独立光伏发电系统研制

【摘要】： 太阳能储量巨大,分布广泛,可再生,不污染环境,是化石能源的主要替代之一,因此开发利用太阳能具有重大的战略意义。目前光伏发电已经成为人类利用太阳能的最主要方式之一,但成本较高,在发展中国家的发展尤其缓慢。本文设计的独立光伏发电系统控制简单、成本低、效率高、可靠性高、易于实现。 本文首先介绍了太阳能电池与铅酸蓄电池的工作原理,设计了一种合理的铅酸蓄电池充电电路,提高了铅酸蓄电池使用寿命。推挽升压变换环节采用了电压闭环控制,将低压直流电转换成稳定的高压直流电,使逆变环节的控制简单化。同时高频技术让高频变压器取代了工频变压器,不但降低了成本而且减小了体积。为了提高效率且不影响输出纯正弦波的质量,本逆变器以单片机ATmega16L为控制核心,采用改进型SPWM控制技术,减小了IGBT开关次数,从而减小了开关损耗,效率自然就提高了。同时具有过压、欠压、过流和过热保护,确保逆变电源系统安全可靠地运行。 由于太阳在天空中的位置是不断变化的,本人设计了太阳自动跟踪系统。光敏二极管用来判断太阳的位置,单片机ATmega8L通过L297和L298芯片组成的驱动器来控制步进电机转动与停止,从而使太阳能电池板始终朝向太阳。这样,太阳能电池接收到的光辐射量增加,发电量也相应提高。 最后,系统性能测试的结果表明,逆变器输出正弦波谐波含量少,输出功率可达到1kW,效率在85%以上。太阳自动跟踪系统的跟踪误差在±8°范围之内。 可见,本文设计的独立光伏发电系统是可行的。 【关键词】：光伏发电 逆变器 改进型正弦脉冲宽度调制 自动跟踪
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 开发太阳能的意义10
• 1.2 光伏发电的特点10-11
• 1.3 国内外光伏发电的现状及发展前景11-12
• 1.3.1 国外光伏发电的现状及发展前景11-12
• 1.3.2 国内光伏发电的现状及发展前景12
• 1.4 本课题主要研究的内容12-14
• 第2章 独立光伏发电系统的组成14-24
• 2.1 独立光伏发电系统的结构14
• 2.2 太阳能电池及其特性14-18
• 2.2.1 太阳能电池的工作原理14-16
• 2.2.2 太阳能电池的等效电路16-17
• 2.2.3 太阳能电池伏安特性曲线17-18
• 2.2.4 太阳能电池阵列18
• 2.3 蓄电池工作原理及充电方法18-20
• 2.3.1 铅酸蓄电池工作原理19
• 2.3.2 铅酸蓄电池充电方法19-20
• 2.4 充电器的设计20-24
• 2.4.1 芯片UC3906内部结构特点20-21
• 2.4.2 充电电路设计21-24
• 第3章 直流升压电路设计24-35
• 3.1 直流升压拓朴结构24-25
• 3.2 推挽式升压变换电路设计25-30
• 3.2.1 推挽变换主电路设计及原理25-28
• 3.2.2 控制电路设计28-29
• 3.2.3 MOSFET驱动电路设计29-30
• 3.3 高频变压器设计30-35
• 3.3.1 磁性材料及设计要求30-31
• 3.3.2 磁芯型号的确定31-32
• 3.3.3 绕组的计算32-34
• 3.3.4 元器件的选择34-35
• 第4章 逆变电路设计35-52
• 4.1 PWM脉宽调制技术35-39
• 4.1.1 SPWM调制技术36-38
• 4.1.2 改进型SPWM调制技术38-39
• 4.2 硬件电路设计39-46
• 4.2.1 电源电路39
• 4.2.2 逆变器主电路39-40
• 4.2.3 IGBT驱动电路40-42
• 4.2.4 输出滤波器设计42-43
• 4.2.5 输出电压电流检测电路设计43-44
• 4.2.6 温度保护电路设计44-45
• 4.2.7 报警电路设计45-46
• 4.3 软件设计46-52
• 4.3.1 ATmega16单片机简介46
• 4.3.2 改进型SPWM脉冲产生方法46-49
• 4.3.3 软件流程图49-52
• 第5章 太阳自动跟踪系统52-59
• 5.1 自动跟踪系统工作原理52-53
• 5.2 传感器53-54
• 5.3 步进电机54-57
• 5.3.1 步进电机主要参数54-55
• 5.3.2 步进电机驱动电路55-57
• 5.4 软件设计57-59
• 第6章 系统性能测试59-62
• 6.1 逆变电源系统测试59-61
• 6.1.1 MSPWM波形59-60
• 6.1.2 输出电压波形60
• 6.1.3 功率与效率测试60-61
• 6.2 太阳自动跟踪系统测试61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 附录 A 部分程序66-67
• 附录 B 实物图67-68
• 致谢68-69
• 研究生履历69

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