用户型独立光伏发电照明系统的研究与设计

【摘要】：近年来,随着化石能源的逐步消耗以及化石能源的开发和利用所造成的环境污染和生态破坏问题,开发探索能够支撑人类社会可持续发展的新能源和可再生能源成为各国普遍关注的话题。而在人类所研究开发的众多新能源中,太阳能因为其独特优势：无任何污染、取之不尽、用之不竭而成为国际上公认的理想替代能源,太阳能光伏发电技术也成为目前各国都在争先研究的重大课题。 目前对太阳能的研究主要集中在并网方式,即将太阳能发电系统与公共电网的连接,而太阳能并网发电技术也将是今后太阳能发电的发展趋势所在。但在一些偏远地区和边防哨所等无法接入电网的地区,就需要独立系统的太阳能光伏发电技术来满足某些特殊场合的需求；本论文的研究对象即为离网型太阳能光伏发电系统,利用太阳能发电技术来满足偏远山区用户的照明需求。 本文首先分析了近几年国内外太阳能光伏发电技术现状,并简单介绍了并网型光伏发电系统和独立性光伏发电系统的工作原理,同时提出本文研究的主要内容。 第二章详细分析了光伏电池的特性,首先建立光伏电池的工程用数学模型,并根据其数学模型利用MATLAB建立起仿真模型来仿真光伏电池的输出特性,同时模拟出在外界条件变化时光伏电池输出特性的变化,根据其输出特性随外界环境的变化而变化的特性提出最大功率点跟踪。 第三章分析了蓄电池的充放电原理和充放电技术。由于本文研究的是独立型光伏发电系统,需要利用蓄电池来储存能量,在负载需要供电时再由蓄电池放电提供给负载。其中涉及到蓄电池的充电方法,蓄电池的过充保护和过放保护,以及蓄电池的选型计算。 第四章详细分析了本文实现最大功率点跟踪所用到的DC/DC变换器,通过比较不同的变换器选择适合本设计的结构,参数选择和计算,以及利用MATLAB对变换器的仿真设计。 第五章提出几种不同的最大功率点跟踪算法,并通过MATLAB仿真验证其跟踪效果,选择适合本设计的算法。 第六章为控制电路的设计,本设计中控制芯片选择AVR单片机系列中的ATmega128芯片,通过其输出PWM脉冲来控制Boost电路中开关管的通断来实现对蓄电池的最大功率点充电控制,同时来实现蓄电池的过充和过放保护。 第七章为实验验证阶段,来验证光伏电池的实际输出特性和通过Boost变换器实现对蓄电池的最大功率点充电的可靠性,并与仿真结果进行比较,验证整个设计的可靠性。 【关键词】：光伏电池 最大功率点跟踪 MATLAB仿真 蓄电池 DC/DC变换器 AVR单片机
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 绪论13-20
• 1.1 太阳能光伏发电的背景13-14
• 1.2 太阳能光伏发电的优点14-15
• 1.3 国内外发展现状15-17
• 1.4 光伏发电系统概述17-18
• 1.5 本课题研究的主要内容18-20
• 2 光伏电池特性及其仿真分析20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 光伏电池工作原理20-21
• 2.3 光伏电池的分类及数学模型21-24
• 2.4 光伏电池的选用计算与仿真分析24-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 蓄电池30-37
• 3.1 引言30
• 3.2 蓄电池的分类及工作原理30-32
• 3.3 铅酸蓄电池的充放电特性32-35
• 3.4 铅酸蓄电池的选用及充放电控制35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 DC/DC变换器的设计37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 直流变换器的分类介绍37-42
• 4.3 Boost电路的设计及仿真分析42-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 最大功率点跟踪47-58
• 5.1 引言47-48
• 5.2 几种最大功率点跟踪算法48-53
• 5.3 基于Boost电路的最大功率点跟踪设计53-55
• 5.4 MPPT的MATLAB仿真55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 控制系统的设计58-64
• 6.1 引言58-59
• 6.2 AVR单片机的主要特点59-60
• 6.3 辅助电路的设计60-63
• 6.4 本章小结63-64
• 7 实验验证64-73
• 7.1 引言64
• 7.2 光伏电池输出特性实验验证64-65
• 7.3 Boost电路的实验验证65-69
• 7.4 MPPT实验验证69-72
• 7.5 本章小结72-73
• 8 结论与展望73-75
• 8.1 主要结论73
• 8.2 工作展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表论文情况80-81
• 附录A81-83
• 附录B83-87

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