚴重不足時采用MPPT技術(shù)進行充電,其余情況選擇階段充電方式；同時在設(shè)計中考慮蓄電池的保護控制和系統(tǒng)的故障處理；在系統(tǒng)的可靠性分析中,介紹了影響可靠性的原因,針對性的時給出了軟件和硬件的可靠性分析和設(shè)計。 在系統(tǒng)分析中,由給出設(shè)計的實物圖、不同采集電路的功耗對比圖以及太陽能光伏發(fā)電充電數(shù)據(jù)表,得出結(jié)論：本設(shè)計在功耗、精度和實物尺寸等具有一定的優(yōu)勢。最后給出本論文的設(shè)計總結(jié)、系統(tǒng)的不足和未來展望。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏 充電控制器 MPPT
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM615;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 本課題的選題背景和來源13-15
• 1.1.1 選題背景13-15
• 1.1.2 課題來源15
• 1.2 太陽能光伏發(fā)電簡介15-17
• 1.2.1 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的分類15-16
• 1.2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)16
• 1.2.3 獨立太陽能系統(tǒng)的構(gòu)成16-17
• 1.3 國內(nèi)外太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀17-19
• 1.3.1 全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展17-18
• 1.3.2 我國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀18
• 1.3.3 光伏發(fā)電的展望18-19
• 1.4 光伏太陽能控制器國內(nèi)外現(xiàn)狀19
• 1.5 論文意義19-20
• 1.6 論文的主要研究內(nèi)容20
• 1.7 論文的結(jié)構(gòu)安排20-21
• 1.8 本章小結(jié)21-22
• 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池的特性與應(yīng)用22-31
• 2.1 太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理22-23
• 2.1.1 太陽能電池的結(jié)構(gòu)22
• 2.1.2 太陽能電池的工作原理22-23
• 2.2 太陽能電池的分類23-24
• 2.3 太陽能電池的特性及應(yīng)用24-30
• 2.3.1 太陽能電池板的等效電路模型24-26
• 2.3.2 太陽能電池的P-U特性26-27
• 2.3.3 影響太陽能特性的因素27
• 2.3.4 太陽能電池的選用27-29
• 2.3.5 太陽能電池的安裝29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 蓄電池31-38
• 3.1 蓄電池的簡介31-33
• 3.1.1 蓄電池的介紹31-32
• 3.1.2 蓄電池技術(shù)參數(shù)32-33
• 3.2 蓄電池的工作原理33-34
• 3.2.1 鉛酸蓄電池的工作原理33
• 3.2.2 VRLA蓄電池的工作原理33-34
• 3.3 蓄電池的特點及其壽命34-36
• 3.3.1 蓄電池的特點34-35
• 3.3.2 蓄電池的壽命及影響因素35-36
• 3.4 蓄電池的充電技術(shù)36-37
• 3.5 蓄電池的選擇37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第四章 光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)中MPPT技術(shù)的實現(xiàn)38-42
• 4.1 光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的最大功率點跟蹤38
• 4.2 最大功率跟蹤控制的常用方法38-40
• 4.2.1 恒壓跟蹤法38-39
• 4.2.2 擾動觀察法39
• 4.2.3 增量電導(dǎo)法39-40
• 4.2.4 模糊邏輯控制法40
• 4.3 控制算法的分析和選擇40-41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第五章 小型太陽能光伏控制器硬件和軟件的設(shè)計42-60
• 5.1 控制器系統(tǒng)的簡介42
• 5.2 硬件電路設(shè)計42-55
• 5.2.1 太陽能光伏充電控制器42-45
• 5.2.2 系統(tǒng)供電電源45-46
• 5.2.3 太陽能電板輸入電流采樣電路46-49
• 5.2.4 DC/DC電路的拓撲設(shè)計49-52
• 5.2.5 蓄電池放電控制電路52-53
• 5.2.6 蓄電池過充過放檢測電路53
• 5.2.7 控制系統(tǒng)顯示電路53-55
• 5.3 軟件設(shè)計55-57
• 5.3.1 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計55-56
• 5.3.2 最大功率點跟蹤控制程序設(shè)計56-57
• 5.3.3 充電控制程序57
• 5.4 系統(tǒng)的可靠性分析及設(shè)計57-59
• 5.4.1 硬件的可靠性設(shè)計58-59
• 5.4.2 軟件的可靠性設(shè)計59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析60-63
• 6.1 系統(tǒng)展示60
• 6.2 系統(tǒng)結(jié)果分析60-62
• 6.3 本章小結(jié)62-63
• 總結(jié)63-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文69-70
• 致謝70

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