离网光伏发电控制器设计

【摘要】：开发利用太阳能等可再生能源已成为人们的共识。其中，以光生伏特效应为基础的光伏发电技术有着十分广阔的应用前景。然而，目前较低的光电转换效率成为其发展的瓶颈；提高光伏发电效率，提高光伏发电的应用技术水平，是光伏领域的重要研究内容。 本文深入研究了太阳角度跟踪的理论依据和控制方法，旨在保证太阳能电池板始终与太阳光线垂直，从而增加电池板的发电功率，降低光伏系统成本；同时储能也是光伏系统中重要的组成部分，目前蓄电池是光伏系统中主要的储能器件，充电方式对蓄电池的使用寿命有较大的影响，所以课题对蓄电池的充放电原理及特性做了具体分析。最终本文提出了基于ARM处理器的离网光伏发电控制器的设计方案。具体设计了基于太阳位置算法的双轴跟踪控制系统，利用角度和光照度传感器的反馈实现闭环控制，进一步提高了跟踪控制精度及可靠性。应用智能充电芯片，并根据铅酸蓄电池的参数及其充放电特性，完成了蓄电池的充电电路设计。 本课题设计的控制器适用于小型离网光伏发电系统，实现了全天候的太阳角度跟踪目标，使电池板获得最大化的太阳能吸收；并实现了铅酸蓄电池的最佳充电方式，延长了铅酸蓄电池的使用寿命。课题对太阳能的有效利用具有较高的理论意义和应用价值。 【关键词】：双轴跟踪 离网光伏发电 最佳充电
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 光伏发电背景及意义8
• 1.2 光伏发电特点和我国太阳能资源的分布8-10
• 1.2.1 光伏发电特点8-9
• 1.2.2 我国太阳能资源的分布9-10
• 1.3 光伏发电系统概述10
• 1.4 光伏发电的现状及挑战10-12
• 1.4.1 国外光伏发电发展现状11
• 1.4.2 国内光伏发电发展现状11-12
• 1.5 课题研究的主要内容和意义12-13
• 第二章 太阳位置算法13-23
• 2.1 太阳角度跟踪的必要性13-18
• 2.1.1 太阳能电池工作原理13-16
• 2.1.2 太阳辐射量16-18
• 2.2 太阳角及其跟踪算法18-22
• 2.2.1 不同坐标系下的太阳跟踪18-19
• 2.2.2 太阳角跟踪算法19-20
• 2.2.3 太阳时角和时差20-21
• 2.2.4 太阳赤纬角21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 光伏发电控制器硬件设计23-48
• 3.1 光伏发电控制器整体设计23-25
• 3.2 双轴跟踪硬件设计25-36
• 3.2.1 系统电源模块25
• 3.2.2 处理器 LPC1114 及其最小系统25-27
• 3.2.3 时钟芯片 DS130227-28
• 3.2.4 环境参数监测28-32
• 3.2.4.1 光照度传感器28-29
• 3.2.4.2 湿度传感器29-32
• 3.2.4.3 温度传感器32
• 3.2.5 角度测量32-34
• 3.2.6 交流电机控制电路34-36
• 3.2.7 数据存储36
• 3.3 蓄电池充电硬件设计36-45
• 3.3.1 铅酸蓄电池工作原理及特性36-37
• 3.3.2 铅酸蓄电池的使用问题37-38
• 3.3.3 铅酸蓄电池充放电控制方案设计38-45
• 3.3.3.1 铅酸蓄电池充放电控制38-40
• 3.3.3.2 铅酸蓄电池充电电路设计40-44
• 3.3.3.3 铅酸蓄电池充放电参数监控44-45
• 3.4 人机交互45-47
• 3.4.1 显示和报警电路45-47
• 3.4.2 键盘电路47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 光伏发电控制系统软件设计48-60
• 4.1 软件开发语言和工具48
• 4.2 系统软件框架设计48-49
• 4.3 主程序及各模块程序49-59
• 4.3.1 主程序49-50
• 4.3.2 光照度传感器模块50-53
• 4.3.3 角度测量模块53-54
• 4.3.4 时钟芯片模块54-57
• 4.3.5 电机控制模块57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 调试及结果分析60-66
• 5.1 控制系统的组成60-61
• 5.2 实验结果及分析61-65
• 5.2.1 双轴跟踪实验结果及分析62-64
• 5.2.2 蓄电池充电实验结果及分析64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 课题总结66
• 6.2 课题展望66-68
• 参考文献68-70
• 附录70-73
• 详细摘要73-76

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