太阳能光伏发电在家用系统中的研究

【摘要】：当今社会,能源枯竭和环境污染问题日益严重,所以,开发新能源已成为社会各界关注的焦点。太阳能作为地球上所有能源的起源,是一种以其丰富、清洁、安全、方便等诸多优点被广泛探索并得到一定发展的可再生能源。太阳能电池(也称为光伏阵列)根据光生伏特效应原理,将太阳光能直接转化为电能,也越来越受关注。 本文主要讲述了用太阳能电池、斩波电路、蓄电池、逆变器直接搭建太阳能光伏发电家用系统,给家用电器供电。 光伏电池和普通蓄电池一样,当外接负载与其内部等效负载相同时,电池输出功率最大。蓄电池可以继续存储电能,光伏电池则不用就浪费。论文根据光伏电池特性,对比了几种常用的最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)方法,并对最常用的干扰法进行改进,参考最大功率点的动态参考电压,避免在光照条件迅速变化时产生误判,同时也减少了在最大功率点产生不必要的扰动。 本文对逆变器设计采用SPWM技术,结合单极性调制法和规则采样法的优点,提出单极性规则采样法,使输出电压中低次谐波尽量少；并通过低通滤波使其有稳定的正弦输出；本文还通过输出电压采样反馈,调节SPWM中三角载波的幅值,控制输出电压的稳定,使其在额定功率范围内不因负载的变化而影响输出。 论文通过Simulink仿真研究以上提出的两种方法,并验证其可行性。整个控制电路采用PIC系列单片机(MCU)：检测光伏电池是否工作在最大功率处,输出PWM波形控制斩波电路功率开关；检测输出正弦波状态,控制逆变器工作；并且对蓄电池及整个电路进行保护。 【关键词】：光伏发电 斩波电路 逆变器 MPPT SPWM
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 选题的背景及意义8-12
• 1.1.1 课题的研究背景8-10
• 1.1.2 研究太阳能光伏发电的意义10-12
• 1.2 我国太阳能光伏家用系统的现状与发展12-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-16
• 第2章 电池的特性16-26
• 2.1 电池的输出特性16-17
• 2.2 太阳能光伏电池的特性17-22
• 2.2.1 太阳能光伏电池的工作原理17-18
• 2.2.2 太阳能光伏电池的数学模型18-22
• 2.2.3 太阳能电池的选用22
• 2.3 蓄电池的特性22-25
• 2.3.1 铅酸蓄电池电动势的产生22-23
• 2.3.2 铅酸蓄电池充放电过程中的化学反应23
• 2.3.3 铅酸蓄电池的充电方法23-25
• 2.3.4 蓄电池的选用25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 太阳能电池充电控制器的设计26-36
• 3.1 降压斩波电路26-28
• 3.2 最大功率跟踪28-32
• 3.2.1 恒定电压法28-29
• 3.2.2 扰动观察法29-31
• 3.2.3 电导增量法31-32
• 3.3 参考电压动态干扰动法的最大功率跟踪及其仿真32-36
• 第4章 逆变器的设计36-51
• 4.1 逆变器的分类36
• 4.2 单相桥式逆变器36-39
• 4.3 SPWM技术39-44
• 4.3.1 PWM技术39-40
• 4.3.2 SPWM技术40-41
• 4.3.3 SPWM控制信号的产生方法41-44
• 4.4 单极性规则采样法SPWM全桥逆变器的设计及其仿真44-51
• 4.4.1 单极性规则采样法SPWM44-45
• 4.4.2 反馈调节45-47
• 4.4.3 单极性规则采样法SPWM桥式逆变器的仿真47-51
• 第5章 家用太阳能光伏发电系统的设计51-60
• 5.1 系统总体方案设计51-52
• 5.2 单片机(MCU)选型与控制52-55
• 5.2.1 单片机的选型52-53
• 5.2.2 信号的采集53-54
• 5.2.3 蓄电池的保护54-55
• 5.3 电源模块设计55-56
• 5.4 驱动电路的设计56-57
• 5.5 软件程序设计57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65

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