太阳能电池板自动跟踪及蓄电池充电系统研究

【摘要】：面临化石能源日益紧缺的现状，太阳能成为新能源角逐场的有力竞争者，而太阳能发电是太阳能利用的一条主要途径。但是在全世界光伏装机激增的环境下，电池板转换效率低下却是阻挡其生活化发展道路上的巨大障碍，多年来人们一直致力于提高光伏发电效率。首先，为了在每天太阳东升西落的变化中得到最强的光照强度，人们提出了太阳追踪系统。只是单轴计时追踪不符合长时间太阳相对地球的运动规律，而且现有的双轴逐日追踪精确度不高。其次，通常的最大功率跟踪方法会因为电池板外部环境的变化出现误跟踪。最后，因为光伏发电电流不稳定和充电时机的稍纵即逝，都迫使系统需要一个智能可靠的充电系统对蓄电池安全快速的充电。快速充电的大电流和安全充电的小电流之间的平衡，应根据蓄电池的状态进行智能控制。 根据以上问题，本文的研究工作分如下三方面： （1）依据电池板的输出曲线可以看出，光照强度越强，光伏电池板的输出功率就越大。本文以光照强度作为控制参数，设计了太阳追踪系统，以此来提高每时刻光伏发电量。采用模糊控制的双轴追踪法对太阳光线进行追踪，以太阳运动过程中光线垂直照射在电池板表面为目标。 （2）电池板的最大输出功率会因为温度和光照强度的变化而产生偏移，导致最大功率跟踪系统的控制难度增大。本文在改进后粒子群算法的指导下，展开对电池板最大功率的搜索。采用改进粒子群算法下的跟踪系统，可以准确搜索到变化环境下光伏电池板的最大值点。 （3）本文根据马斯曲线采用阶段式恒流充电法，并结合瞬间反向放电的方式，设计了蓄电池快速充电系统。由于电池板输出的不稳定，使得常规充电法无法解决系统中的蓄电池充电问题。本文采用在输出电流较小时直接充电，较大时快速充电，直到即将充满时转为浮充方法充电的策略，可以对蓄电池快速安全充电。 本文根据光伏发电所存在的以上问题分别从太阳追踪、最大功率跟踪以及高效安全充电方面进行了分析研究。结果表明，在高速度和资源丰富的FPGA(现场可编程门阵列)支持下，模糊控制的双轴追踪系统能在天气晴朗的情况下，使太阳光与电池板垂直偏差不超过3度；在粒子群算法调节下的电池板，在1秒内能跟踪到最大功率值点；采用阶段恒流快速充电的智能充电系统，能将65AH的蓄电池充电时间缩短到1-2小时。 【关键词】：光伏电池 太阳追踪 最大功率跟踪 智能充电
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 2 系统关键部件分析与总体框架布局17-29
• 2.1 光伏电池板的原理和特性17-21
• 2.1.1 光伏电池板的原理17-19
• 2.1.2 电池板的输出特性研究19-21
• 2.2 蓄电池的原理和特性21-24
• 2.2.1 铅酸蓄电池的工作原理21-22
• 2.2.2 铅酸蓄电池的特性22-24
• 2.3 现场可编程门阵列24-26
• 2.4 系统方案设计26-29
• 3 光伏电池板的智能跟踪与蓄电池充电策略研究29-63
• 3.1 太阳追踪控制方法与系统29-37
• 3.1.1 太阳的追踪方案29-30
• 3.1.2 双轴追踪控制实现30-33
• 3.1.3 逐日系统的建立与检测33-37
• 3.2 光伏电池板的最大功率跟踪方法研究37-54
• 3.2.1 最大功率跟踪方法37-40
• 3.2.2 粒子群算法的优化过程比较40-50
• 3.2.3 最大功率跟踪系统的实现50-54
• 3.3 基于快速充电的蓄电池智能充电设计54-63
• 3.3.1 蓄电池充电方法的比较55-56
• 3.3.2 马斯充电方法56-59
• 3.3.3 智能充电控制实现59-63
• 4 结论与展望63-65
• 4.1 结论63
• 4.2 展望63-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-71
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果71-72

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