光伏发电与LED照明综合应用的技术研究

【摘要】：据相关调查研究估计，到21世纪中叶，作为新能源应用热点之一的太阳能光伏发电将取代传统能源，成为电力市场的主导。根据当前的发展趋势，太阳能发电研究的主流是分布式并网发电技术，如太阳能与建筑的一体化设计（BIPV），这也是太阳能发电走进千家万户，进入大规模应用阶段得关键。随着LED照明技术的进步，尤其是白光LED的发展，绿色照明这个概念已经深入人心。与传统能源相比，LED配合太阳能电池板组成太阳能LED照明系统优势明显，能够做到真正的绿色照明。因此，本课题研究的最终目的探明LED太阳能光伏照明系统直流并网的可行性，并最终设计出一种具有商用价值的用于LED照明的太阳能发电系统，以满足节能、并网和与建筑结合的需要。 总的来说，课题研究分为以下三个阶段：太阳能电池U-I输出特性的研究、太阳能电池的最大功率跟踪控制的研究和太阳能光伏照明系统的直流变换三个阶段。主要做了以下工作：建立太阳能电池的仿真模型并对太阳能电池的输出进行仿真实验；搭建实验平台测量数据，验证太阳能电池的输出特性；对太阳能电池的最大功率跟踪方法进行比较和选择，改进所选用的方法，进行仿真检验；选择合适的直流斩波电路，满足太阳能光伏照明系统中的最大功率跟踪控制和直流变换控制。 这个课题在学院里属于全新的，课题的研究所涉及的相关理论非常复杂，研究所费时间比较多，需要多届学生和老师的共同努力来完成。根据多位老师的估计，这个课题如果整个完成的话，需要相当大的投资支持。所以课题现现阶段只是进行初步的理论上的研究，距离实际运用还有相当长的一段路要走。 【关键词】：LED绿色照明 太阳能光伏照明 最大功率跟踪 直流斩波
【学位授予单位】：北京建筑工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU113.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 课题背景9-14
• 1.2.1 光伏发电的现状及展望11-12
• 1.2.2 太阳能光伏照明在我国的发展应用的现状及展望12-13
• 1.2.3 LED 绿色照明工程13-14
• 1.3 课题研究的目的与意义14
• 1.4 课题研究的路线与主要内容14-16
• 1.4.1 课题研究的路线14-15
• 1.4.2 课题研究的内容15-16
• 1.5 课题进行中可能遇到的问题及解决思路16-17
• 第2章 光伏发电及照明系统分析17-29
• 2.1 太阳能光伏发电系统的概述17-21
• 2.1.1 太阳能光伏发电系统的分类17-19
• 2.1.2 太阳能光伏发电系统的组成19-20
• 2.1.3 太阳能光伏发电系统的特点20-21
• 2.2 太阳能光伏照明装置分析21-25
• 2.2.1 太阳能光伏照明装置的分类21-22
• 2.2.2 太阳能光伏照明装置的工作原理及构成22-24
• 2.2.3 太阳能光伏照明装置的基本要求24-25
• 2.2.4 太阳能用于照明系统中所需要注意的三个技术问题25
• 2.3 基于太阳能的 LED 照明系统25-29
• 2.3.1 LED 发光原理26
• 2.3.2 LED 光源与传统光源的比较26-29
• 第3章 实验平台及设备的分析调试29-45
• 3.1 HRI024S97 交直流电流传感器介绍29-31
• 3.1.1 电磁感应和霍尔效应29-30
• 3.1.2 仪表正确连线图示30
• 3.1.3 仪表的主要技术指标30
• 3.1.4 注意事项30-31
• 3.1.5 输出特性曲线及输出电流 Iz 方程式31
• 3.2 HRV344U01 型直流电压传感器31-34
• 3.2.1 仪表连线图示32
• 3.2.2 主要技术指标32-33
• 3.2.3 注意事项33
• 3.2.4 输出特性曲线及输出电流 Iz 方程式33-34
• 3.3 光伏电池板参性能数34
• 3.4 VX2000 记录（A）仪表34-43
• 3.4.1 仪表功能总结35-37
• 3.4.2 使用注意事项37
• 3.4.3 接线方式37-38
• 3.4.4 24VDC 传感器供电38-39
• 3.4.5 各部分的名称和功能39
• 3.4.6 使用模式图39-40
• 3.4.7 通用键操作40-41
• 3.4.8 运行画面的切换41-42
• 3.4.9 设置信号输入参数42-43
• 3.5 其他设备43
• 3.6 实验系统平台搭建43-45
• 第4章 太阳能电池输出特性的仿真45-62
• 4.1 太阳能电池概述45-48
• 4.1.1 太阳能电池的工作原理46
• 4.1.2 太阳能电池的分类46-48
• 4.2 太阳能电池的 U-I 输出特性48-50
• 4.2.1 太阳能电池 U-I 输出特性曲线48-50
• 4.3 基于 MATLAB 仿真的太阳电池板输出特性的仿真设计50-52
• 4.3.1 太阳能电池的数学模型51-52
• 4.4 太阳能电池输出特性的 MATLAB 仿真52-54
• 4.5 模型参数对太阳能电池 U/I 输出特性的影响54-55
• 4.6 光伏电池组件的 U/I 输出特性的仿真及相关规律的验证55-56
• 4.7 太阳能电池的输出特性规律的实验验证56-60
• 4.7.1 无纸记录仪的使用56-58
• 4.7.2 数据的处理及规律的验证58-60
• 4.8 小结60-62
• 第5章 太阳能电池最大功率点跟踪的方法研究62-76
• 5.1 最大功率点跟踪控制概念63
• 5.2 常见的几种最大功率点跟踪算法分析63-69
• 5.2.1 恒压法（CVT）64-65
• 5.2.2 扰动观察法（P&O）65-66
• 5.2.3 直线近似法66-67
• 5.2.4 实际测量法67-68
• 5.2.5 模糊控制法68-69
• 5.3 几种最大功率跟踪方法的比较69-70
• 5.4 导纳增量法的分析与改进70-75
• 5.4.1 导纳增量法分析70-72
• 5.4.2 导纳增量法的改进72-74
• 5.4.3 仿真比较74-75
• 5.5 小结75-76
• 第6章 太阳能 LED 照明系统中的直流变换76-81
• 6.1 直流斩波器76-79
• 6.1.1 Buck 变换器76-77
• 6.1.2 Boost 变换器77-78
• 6.1.3 Buck-Boost 变换器78-79
• 6.1.4 Cuk 变换器79
• 6.2 直流变换电路的选择79-80
• 6.3 小结80-81
• 结论与展望81-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目87-88
• 致谢88

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