基于超级电容器储能的光伏照明控制系统研究与设计

【摘要】： 目前我国已成为世界最大的太阳能光伏产品制造基地,在世界能源短缺,环境污染日益严重的当代,太阳能发电亟待大规模的应用。壹基金于09年夏天在中国农村开始推行“太阳能LED照明千村计划”,并发起“低碳之路,城市同行”的倡议。利用好太阳能这一清洁能源,节能减排,也是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。 超级电容是一种新兴的储能器件,其容量可达到上万法拉级。近年来国内外对超级电容器的研究或产品日趋增多。在光伏照明领域它与传统铅酸蓄电池相比,它循环寿命高、不污染环境、使用温度范围大、功率密度高、维护量很小等优点。其产品也曾在奥运村建设光伏照明项目中投入应用。 本文首先对太阳能电池的技术特性、LED的光源原理与特点、超级电容的研究动态及应用进行了介绍。选用超级电容器作为储能器件,设计研制出了一套太阳能路灯照明控制系统。以入门级ARM7芯片LPC2103作为控制器的核心,实现对光源照明的调节、超级电容充放电控制以及其他逻辑功能的控制。并采用MAX16834作为LED的恒流驱动IC,设计了大功率LED驱动电路。控制器采用光控加时控并带有通信接口和市电供电接口。同时它也带有MPPT (Maximum Power Point Tracking)功能,采用固定电压法结合变步长扰动观察法对太阳能电池板进行最大功率跟踪,以获取更高的利用率,并通过计算机仿真进行了验证。通过软件编写的分时段调光照明和逐步点亮关闭光源策略使照明时间获得了延长。文章最后对所做的研究工作进行了总结,同时指出了进一步需要研究和改进的方向。 【关键词】：太阳能照明 MPPT 超级电容器 MAX16834
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM923.02
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 作者的研究工作及论文主要内容12-14
• 1.3.1 作者的主要研究工作12
• 1.3.2 论文的结构及主要内容12-14
• 第2章 太阳能照明技术基础14-26
• 2.1 太阳能电池的工作原理14-15
• 2.2 太阳能电池的基本特性15-16
• 2.3 太阳能LED光源16-21
• 2.3.1 LED光源的特点17-18
• 2.3.2 照明用白光LED选择18-19
• 2.3.3 大功率白光LED19-21
• 2.4 超级电容器的特性及应用21-25
• 2.4.1 超级电容器的储能原理21-22
• 2.4.2 超级电容器的等效电路模型22
• 2.4.3 超级电容器均压设计22-23
• 2.4.4 超级电容器的应用23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 太阳能照明系统整体设计26-32
• 3.1 太阳能照明系统26-27
• 3.2 太阳能照明系统设计选型27-30
• 3.3 照明控制系统整体框架30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 照明控制器硬件设计与实现32-56
• 4.1 嵌入式微处理器LPC210332-37
• 4.1.1 LPC2103特性介绍32-34
• 4.1.2 MCU控制模块电路图34-37
• 4.2 超级电容器充放电控制37-38
• 4.3 市电接口电路38-39
• 4.4 通信接口电路39-40
• 4.5 光照度检测电路40-41
• 4.6 MPPT控制电路设计41-49
• 4.6.1 MPPT技术介绍41-43
• 4.6.2 MPPT电路设计分析43-45
• 4.6.3 BUCK电路元器件选取45-46
• 4.6.4 MOSFET驱动电路46-47
• 4.6.5 电流电压采样电路47-49
• 4.7 LED驱动电路设计49-55
• 4.7.1 LED驱动电源分类及方法49-50
• 4.7.2 LED驱动芯片选取50-51
• 4.7.3 基于MAX16834的LED驱动电路51-55
• 4.8 本章小结55-56
• 第5章 控制器软件设计与实现56-71
• 5.1 MPPT算法设计56-62
• 5.1.1 MPPT常用算法介绍56-59
• 5.1.2 MPPT算法改进59-61
• 5.1.3 MPPT软件仿真分析61-62
• 5.2 控制器软件代码设计62-70
• 5.2.1 软件总体框架流程图63-66
• 5.2.2 系统启动与初始化66-67
• 5.2.3 RTC控制模块67-68
• 5.2.4 AD采样模块68-70
• 5.2.5 PWM控制模块70
• 5.3 本章小结70-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 附录A (攻读学位期间发表的学术论文)77-78
• 附录B (攻读学位期间所参与的科研项目)78-79
• 附录C (照明控制器PCB图)79

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