太阳能光伏储存技术研究

论文摘要

太阳能光伏储存技术研究是独立光伏发电系统中一项至关重要的环节。由于太阳光的变化规律影响太阳能光伏转换,光伏阵列的工作过程随着季节、环境温度、白昼交替等元素的变化而呈现非线性工作状态。此现象对独立光伏发电系统输出能量的利用率及其系统的储能造成一定的影响。本文基于独立光伏发电系统,对储存技术作了深入研究。本论文研究内容主要包括以下几个方面：1.总体方案论证。本论文首先对独立光伏发电储能系统的总体方案和主要组成部分进行了详细分析,研究了以AVR单片机为核心,集MPPT控制、充电控制和温度补偿为一体的储能系统。2.分析太阳能蓄电池的工作原理与特性。阐述充电与放电过程的原理,及其在工作过程中表现出的特性,并且分析影响蓄电池容量、寿命、内阻和电池电压等各项性能的因素。蓄电池各项性能特点是研究独立光伏发电系统储能技术的依据。3.蓄电池充电控制技术研究。对各种蓄电池的充电方法进行了比较和研究,并针对蓄电池在光伏系统中充电的特殊性,提出了一种合理的充电控制策略,并且分析了该策略的优势,不但能够完成对光伏阵列最大功率点跟踪的要求,而且保证了蓄电池的正常工作寿命。4.系统的硬件设计与研究。通过对光伏阵列电压电流信号的采样,分析其输出功率的最大点；通过对蓄电池电压、电流、电解液温度的测量,实现对蓄电池容量的计算；通过单片机与上位机之间RS232通信,实现对系统数据实时显示与保存。5.软件设计。对整个储能系统做了软件设计,包括功率跟踪、单片机充放电控制的软件设计、RS232通信,并且采用MCGS组态软件实现系统的实时显示。6.系统实验与结果分析。分别对光伏阵列的跟踪效率及蓄电池的充放电电压进行了实时测量,实验结果表明该系统具有较高可靠性,实现对光伏阵列的功率跟踪及能量的储存。随着太阳能光伏发电的应用日趋广泛,研究高效光伏储能系统具有重要的经济和社会效益。目前,国内光伏发电的储能研究仍落后于发达国家,本文所进行的工作对于国内光伏储存技术的提高具有推动作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 太阳能储能控制的国内外研究现状及发展前景
• 1.2.1 国内研究现状与发展趋势
• 1.2.2 国外研究现状与发展趋势
• 1.3 本文研究的主要内容及创新点
• 第二章 太阳能蓄电池的工作原理及功能特性
• 2.1 太阳能蓄电池的工作原理
• 2.1.1 充电过程
• 2.1.2 放电过程
• 2.2 蓄电池的工作特性
• 2.2.1 充电特性
• 2.2.2 放电特性
• 2.3 蓄电池的性能
• 2.3.1 蓄电池的容量
• 2.3.2 蓄电池的寿命
• 2.3.3 蓄电池内阻
• 2.3.4 蓄电池电压
• 2.4 VRLA蓄电池在太阳能光伏系统中的问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 蓄电池充电控制技术
• 3.1 蓄电池充电方法
• 3.1.1 恒流充电法
• 3.1.2 恒压充电法
• 3.1.3 两阶段充电法
• 3.1.4 三阶段充电法
• 3.2 传统蓄电池充电控制
• 3.2.1 直接连接
• 3.2.2 快速充电
• 3.3 MPPT控制充电
• 3.3.1 恒压跟踪法
• 3.3.2 扰动观察法
• 3.3.3 电导增量法
• 3.3.4 恒压法与扰动观察法的结合
• 3.4 本章小结
• 第四章 太阳能储存系统硬件实现设计
• 4.1 太阳能储存系统硬件系统设计概述
• 4.2 ATmega16单片机及外围电路
• 4.2.1 ATmega16单片机性能
• 4.2.2 外围电路
• 4.3 采样电路
• 4.3.1 电压参数采样
• 4.3.2 电流参数采样
• 4.3.3 温度采样
• 4.4 DC-DC转换电路
• 4.4.1 Buck电路
• 4.4.2 Boost电路
• 4.4.3 Boost-Buck电路
• 4.4.4 Cuk电路
• 4.5 本系统主电路及其驱动
• 4.6 键盘与显示电路
• 4.6.1 键盘电路
• 4.6.2 上位机通讯
• 4.7 本章小结
• 第五章 太阳能储存系统软件实现
• 5.1 主系统软件实现
• 5.2 功率跟踪控制软件实现
• 5.3 充放电控制软件实现
• 5.4 系统显示软件实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 实验与结果分析
• 6.1 现场实验
• 6.1.1 实验条件
• 6.1.2 实验结果
• 6.2 上位机显示
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参加的课题与发表的论文