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光伏发电系统设计毕业论文
目 录
1 绪论 ................................................... 1 1.1 本课题研究的背景与意义 ................................ 1 1.2 光伏发电系统概述 ...................................... 2 1.3 主要研究内容与设计要求 ................................ 3
2. 独立光伏发电系统构成及原理 ........................... 4
2.1 独立光伏发电系统的分类 ................................ 4 2.1.1 直流光伏发电系统 .................................... 4 2.1.2 交流光伏发电系统 .................................... 5 2.2 光伏电池 ............................................. 6 2.2.1 光伏电池的原理 ...................................... 6 2.2.2 光伏电池的分类 ...................................... 6 2.3 光伏系统蓄电池的特点与种类 ............................ 7 2.4 DC-DC变换电路原理分析 ................................ 8 2.4.1 DC-DC变换电路基本工作原理 .......................... 9
3. 太阳能光伏照明系统设计 .............................. 10
3.1 光伏电池的设计....................................... 11 3．1.1 光伏电池的选用计算与仿真分析 ...................... 12
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3．2 蓄电池的选用计算 .................................... 18 3.3 Boost电路的设计 ..................................... 19
4. 系统电路的总体设计 .................................. 21
4.1 光伏电池的最大功率点跟踪方法 ......................... 23 4.1.1恒压追踪法 ......................................... 23 4.1.2 扰动观察法 ........................................ 24 4.1.3 变步长寻优方法 ..................................... 26 4．2 MOSFET驱动电路 ..................................... 29 4．3 电量检测与信号处理电路 .............................. 31 4．4 PWM生成方法与相关设置 .............................. 32 4．4.1 系统编程方案与其它相关设置 ........................ 33 参考文献 ................................................ 37 致 谢 .................................................. 38
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武汉纺织大学2014届毕业设计论文
1 绪论
1．1本课题研究的背景与意义
人类进入二十一世纪，面临着令人向往的发展机遇，同时，也面临严重的挑战。人类对能源需求的日益增长和获得这些能源造成日趋严重的环境污染，事关人类自身的生存环境，事关世界经济的可持续发展。当今的能源组成中，人类所利用的煤、石油和天然气等化石能源，近一个世纪来基本呈稳定增长态势的消耗，最终将面临枯竭[1]。根据目前已探明的资源与年消耗来计算，我国与世界一次能源的可使用年限见图1．1。为了迎接这一挑战，各国政府和科学家为寻找一种无污染、可再生的能源进行了几十年的探索、研究。目前，人们已经可以肯定的说，人们这一不懈的探索和研究已经获得了巨大的进展——利用可再生能源解决人类对能源的需求，如：太阳能、风能、生物质能等，其中光伏发电是一种技术成熟、性能可靠、长寿命、使用方便、无污染、无噪音，易于大规模生产的可再生能源。 250200150100500石油天然气煤铀
图1．1我国与世界一次能源的可使用年限 1 武汉纺织大学2014届毕业设计论文
1．2光伏发电系统概述
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,太阳能的转换利用方式基本上可分为光-电转换、光-热转换和光-化学转换等三种方式。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池[2]。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏发电，理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。多晶硅电池效率在16%至17%左右，单晶硅电池的效率约18%至20%。光伏组件是由一个或多个太阳能电池片组成[3]。
如图1．2所示，太阳能光伏发电系统电源部分的基本结构单元包括：光伏电池阵列、蓄电池和控制器。
太阳能是一种辐射能。它必须借助于光伏电池才能变换成为电能。单体光伏电池是光伏电池的基本单元。在利用光伏发电的过程中，若用光伏电池供电则其输出功率太小，一般要将其串并联构成光伏电池组件，再将组件串并联构成光伏阵列来供电。目前的光伏电池大致可分为硅光伏电池和化合物半导体光伏电池，用的最多的是主要是单晶硅光伏电池和多晶硅光伏电池。
蓄电池光伏发电系统的储能装置，其作用是将光伏电池转换出来的电能储存起来以便使用。与光伏电池方阵配套的蓄电池通常在浮克状态下工作，其电压随
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太阳能 电池 控制器 蓄电池 图1.2光伏发电系统电源部分的基本结构单元
武汉纺织大学2014届毕业设计论文
方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的屯能量比用电负载所需的电能量太得多。电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与光伏电池匹配，要求蓄电池工作寿命长而且要维护简单。
控制器对系统各种信号采样分析，对系统各部的工作状态进行判断，并及时准确地发出指令进行系统调整，以保证整个系统的安全高效运行。在系统基本结构中，控制器的主要功能是对蓄电池的充放电控制。
光伏发电系统是指能将太阳光的能量转化为高品位能源的电能装置，根据光伏发电系统是否并网可将其分为独立运行光伏发电系统、并网光伏发电系统以及混合型光伏发电系统三类。本文设计的是独立光伏发电系统。
图1.3独立光伏系统的结构图
1.3 主要研究内容与设计要求
本文对构成小型独立光伏发电系统的光伏电池、蓄电池和变换电路三大部件的特性进行较全面的理论分析，重点在结合对某小区照明用独立光伏发电系统的设计来完成对各个部件参数计算与器件选用方法的研究，以及基于光伏电池最大功率点跟踪方法的蓄电池充电控制的实现。主要任务有：
(1)光伏电池部分：光伏电池的工作原理和输出特性的分析，结合其输出特性对最大功率点跟踪方法的分析；系统设计中光伏电池的选型计算与仿真分析。
(2)蓄电池部分：应用于光伏系统的蓄电池的特点和充放电特性的分析；蓄
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