光伏太阳能充电控制器的研究

【摘要】：随着社会经济的飞速发展,对能源的需求量也愈来愈多；不可再生能源的过度利用,导致环境不断恶化；环境的不断恶化和能源的缺乏也给我们社会的可持续发展带来了严峻的挑战和压力。发展和利用新型洁净能源成了迎接挑战缓解压力的有效途径。在所有的新型洁净能源中太阳能是被公认的最具有前景的绿色能源之一。在太阳能的利用中,太阳能发电则是最具有潜力的应用技术之一[1]。因此,研究如何合理有效地利用太阳能发电具有重大的现实意义。传统的庭院式小功率太阳能光伏发电系统的充电控制器多采用纯硬件电路或者低端的微处理器,导致其性能有一定的局限,如效率偏低。针对这些,本文提出了本系统的设计思路和方案。 本论文首先介绍了太阳能光伏发电系统的组成,并对太阳能电池的输出特性进行研究,在分析影响输出特性因素的前提下,提出合理利用太阳能能量的要求；然后在分析蓄电池特性、工作原理、影响充电效果因素的基础上,根据本系统的实际要求选取分阶段充电法作为本系统的充电方式。其次对比不同的MPPT算法的优缺点,针对本文的实际需求选择增量电导法作为本系统的MPPT算法。最后结合选择的充电方式和本文的设计需求,给出相应的硬件和软件设计。 在太阳能光伏充电控制器的硬件设计中,分析了传统的庭院式太阳能光伏发电系统控制器的特点后,针对信号采集和主控制模块给出了本文的设计点。在信号采集电路中,鉴于传统采集电路功耗高、精度低的缺陷,给出了本文外围器件简单、低功耗、高精准的电流信号采集电路；在主系统控制模块中选用高性能微处理器STM8S系列微处理器作为主控芯片；同时给出系统硬件电路的具体参数；在软件设计方面,根据蓄电池剩余电量智能选择充电的方式,当蓄电池剩余电量严重不足时采用MPPT技术进行充电,其余情况选择阶段充电方式；同时在设计中考虑蓄电池的保护控制和系统的故障处理；在系统的可靠性分析中,介绍了影响可靠性的原因,针对性的时给出了软件和硬件的可靠性分析和设计。 在系统分析中,由给出设计的实物图、不同采集电路的功耗对比图以及太阳能光伏发电充电数据表,得出结论：本设计在功耗、精度和实物尺寸等具有一定的优势。最后给出本论文的设计总结、系统的不足和未来展望。 【关键词】：太阳能 光伏 充电控制器 MPPT
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 本课题的选题背景和来源13-15
• 1.1.1 选题背景13-15
• 1.1.2 课题来源15
• 1.2 太阳能光伏发电简介15-17
• 1.2.1 太阳能光伏发电技术的分类15-16
• 1.2.2 太阳能光伏发电系统16
• 1.2.3 独立太阳能系统的构成16-17
• 1.3 国内外太阳能发电的现状17-19
• 1.3.1 全球光伏发电产业的发展17-18
• 1.3.2 我国的光伏发电产业发展现状18
• 1.3.3 光伏发电的展望18-19
• 1.4 光伏太阳能控制器国内外现状19
• 1.5 论文意义19-20
• 1.6 论文的主要研究内容20
• 1.7 论文的结构安排20-21
• 1.8 本章小结21-22
• 第二章 光伏发电系统中太阳能电池的特性与应用22-31
• 2.1 太阳能电池的结构及工作原理22-23
• 2.1.1 太阳能电池的结构22
• 2.1.2 太阳能电池的工作原理22-23
• 2.2 太阳能电池的分类23-24
• 2.3 太阳能电池的特性及应用24-30
• 2.3.1 太阳能电池板的等效电路模型24-26
• 2.3.2 太阳能电池的P-U特性26-27
• 2.3.3 影响太阳能特性的因素27
• 2.3.4 太阳能电池的选用27-29
• 2.3.5 太阳能电池的安装29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 蓄电池31-38
• 3.1 蓄电池的简介31-33
• 3.1.1 蓄电池的介绍31-32
• 3.1.2 蓄电池技术参数32-33
• 3.2 蓄电池的工作原理33-34
• 3.2.1 铅酸蓄电池的工作原理33
• 3.2.2 VRLA蓄电池的工作原理33-34
• 3.3 蓄电池的特点及其寿命34-36
• 3.3.1 蓄电池的特点34-35
• 3.3.2 蓄电池的寿命及影响因素35-36
• 3.4 蓄电池的充电技术36-37
• 3.5 蓄电池的选择37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 光伏太阳能发电系统中MPPT技术的实现38-42
• 4.1 光伏太阳能发电系统中的最大功率点跟踪38
• 4.2 最大功率跟踪控制的常用方法38-40
• 4.2.1 恒压跟踪法38-39
• 4.2.2 扰动观察法39
• 4.2.3 增量电导法39-40
• 4.2.4 模糊逻辑控制法40
• 4.3 控制算法的分析和选择40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 小型太阳能光伏控制器硬件和软件的设计42-60
• 5.1 控制器系统的简介42
• 5.2 硬件电路设计42-55
• 5.2.1 太阳能光伏充电控制器42-45
• 5.2.2 系统供电电源45-46
• 5.2.3 太阳能电板输入电流采样电路46-49
• 5.2.4 DC/DC电路的拓扑设计49-52
• 5.2.5 蓄电池放电控制电路52-53
• 5.2.6 蓄电池过充过放检测电路53
• 5.2.7 控制系统显示电路53-55
• 5.3 软件设计55-57
• 5.3.1 A/D转换程序设计55-56
• 5.3.2 最大功率点跟踪控制程序设计56-57
• 5.3.3 充电控制程序57
• 5.4 系统的可靠性分析及设计57-59
• 5.4.1 硬件的可靠性设计58-59
• 5.4.2 软件的可靠性设计59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 系统数据分析60-63
• 6.1 系统展示60
• 6.2 系统结果分析60-62
• 6.3 本章小结62-63
• 总结63-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间发表论文69-70
• 致谢70

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