毕业设计-小功率太阳能控制器的设计.doc

摘要 随着社会经济的飞速发展，对能源的需求量也愈来愈多；不可再生能源的过度利用，导致环境不断恶化；环境的不断恶化和能源的缺乏也给我们社会的可持续发展带来了严峻的挑战和压力。发展和利用新型洁净能源成了迎接挑战缓解压力的有效途径。在所有的新型洁净能源中太阳能是被公认的最具有前景的绿色能源之一。在太阳能的利用中，太阳能发电则是最具有潜力的应用技术之一。因此，研究如何合理有效地利用太阳能发电具有重大的现实意义。传统的庭院式小功率太阳能光伏发电系统的充电控制器多采用纯硬件电路或者低端的微处理器，导致其性能有一定的局限，如效率偏低。针对这些，本文提出了本系统的设计思路和方案。 论文首先介绍了太阳能光伏发电系统的组成，并对太阳能电池的输出特性进行研究，在分析影响输出特性因素的前提下，提出合理利用太阳能能量的要求；然后在分析蓄电池特性、工作原理、影响充电效果因素的基础上，根据本系统的实际要求选取分阶段充电法作为本系统的充电方式。其次对比不同的MPPT算法的优缺点，针对本文的实际需求选择增量电导法作为本系统的MPPT算法。最后结合选择的充电方式和本文的设计需求，给出相应的硬件和软件设计。 关键词：太阳能 光伏 充电控制器 MPPT 目录 第一章 引 言 4 1．1本课题的选题背景和来源 4 1.2太阳能光伏发电简介 4 1．2．1太阳能光伏发电系统 4 1．2．2独立太阳能系统的构成 5 1．3国内外太阳能发电的现状 5 1．4光伏太阳能控制器国内外现状 5 1．5论文意义 6 1．6论文的主要研究内容 6 第二章 光伏发电系统中太阳能电池的特性与应用 8 2．1太阳能电池的结构及工作原理 8 2．1．1太阳能电池的结构 8 2．1．2太阳能电池的工作原理 8 2．2太阳能电池的特性及应用 9 2．3本章小结 9 第三章 蓄电池 10 3．1蓄电池的简介 10 3．1．1蓄电池的介绍 10 3．1．2蓄电池技术参数 10 3．2蓄电池的工作原理 11 3．3蓄电池的充电技术 12 3．4本章小结 13 第四章 光伏太阳能发电系统中MPPT技术的实现 14 4．1光伏太阳能发电系统中的最大功率点跟踪 14 4．2最大功率跟踪控制的常用方法 14 4．2．1恒压跟踪法 14 4．2．2扰动观察法 15 4．2．3增量电导法 15 4．2．4模糊逻辑控制法 15 4．3控制算法的分析和选择 16 4．4本章小结 16 第五章 小型太阳能光伏控制器硬件和软件的设计 17 5．1控制器系统的简介 17 5．2硬件电路设计 18 5．2．1太阳能光伏充电控制器 18 5．2．2系统供电电源 19 5．2．3太阳能电板输入电流采样电路 20 5．2．5蓄电池放电控制电路 22 5．2．6蓄电池过充过放检测电路 22 5．2．7控制系统显示电路 23 5．3软件设计 24 5.3.1 A/D转换程序设计 24 5．3．2最大功率点跟踪控制程序设计 25 5．3．3充电控制程序 25 5．4系统的可靠性分析及设计 26 5．4．1硬件的可靠性设计 26 5．4．2软件的可靠性设计 27 5．5本章小结 28 第六章系统数据分析 29 6．1系统结果分析 29 6．2本章小结 30 总结 31 参考文献 32 致 谢 32 第一章 引 言 1．1本课题的选题背景和来源 太阳能是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到大气层的能量仅为总辐射量(约为3．75x1026W)的22亿分之一，但其能量高达173000TW(功率单位ITW=1012 KW=1015 W)，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤所产生的能量。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射量约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837 kJ／(cm2/)，中值为586 kJ／(cm2/) 。 我国的太阳能辐射量相当充足，具有得天独厚的开发和利用太阳能的优势，就拿我们所在的广州地区太阳辐射量在国内也是中等水平。另外太阳能作为一种新型的能源，它与常规的能源相比有三大优点： (1)太阳能是人类可以利用的最为丰富的能源之一，据估算，自太阳形成到现在，太阳辐射出的能量只占自身能量的2％，因此可以算是取之不尽，用之不竭。 (2)太阳对地球的辐射是全方位的，在全球的任何一个地方都有机会接受到太阳的辐射，因此可以直接就地开发利用，这样就没有了运输的问题，尤其对于交通不发达的地区更有利用的价值。 (3)太阳能使用后不会产生废渣、废水、废气，也没有噪声，更不会影响生态，是一种比较洁净的能源。 面对如此巨大的能源，对太阳能开发利用的研究已经成为一个新兴的重大课题。这项集多学科为一体的高新技术，在科技进步、能源战略和环境的保护领域中都会发挥重要的作用，对该技术的深入研究将会为探索广