光伏热斑现象及多峰最大功率跟踪的研究

【摘要】： 在化石能源日益短缺的今天，不可再生能源——太阳能逐渐在能源消费市场上占据了一定的地位，而且太阳能的使用也越来越普遍。因此对于光伏系统的相关研究也一直是不可再生能源领域的一个重要研究课题。目前，由于商业光伏组件的转换效率还比较低，只有15％～17％，而且价格偏高，回本周期长，使太阳能光伏发电的普及受到一定影响。则在现有的光伏组件价格的情况下，尽量延长光伏组件的使用寿命和最大限度地利用其产生的功率就显得十分重要。因此本论文着重研究了具有破坏光伏组件作用的光伏热斑现象以及这种情况下如何进行最大功率跟踪两大问题。 利用PSpice电路仿真软件的编程功能以及单体光伏电池的等效电路对单体光伏电池、光伏组件进行建模和仿真，得出在不同遮挡率下单体光伏电池以及含有一个被遮挡单体光伏电池的光伏组件的伏安特性曲线。在此基础上进一步得到被遮挡单体光伏电池电压随光伏组件工作电压的变化曲线。利用仿真结果分析热斑现象产生的原理，分别提出了实际使用中一个光伏组件发电系统和两个串联光伏组件发电系统热斑现象发生的可能性和条件，同时给出了光伏组件中一个旁路二极管并联单体光伏电池个数的最优数目。 另外，当光伏组件或者光伏阵列中受到不均匀的太阳光照时(可引起热斑现象产生)，输出的伏安特性曲线呈阶梯状，而相应的功率电压曲线含有多个局域峰值，则现有的单体光伏电池数学模型和单峰最大功率跟踪算法都不再适用，因此本文还重点研究和建立了适用于光照不均匀情况下的光伏组件多峰数学模型，再通过MATLAB语言建立其对应的MATLAB计算仿真模型。并在这个多峰模型的基础上，研究和设计了适用于光照不均匀情况下的多峰最大功率跟踪算法，通过MATLAB仿真，验证了该算法能胜任于光照均匀以及光照不均匀情况下的最大功率跟踪，并且具有较高的跟踪效率。 最后，根据电力电子技术相关知识，使用MATLAB／Simulink对整个跟踪系统硬件电路进行仿真，计算电路中主要元件的参数，成功构造了适用于最大功率跟踪的硬件电路。 【关键词】：热斑现象 单体光伏电池 光伏组件 伏安特性 多峰模型 最大功率点
【学位授予单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第1章 绪论7-17
• 1.1 课题的研究目的和选题意义7-8
• 1.2 国内外关于热斑现象及最大功率跟踪研究的现状8-15
• 1.2.1 光伏热斑现象概述9-12
• 1.2.2 光伏系统最大功率跟踪算法概述12-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 第2章 热斑现象的仿真研究17-28
• 2.1 基于 PSpice 的单体光伏电池、光伏组件建模17-20
• 2.1.1 单体光伏电池建模17-18
• 2.1.2 光伏组件建模18-20
• 2.2 基于 PSpice 光伏热斑现象的仿真研究20-24
• 2.2.1 热斑现象基本原理20-21
• 2.2.2 不同系统中热斑现象产生的条件和可能性21-24
• 2.3 使用旁路二极管的仿真研究24-27
• 2.4 并联控制器的使用建议27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 多峰最大功率跟踪算法的研究28-44
• 3.1 光照不均匀情况下光伏组件的 MATLAB 多峰仿真模型28-35
• 3.1.1 建立光伏组件多峰数学模型28-32
• 3.1.2 MATLAB 中建立光伏组件仿真模型32-33
• 3.1.3 仿真模型的适用范围33
• 3.1.4 多峰模型的计算机仿真结果及分析33-35
• 3.2 多峰最大功率跟踪算法35-43
• 3.2.1 设计多峰最大功率跟踪算法36-38
• 3.2.2 多峰最大功率跟踪算法仿真38-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 建立最大功率跟踪系统44-54
• 4.1 跟踪系统硬件电路44-48
• 4.1.1 DC/DC 变换电路44-47
• 4.1.2 PWM 调制器47-48
• 4.2 跟踪系统硬件电路仿真48-52
• 4.2.1 确定升压斩波电路参数48-50
• 4.2.2 跟踪系统硬件电路的 Simulink 仿真50-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第5章 总结和展望54-56
• 5.1 研究成果总结54-55
• 5.2 未来工作展望55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-60
• 致谢60

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