独立光伏发电的自动跟踪系统

【摘要】：以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要,加速开发利用以太阳能为主体的可再生能源已成为人们的共识。光伏发电系统可以直接将太阳光能转换为高品位能源——电能。但是光伏发电的成本太高成为制约太阳能利用的瓶颈,针对此问题,本课题根据光伏电池的工作特性,设计了独立光伏发电的自动跟踪系统,主要内容如下: 1.介绍了目前国内外光伏发电的现状和发展前景,并对光伏发电的特点和光伏发电的主要结构组成作了简单介绍,明确了本课题要研究的内容。 2.单体光伏电池是光伏发电系统的核心,很大程度上它决定着系统装置的造价。所以为了在现有的基础上最大发挥光伏电池的潜力,本文以光伏发电利用为出发点,研究了光伏电池的基本发电原理和输出特性,重点研究了光伏电池的输出特性和其影响因素,提出了提高光伏电池效率的可行的途径。 3.由于光伏电池的转换率有随光照强度增大而增大的特性,所以本文采用了CPC聚光器来增强太阳辐射。CPC聚光器是一种非成像低聚焦的聚光器,它南北方向不需要跟踪太阳光,仅要求在东西方向上跟踪太阳,大大减少了跟踪系统的复杂性。光伏电池的实际转换率由10%左右提高到30%。 4.由于太阳在天空中的位置是不断变化的,为此本文采用了自动跟踪系统,通过由单片机ADμC812、驱动芯片UC3717和步进电机组成的驱动系统使聚光器始终朝向太阳。在天黑后,能够使电池板重新朝向东方,实现日循环运行。本文通过光敏电阻来判断太阳的位置,单片机发出脉冲控制使步进电机转动或停止,停止时产生锁定波形防止电机偏转。 5.光伏电池输出特性是非线性的,存在输出最大功率跟踪问题。本文研究了最大功率点跟踪方法,并提出了改进方法。为使光伏电池工作于最大输出功率点上,获得高效功率输出,采用DC/DC转换装置实现最大功率跟踪。功率变换电路采用新型软开关技术:零电压转换(Zero Voltage Transition—ZVT)技术,提高了系统的效率和动态性能。用PSIM仿真软件对其进行了仿真。 6.铅酸蓄电池也是光伏系统中的重要部分,为了使铅酸蓄电池能够更好的与光伏系统相结合,在光伏发电充放电系统中引入动态功率跟踪匹配法。通过动态地决定参与充放电的蓄电池数量来维护蓄电池,并最大程度地利用光伏电池所发出的电能。 【关键词】：光伏电池 CPC聚光器 最大功率跟踪 蓄电池
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 绪论太阳能光伏发电概述10-14
• 1．1 开发新能源的迫切需要10
• 1．2 光伏发电的特点10-11
• 1．3 光伏发电的现状及发展前景11-12
• 1．4 光伏发电系统的简单介绍12-13
• 1．5 本课题研究目的及所做的工作13-14
• 第二章 光伏电池的研究与分析14-22
• 2．1 光伏电池的原理14-16
• 2．1．1 光伏电池的光伏效应14-15
• 2．1．2 光伏电池的物理模型15-16
• 2．2 光伏电池的输出特性及其影响因素16-20
• 2．2．1 光伏电池的 I-V和 P-V特性曲线16-17
• 2．2．2 光伏电池的主要参数17-18
• 2．2．3 太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响18-19
• 2．2．4 温度对光伏电池输出特性的影响19-20
• 2．3 本系统所采用的光伏电池20-22
• 第三章 光伏发电系统中聚光器的研究与设计22-28
• 3．1 聚光器的选择22-23
• 3．2 CPC聚光器的原理与设计23-25
• 3．2．1 CPC聚光器的原理23-24
• 3．2．2 CPC聚光器的实际应用设计24-25
• 3．3 CPC聚光器的简单实验与使用25-28
• 3．3．1 CPC聚光实验25-26
• 3．3．2 聚光器的使用26-28
• 第四章 自动跟踪系统28-44
• 4．1 引言28
• 4．2 自动跟踪系统的工作原理28-29
• 4．3 传感器光敏二极管的工作过程29-31
• 4．4 步进电机及其特性31-33
• 4．4．1 步进电机概述31-32
• 4．4．2 步进电机的主要特性32-33
• 4．5 纂于单片机 ADμC812控制的驱动电路33-39
• 4．5．1 UC3717马区动电路33-35
• 4．5．2 74LS194逻辑电路35-36
• 4．5．3 单片机 ADμC812介绍36-38
• 4．5．4 步进电机静止时的锁定38-39
• 4．6 自动跟踪的控制电路39-41
• 4．7 软件流程41
• 4．8 自动跟踪系统的试验41-44
• 第五章 光伏电池最大功率点的跟踪44-62
• 5．1 最大功率点跟踪及其实现目标44
• 5．2 常用最大功率点跟踪方法比较44-47
• 5．2．1 电压反馈法44-45
• 5．2．2 扰动法45-46
• 5．2．3 电导增量法46-47
• 5．3 最大功率点跟踪电路设计47-62
• 5．3．1 控制方法——断续扰动法47-50
• 5．3．2 控制方法的实现50-57
• 5．3．3 仿真结果57-62
• 第六章 蓄电池62-72
• 6．1 蓄电池的一般特性62-65
• 6．1．1 蓄电池的主要特性参数62-63
• 6．1．2 蓄电池的充放电特性63-65
• 6．2 蓄电池的运行方式65-66
• 6．3 蓄电池的充放电控制系统66-72
• 6．3．1 系统拓扑结构及其控制方案66-69
• 6．3．2 实验结果69-72
• 第七章 结论72-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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