独立太阳能供电系统的设计与研究

【摘要】：近年来,随着能源短缺、环境污染影响的加剧,太阳能作为可再生能源具有清洁性、安全性、资源充足性等优点,日益受到广泛关注。可是在太阳能的光电转换应用中转换效率低始终是人类全面利用太阳能的一大障碍,为了更大限度的利用太阳能资源,提高利用效率,最大功率点跟踪的研究对太阳能供电系统来说意义重大。 本文首先对太阳能电池的原理进行阐述,根据太阳能电池的理论模型和数学模型应用MATLAB/SIMUlink工具对太阳能电池进行建模和仿真,通过仿真结果对标准参数条件下太阳能电池的伏安特性和伏瓦特性进行分析,同时对不同光照强度和不同温度条件下的输出特性进行比较。 其次对太阳能最大功率点跟踪(MPPT-Maximum Power Point Tracking)技术进行研究,介绍最大功率点跟踪的控制原理,通过对几种常用的最大功率点跟踪方法的优缺点和应用领域进行比较,采用其中的扰动观察法进行仿真,并进行结果分析和数据归纳,通过对数据的进一步提取和研究,提出一种基于模糊控制的最大功率点跟踪算法。对基于模糊控制的变步长扰动观察法进行仿真,仿真结果表明该算法能够稳定在最大功率点,避免了定步长扰动观察法在最大功率点处的震荡,在环境参数突变的情况下,能够快速寻找到新的最大功率点,具有良好的跟踪效果。 最后,设计了独立太阳能供电系统,该系统以C8051F040为核心,由数据采集模块、人机交互模块和充放电模块构成。其中,通过充放电模块对蓄电池进行充放电控制;数据采集模块采集系统各个部分的重要数据用来作为控制依据,同时采集环境中的温湿度和光照强度数据可以为系统进一步的分析做准备;人机交互模块通过液晶显示数据采集模块的各种数据。 【关键词】：太阳能 最大功率点跟踪 扰动观察法 模糊控制 C8051F040
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-14
• 1.1 选题背景及研究意义7-8
• 1.1.1 选题背景7
• 1.1.2 研究意义7-8
• 1.2 本课题的研究现状及发展趋势8-11
• 1.2.1 太阳能光伏发电的国外现状及发展趋势8-10
• 1.2.2 国内发展现状及其发展趋势10-11
• 1.3 太阳能供电系统概述11-13
• 1.3.1 太阳能供电系统的工作原理及其组成11-12
• 1.3.2 太阳能光伏发电系统分类12-13
• 1.4 课题主要研究内容13
• 1.5 本章小结13-14
• 2 太阳能电池特性的分析与仿真建模14-20
• 2.1 太阳能电池原理14
• 2.2 太阳能电池的理论模型和数学模型14-16
• 2.3 太阳能电池的MATLAB/SIMUlink 仿真模型及输出特性分析16-19
• 2.4 本章小结19-20
• 3 太阳能最大功率点跟踪控制算法研究20-42
• 3.1 太阳能最大功率跟踪点跟踪原理20-21
• 3.2 几种常用的最大功率点跟踪算法的介绍21-26
• 3.2.1 恒定电压法22-23
• 3.2.2 增量电导法23-24
• 3.2.3 扰动观察法24-26
• 3.3 扰动观察法的MATLAB/SIMUlink 仿真26-32
• 3.3.1 太阳能电池与负载阻抗匹配仿真26-27
• 3.3.2 扰动观察法在最大功率点跟踪中的仿真27-30
• 3.3.3 最大功率点跟踪扰动观察法的仿真数据分析30-32
• 3.4 基于模糊控制的变步长扰动观察法32-41
• 3.4.1 最大功率点跟踪在控制理论方面的研究32-33
• 3.4.2 选择模糊控制的原因33-34
• 3.4.3 基于模糊控制的变步长扰动观察法仿真34-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 独立太阳能供电系统的硬件设计42-54
• 4.1 设计方案与功能设计42-44
• 4.1.1 系统框图和设计方案42-43
• 4.1.2 功能设计43-44
• 4.2 主控芯片的选择44-45
• 4.3 充放电模块的设计45-48
• 4.3.1 太阳能电池板串并联电路45-46
• 4.3.2 蓄电池充电电路46-48
• 4.3.3 蓄电池的放电控制电路48
• 4.4 数据采集模块的设计48-53
• 4.4.1 电压电流的采集48-50
• 4.4.2 光照强度的采集50-52
• 4.4.3 温湿度的采集52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 独立太阳能供电系统的软件设计54-57
• 5.1 主程序54
• 5.2 初始化子程序54
• 5.3 温湿度采集子程序54-56
• 5.4 光照强度采集子程序56
• 5.5 本章小结56-57
• 6 结论57-59
• 6.1 总结57
• 6.2 展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 附录63-66

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