独立光伏发电系统研制

论文摘要

太阳能储量巨大,分布广泛,可再生,不污染环境,是化石能源的主要替代之一,因此开发利用太阳能具有重大的战略意义。目前光伏发电已经成为人类利用太阳能的最主要方式之一,但成本较高,在发展中国家的发展尤其缓慢。本文设计的独立光伏发电系统控制简单、成本低、效率高、可靠性高、易于实现。本文首先介绍了太阳能电池与铅酸蓄电池的工作原理,设计了一种合理的铅酸蓄电池充电电路,提高了铅酸蓄电池使用寿命。推挽升压变换环节采用了电压闭环控制,将低压直流电转换成稳定的高压直流电,使逆变环节的控制简单化。同时高频技术让高频变压器取代了工频变压器,不但降低了成本而且减小了体积。为了提高效率且不影响输出纯正弦波的质量,本逆变器以单片机ATmega16L为控制核心,采用改进型SPWM控制技术,减小了IGBT开关次数,从而减小了开关损耗,效率自然就提高了。同时具有过压、欠压、过流和过热保护,确保逆变电源系统安全可靠地运行。由于太阳在天空中的位置是不断变化的,本人设计了太阳自动跟踪系统。光敏二极管用来判断太阳的位置,单片机ATmega8L通过L297和L298芯片组成的驱动器来控制步进电机转动与停止,从而使太阳能电池板始终朝向太阳。这样,太阳能电池接收到的光辐射量增加,发电量也相应提高。最后,系统性能测试的结果表明,逆变器输出正弦波谐波含量少,输出功率可达到1kW,效率在85%以上。太阳自动跟踪系统的跟踪误差在±8°范围之内。可见,本文设计的独立光伏发电系统是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 开发太阳能的意义
• 1.2 光伏发电的特点
• 1.3 国内外光伏发电的现状及发展前景
• 1.3.1 国外光伏发电的现状及发展前景
• 1.3.2 国内光伏发电的现状及发展前景
• 1.4 本课题主要研究的内容
• 第2章 独立光伏发电系统的组成
• 2.1 独立光伏发电系统的结构
• 2.2 太阳能电池及其特性
• 2.2.1 太阳能电池的工作原理
• 2.2.2 太阳能电池的等效电路
• 2.2.3 太阳能电池伏安特性曲线
• 2.2.4 太阳能电池阵列
• 2.3 蓄电池工作原理及充电方法
• 2.3.1 铅酸蓄电池工作原理
• 2.3.2 铅酸蓄电池充电方法
• 2.4 充电器的设计
• 2.4.1 芯片UC3906内部结构特点
• 2.4.2 充电电路设计
• 第3章 直流升压电路设计
• 3.1 直流升压拓朴结构
• 3.2 推挽式升压变换电路设计
• 3.2.1 推挽变换主电路设计及原理
• 3.2.2 控制电路设计
• 3.2.3 MOSFET驱动电路设计
• 3.3 高频变压器设计
• 3.3.1 磁性材料及设计要求
• 3.3.2 磁芯型号的确定
• 3.3.3 绕组的计算
• 3.3.4 元器件的选择
• 第4章 逆变电路设计
• 4.1 PWM脉宽调制技术
• 4.1.1 SPWM调制技术
• 4.1.2 改进型SPWM调制技术
• 4.2 硬件电路设计
• 4.2.1 电源电路
• 4.2.2 逆变器主电路
• 4.2.3 IGBT驱动电路
• 4.2.4 输出滤波器设计
• 4.2.5 输出电压电流检测电路设计
• 4.2.6 温度保护电路设计
• 4.2.7 报警电路设计
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 ATmega16单片机简介
• 4.3.2 改进型SPWM脉冲产生方法
• 4.3.3 软件流程图
• 第5章 太阳自动跟踪系统
• 5.1 自动跟踪系统工作原理
• 5.2 传感器
• 5.3 步进电机
• 5.3.1 步进电机主要参数
• 5.3.2 步进电机驱动电路
• 5.4 软件设计
• 第6章 系统性能测试
• 6.1 逆变电源系统测试
• 6.1.1 MSPWM波形
• 6.1.2 输出电压波形
• 6.1.3 功率与效率测试
• 6.2 太阳自动跟踪系统测试
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 部分程序
• 附录 B 实物图
• 致谢
• 研究生履历