水体净化的太阳能供电与控制系统研究

【摘要】：随着国家工业化程度的逐步提高,环境污染的问题也随之凸显。近年来国家加大了环境污染治理的力度,而对作为生命之源的水资源的污染治理首当其冲。 针对水资源污染中的水体富营养化问题,采用人工曝气的方法进行治理,利用机械能人为破坏水体的静水状态,增加水体溶解氧和流速,强化水体自净能力,从而改善水质。但是由于水体交换设备多数需要动力源驱动,因运行成本太高、安全可靠性及可维护性较差等因素,应用受到限制。 太阳能是一种重要的,可再生的清洁能源,有着广阔的发展前景。太阳能应用技术有很多种,其中有一种是利用光伏原理进行发电的技术,可方便地将太阳的能量转化为电能。 本文基于人工曝气的水体富营养化防治方法和太阳能发电技术,以提高富营养化水体自净能力为目的,提出了太阳能水体净化系统,并对这个系统中的太阳能供电与控制部分进行研究。 本论文主要在以下几个方面展开论述： 1.介绍了我国水体富营养化的现状和治理以及目前国内外光伏发电的现状和发展前景。 2.详细分析了太阳能电池的基本发电原理和输出特性,并根据工程用太阳能电池数学模型,运用Matlab仿真工具建立了仿真模型；分析了密封阀控铅酸蓄电池的基本工作原理,并对其充电方法进行了介绍。 3.分析了太阳能电池最大功率点跟踪的原理,介绍了几种最大功率点跟踪算法。 4.分析了太阳能发电系统容量计算方法,并运用Visual Basic工具编写了太阳能发电系统容量计算软件。 5.对几种常用的DC/DC变换器做了介绍,详细阐述了SEPIC拓扑变换器的工作原理,并对参数选型做了说明。 6.提出一种用单片机控制的,以SEPIC变换器为核心,以阀控密封铅酸蓄电池为备用电源,以直流潜水泵为负载的水体净化系统,设计了相应的检测、控制电路。如何提高系统效率将是今后深入研究的方向。 【关键词】：太阳能电池 密封阀控铅酸蓄电池 最大功率点跟踪 SEPIC
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X52;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 水体富营养化的现状及治理8-9
• 1.3 太阳能光伏利用的现状与发展9-10
• 1.4 课题研究的意义和主要内容10-12
• 1.4.1 课题研究的意义10-11
• 1.4.2 课题研究的主要内容11-12
• 2 光伏供电系统组成12-34
• 2.1 太阳能电池12-23
• 2.1.1 太阳能电池的工作原理12
• 2.1.2 太阳能电池的等效电路12-14
• 2.1.3 各种因素对太阳能电池输出特性的影响14-15
• 2.1.4 太阳能电池的最大功率点跟踪15-21
• 2.1.5 太阳能电池的仿真模型21-23
• 2.2 铅酸蓄电池原理23-33
• 2.2.1 铅酸蓄电池充放电原理24-25
• 2.2.2 阀控密封铅酸蓄电池的特性25-27
• 2.2.3 阀控密封铅酸蓄电池充电方法27-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3 太阳能光伏系统设计方法34-41
• 3.1 太阳能光伏系统的容量计算34-37
• 3.2 水体净化的太阳能供电与控制系统的设计37-40
• 3.2.1 系统的结构37-39
• 3.2.2 光伏系统容量计算选型39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 4 水体净化的太阳能供电系统硬件设计与实现41-73
• 4.1 MPPT控制器硬件电路41-48
• 4.1.1 太阳能独立光伏发电系统常用DC/DC变换器拓扑及其特点41-42
• 4.1.2 SEPIC拓扑的DC/DC变换器及其特点42-45
• 4.1.3 采用SEPIC拓扑DC/DC变换器的MPPT控制器硬件设计45-48
• 4.2 蓄电池充放电电路48-52
• 4.2.1 UC3906的结构及工作原理48-50
• 4.2.2 电路设计50-52
• 4.3 主系统电源电路52-54
• 4.4 主系统控制电路54-67
• 4.4.1 主控制器54-56
• 4.4.2 检测电路56-60
• 4.4.3 时钟模块60-62
• 4.4.4 功率开关管驱动电路62-63
• 4.4.5 无线通信电路63-67
• 4.5 遥控器67-72
• 4.5.1 液晶显示模块67-69
• 4.5.2 键盘模块69-70
• 4.5.3 串口通信模块70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 5 系统软件设计73-87
• 5.1 系统总体软件设计73
• 5.2 主系统软件设计73-83
• 5.2.1 基于TWI协议的器件程序设计73-77
• 5.2.2 最大功率点跟踪程序设计77-78
• 5.2.3 主系统内部EEPROM操作程序设计78-79
• 5.2.4 主系统RF模块程序设计79-83
• 5.3 遥控器软件设计83-85
• 5.3.1 基于RF的按键程序设计84
• 5.3.2 基于菜单的液晶显示程序设计84-85
• 5.4 上位机数据记录软件设计85-86
• 5.5 本章小结86-87
• 6 实验87-92
• 6.1 实验方案分析与设计87-89
• 6.2 数据采集与分析89-92
• 7 总结与展望92-93
• 7.1 总结92
• 7.2 展望92-93
• 8 参考文献93-98
• 9 论文发表情况98-99
• 10 致谢99

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