新型太阳能发电系统的开发与研究

论文摘要

能源问题,已经成为当今世界最为关注的问题。随着非可再生能源的逐渐消耗殆尽,人们开始把更多的精力投入到可再生能源的利用和开发上。而太阳能作为一种新兴的能源,以其取之不尽、无污染等优点,受到人们越来越多的重视。随着太阳能电池的造价逐渐的降低,使得太阳能电池得到了广泛的应用,然而,太阳能电池的转换效率比较低,太阳能发电系统的工作性能在受到外界环境的影响时表现的不稳定性,也制约了太阳能发电系统的更加广泛的应用。产生这种情况的主要原因是由于太阳能发电系统的控制器的硬件电路和软件程序的设计问题。在控制器的软件设计中,采用的控制策略没有考虑到环境因素对太阳能发电系统输出功率的影响,这就使得对太阳能发电系统所使用的最大功率点跟踪的控制策略的研究变得尤为必要。本文以独立的太阳能发电系统为研究对象,研究了现有的太阳能发电系统中的太阳能电池控制器的优缺点,分析导致太阳能电池控制器工作不稳定的原因,并在现有的太阳能电池控制器的基础上,对太阳能电池控制器的软件程序和硬件电路进行了重新的设计,对太阳能电池控制器中采用最大功率点跟踪的控制策略进行了研究,并对其进行了仿真。同时,在现有的太阳能发电系统上加入了无线监控网络,形成了新型的太阳能发电系统。本文的主要的内容有：（1）对太阳能发电系统进行了概述,综述了国内外太阳能发电系统的应用和发展现状。（2）描述了新型太阳能发电系统的组成和功能,提出了新型太阳能发电系统的设计方案和设计原则。（3）分析了太阳能发电系统中的太阳能电池控制器的存在的问题,结合太阳能电池的特性,根据DC-DC电压转换电路的工作原理,重新设计了太阳能电池控制器的硬件电路。根据最大功率点跟踪法中的扰动观测法的思想,设计了控制器的充电、放电的软件程序。（4）在太阳能电池控制系统上加入了无线监控网络,并根据无线监控网络的设计需要设计了相应监控控制器：集散控制器和节点控制器。同时,根据无线监控网络的拓扑结构,设计了相应的通讯协议。（5）对太阳能电池控制系统采用的充放电的控制策略进行了研究,主要是恒定电压法和最大功率点跟踪法的研究,并分析了温度对恒定电压法的影响以及各种最大功率点跟踪法的控制思想和优缺点。对改进的电导增量法的控制策略,进行了仿真验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 太阳能发电系统概述
• 1.3 太阳能发电系统的应用现状以及发展趋势
• 1.3.1 国外应用现状和发展的情况
• 1.3.2 国内应用现状和发展的情况
• 1.4 研究的意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 新型太阳能发电系统的总体设计
• 2.1 新型太阳能发电系统
• 2.1.1 太阳能电池的伏安特性
• 2.1.2 太阳能电池控制系统
• 2.1.3 新型太阳能发电系统的组成
• 2.1.4 新型太阳能发电系统的功能
• 2.2 新型太阳能发电系统的设计方案
• 2.2.1 太阳能电池控制系统的设计
• 2.2.2 无线监控网络系统的设计
• 2.3 新型太阳能发电系统的设计原则
• 2.4 本章小结
• 第3章 太阳能发电系统的太阳能电池控制器的设计
• 3.1 太阳能电池控制器的硬件设计
• 3.1.1 PIC控制部分
• 3.1.2 充电控制和放电控制部分
• 3.1.3 LED显示部分
• 3.1.4 电压检测和电流检测部分
• 3.1.5 太阳能电池控制器的各种保护电路
• 3.2 太阳能电池控制器的软件设计
• 3.2.1 太阳能电池控制器软件的总体设计
• 3.2.2 太阳能电池控制器充电软件设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 太阳能发电系统的无线监控网络系统的设计
• 4.1 无线网络通信技术的概述
• 4.1.1 IrDA技术
• 4.1.2 蓝牙技术
• 4.1.3 Wi-Fi技术
• 4.1.4 ZigBee技术
• 4.2 ZigBee技术的技术分析
• 4.2.1 复杂性
• 4.2.2 低功耗性
• 4.2.3 低成本性
• 4.3 无线监控网络的监控控制器的硬件电路设计
• 4.3.1 集散控制器的硬件电路设计
• 4.3.2 节点控制器的硬件电路设计
• 4.3.3 无线通讯模块
• 4.4 无线监控网络的监控控制器的软件设计
• 4.4.1 无线监控网络的监控控制器的功能设计
• 4.4.2 无线监控网络的通讯协议的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 太阳能电池充放电控制策略研究
• 5.1 控制算法的总体介绍
• 5.2 恒定电压法
• 5.3 最大功率跟踪法
• 5.3.1 扰动观测法
• 5.3.2 电导增量法
• 5.3.3 基于电导增量法的改进算法
• 5.4 仿真研究
• 5.4.1 仿真工具的选择
• 5.4.2 太阳能电池控制系统的建模
• 5.4.3 太阳能电池控制系统的仿真
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录