独立光伏发电系统在节能型建筑中的应用研究

【摘要】： 由于一次能源的日益缺乏以及由此而引发的能源安全问题的日益暴露,合理开发太阳能资源就显得具有非常重要的战略意义。光伏与建筑一体化(BIPV)技术提出了“建筑产生能源”的新概念,它以自身的优越性成为光伏技术发展的一个重要方向,而独立式光伏系统是目前BIPV技术发展的一个重要研究领域。 本文在大量地查阅光伏发电产业的国内外发展现状资料的基础上,结合光伏系统的基本组成和基本原理,对太阳能光伏发电的机理、光伏电池的输出特性以及作为独立式光伏发电系统重要组成部分——铅酸蓄电池工作原理和工作方式等进行了探讨,特别是对光伏系统优化设计进行了深入探讨。在此基础上提出了带有备用电源的独立式光伏发电系统蓄电池充放电控制策略,同时结合单片机自动控制技术,研发了以Philips公司生产的P89C58X2单片机为核心的智能控制系统。该控制系统带有完备的数据采集功能,以及方便的人机交互界面。控制系统能够根据当前蓄电池端电压自动调整光伏阵列电流的输入以及负载和备用电源的启停,保障系统的稳定运行。为了加强对光伏发电系统的监控,利用Visual Basic集成开发环境开发了配套的上位机监控程序,上位机和下位机之间利用串口实现异步串行通信。 通过在一幢节能建筑中设计一个带备用电源的独立式光伏发电系统的实际工程,给出了在节能建筑中采用独立光伏系统的优化设计方法,特别是对成圆弧形安装的光伏阵列的最佳跨度角问题进行了详细的讨论。实际运行情况表明了整个系统在自主研发的控制器的控制下运行稳定,达到了预期的目的。文章在对实际系统的运行情况进行了相应的分析的基础上也提出了一些对系统进一步优化设计的建议,可以为今后同类系统的设计提供参考。 【关键词】：独立光伏发电系统 优化设计 铅酸蓄电池 智能控制系统
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU85;TU18
【目录】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 第一章 概论6-15
• 1.1 背景研究6-8
• 1.1.1 能源危机的到来6-7
• 1.1.2 传统能源造成的环境污染日益严重7
• 1.1.3 太阳能的利用前景7-8
• 1.2 光伏技术的发展情况8-10
• 1.2.1 光伏技术在国外的现状8-9
• 1.2.2 光伏技术在国内的现状9-10
• 1.3 光伏与建筑一体化10-12
• 1.4 光伏技术存在的一些问题12-13
• 1.5 本课题研究的意义与主要任务13-15
• 1.5.1 课题研究意义13-14
• 1.5.2 主要任务14-15
• 第二章 太阳能光伏发电系统15-30
• 2.1 斜面（光伏阵列面）上得到的太阳辐射15-17
• 2.1.1 与太阳辐射有关的几个气象学参数15-16
• 2.1.2 斜面上接收的太阳辐射的计算16-17
• 2.2 光伏阵列17-24
• 2.2.1 太阳能光伏电池的工作原理17-19
• 2.2.2 太阳能光伏电池的I-V 特性19-21
• 2.2.3 光伏阵列的设计21-24
• 2.3 蓄电池24-29
• 2.3.1 铅酸蓄电池充放电原理24-25
• 2.3.2 铅蓄电池工作状态25-26
• 2.3.3 蓄电池的运行方式26-28
• 2.3.4 光伏系统用蓄电池容量的设计28-29
• 2.4 负载与其它辅助设备29-30
• 第三章 独立光伏系统控制系统的研发30-49
• 3.1 控制器的两种基本电路和工作原理30-33
• 3.1.1 串联控制30-31
• 3.1.2 并联控制31-33
• 3.2 控制策略33-37
• 3.2.1 蓄电池荷电状态的判断33-34
• 3.2.2 选择蓄电池端电压作为被控对象可行性分析34-35
• 3.2.3 控制方法35-37
• 3.3 控制系统硬件37-41
• 3.3.1 系统硬件总结构37-38
• 3.3.2 信号采集模块38-39
• 3.3.3 控制输出39
• 3.3.4 键盘及显示器模块39-41
• 3.3.5 通信接口扩展41
• 3.4 控制系统软件设计41-49
• 3.4.1 软件的需求分析41-42
• 3.4.2 下位机软件42-46
• 3.4.3 上位机软件46-49
• 第四章 工程应用49-60
• 4.1 地理位置与气象条件49-50
• 4.2 系统设计50-55
• 4.2.1 光伏阵列的设计50-54
• 4.2.2 蓄电池的设计54-55
• 4.2.3 备用电源的设计55
• 4.3 运行分析55-60
• 第五章 结论与建议60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 建议与展望61-62
• 参考文献62-65
• 发表论文和科研情况说明65-66
• 致谢66-67
• 附图1 光伏发电系统控制器硬件主板电路原理图67-68
• 附图2 光伏发电系统控制器采集板以及电源电路原理图68

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