光伏发电效率检测及跟踪系统的实验研究

【摘要】：随着环境污染和能源危机等问题的日益严峻,人们把焦点放在再生洁净能源的开发和利用上。太阳能极其清洁,无污染,取不完,用不尽,得到各国的青睐。尽管光伏发电技术已日渐成熟,但光伏发电成本较高、效率偏低等问题依然存在。本文针对提高光伏发电效率开展研究。 首先根据光伏电池的等效电路,在Simulink中搭建仿真模型,研究温度和光强对光伏电池输出特性的影响。为使光伏电池在温度和光强变化时能很快跟踪到最大功率点,提高光伏能量的转换效率,对常见的MPPT方法的原理进行比较并建立仿真模型。在此基础上提出一种改进的MPPT方法,与常规MPPT法进行比较,结果表明改进后的控制算法跟踪精度较高,稳定性较好。 光伏组件的发电能力与其安装的朝向有关,合理选择倾角和方位角能提高光伏组件的发电效率。为此,本文设计并研制出一套光伏发电效率检测系统,使用MFC开发工具设计软件监控界面。该系统由12块光伏组件组成,采用电容充放电法,对光伏组件的伏安特性进行扫描并寻找到该时刻最大功率点,定时采集光伏组件最大功率点电压、电流、功率等数据,并根据上位机的指令传送数据并写入数据库。对数据库中保存的近一年的数据进行分析,比较光伏组件的实时发电功率、日总发电量和月总发电量,给出南宁地区光伏阵列最佳的安装倾角和方位角建议。 本课题还进行了太阳能双轴跟踪系统的软硬件设计,系统硬件主要由芯片电源、光电传感器、风速传感和限位开关、电机驱动电路组成；软件主要包括主程序、系统初始化、光电跟踪子程序等部分。利用太阳能双轴跟踪系统进行南宁地区光伏发电实验,得到有关的数据并与固定式光伏系统(正南22°倾角)进行比较。实验结果表明,所设计的双轴跟踪系统的发电效率比固定式系统提高了近35%,对实际工程应用有一定的参考价值。 【关键词】：光伏发电效率 MPPT 数据库 方位角 倾角 双轴跟踪
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 最佳倾角的研究现状与意义12-15
• 1.2.1 国外研究动态12-13
• 1.2.2 国内研究动态13-14
• 1.2.3 最佳倾角的研究意义14-15
• 1.3 光伏跟踪技术研究现状与意义15-16
• 1.3.1 跟踪技术的国内外研究15-16
• 1.3.2 跟踪技术的研究意义16
• 1.4 光伏发电系统分类16-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 光伏发电与最大功率跟踪技术19-38
• 2.1 用于计算倾面太阳辐射量的模型19-21
• 2.1.1 倾斜面接收的直接辐射19-20
• 2.1.2 倾斜面接收的散射辐射20
• 2.1.3 倾斜面接收的反射辐射20-21
• 2.2 光伏电池的建模仿真与特性研究21-26
• 2.2.1 光伏电池的等效电路模型21-23
• 2.2.2 光伏电池Simulink仿真23-26
• 2.3 光伏跟踪技术26-27
• 2.3.1 视日运动跟踪方式26
• 2.3.2 光电跟踪方式26-27
• 2.4 最大功率点检测27-29
• 2.4.1 可变电阻法27-28
• 2.4.2 电子负载法28
• 2.4.3 电容充放电法28-29
• 2.5 最大功率跟踪技术29-37
• 2.5.1 恒定电压法(CVT)及仿真30-33
• 2.5.2 电导增量法(IncCond)及仿真33-35
• 2.5.3 改进的变步长扰动观察法及仿真35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 光伏发电效率检测系统38-57
• 3.1 PV效率检测系统介绍38-39
• 3.2 检测系统的采样原理39-40
• 3.3 系统硬件设计40-41
• 3.3.1 光伏组件朝向设计40-41
• 3.3.2 电路板设计41
• 3.4 系统软件设计41-47
• 3.4.1 PC监控系统设计42-43
• 3.4.2 PC监控软件设计43-45
• 3.4.3 数据库设计45-47
• 3.5 效率检测实验及结果分析47-56
• 3.5.1 光伏组件伏安特性测试结果48-49
• 3.5.2 效率检测系统实测结果49-53
• 3.5.3 光伏组件日总发电量与日总辐射量分析53-55
• 3.5.4 不同方位角、倾角光伏组件月总发电量比较55-56
• 3.6 本章小结56-57
• 第四章 太阳能双轴跟踪系统57-73
• 4.1 跟踪系统的整体方案设计57-58
• 4.2 双轴跟踪系统硬件设计58-62
• 4.2.1 TMS320F28335概述58
• 4.2.2 芯片电源设计58-60
• 4.2.3 光电传感设计60-61
• 4.2.4 风速及角度电路设计61-62
• 4.4.5 电机驱动电路62
• 4.3 双轴跟踪系统的软件设计62-66
• 4.3.1 软件开发环境说明62-63
• 4.3.2 基于DSP的主程序流程图63-64
• 4.3.3 基于DSP的控制系统程序设计64-66
• 4.4 双轴跟踪实验与结果分析66-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间发表论文情况79

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