【正文】 伏充放電控制器設(shè)計的重點，放電回路的設(shè)計根據(jù)不同的負(fù)載要求綜合考慮，相對寬松。但是，當(dāng)蓄電池電解液的密度過大時，電解液的粘度也增大，使電解液的滲透速度降低，內(nèi)阻增大，蓄電池容量減小。低溫（5℃）時，電池容量隨溫度降低而減小，電解液溫度降低時，其粘度增大，離子運動受到較大阻力，擴散能力降低；在低溫下電解液的電阻也增大，電化學(xué)的反應(yīng)阻力增加，結(jié)果導(dǎo)致蓄電池容量下降。其主要區(qū)別可以概括為以下幾點：（1）充電率非常小， 由于成本，位置空間等問題，太陽電池投入數(shù)量會受到很大的限制，為了保證電力系統(tǒng)的正常使用，往往提供給蓄電池的充電電力變得十分有限，～。 （）(4)放電率蓄電池的放電率可以通過“小時率”和“電流率”兩種表示方式。蓄電池容量一般以充足電后的蓄電池，放電至其端電壓到終止電壓時，電池所放出的總電量。鑒于負(fù)載特點和小型戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點，本文系統(tǒng)選用閥控式密封免維護鉛酸蓄電池(Valve Regulated Lead—Acid Battery， VRLA)作為儲能元件。（2）堿性蓄電池。用鉛和二氧化鉛作為負(fù)極和正極的活性物質(zhì)（即參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)），以濃度為27%～37%的硫酸水溶液作為電解液的電池，稱為鉛蓄電池（俗稱。蓄電池有不同類型和大小。由于白天和黑夜的交替出現(xiàn)，另外，陰雨、大霧等天氣條件的限制，太陽光的照射強度變化較大，同時輻射也是不連續(xù)的。綜合上述方法特點，結(jié)合南寧的天氣不會發(fā)生光照強度和溫度快速劇烈變化的情況，本文設(shè)計使用擾動觀察法實現(xiàn)最大功率跟蹤。查表法簡單可靠，反應(yīng)速度很快，但它需要事先了解光伏陣列安裝地點的光照和溫度因素，通用性不強，且在系統(tǒng)設(shè)備老化后原表單數(shù)據(jù)會逐漸失準(zhǔn)，靈活性差。由圖 25 可以看出，光伏電池的伏安特性不僅僅與光照強度有關(guān)，還會受到電池溫度的影響。擾動觀察法的控制流程如圖 28 所示。圖27光伏系統(tǒng)MPPT原理如圖 27 所示，通過改變 DC/DC 變換裝置的占空比以實現(xiàn)調(diào)節(jié)光伏電池的輸出功率，進而改變光伏電池的工作點，光伏電池輸出電壓值的大小直接受占空比變化的影響。由此可以看出，溫度對光伏電池性能的影響不容忽視。在光伏電池陣列中，： （）其中代表并行模塊的數(shù)量，由串聯(lián)的電池構(gòu)成。由于太陽板前表面和背表面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，電流經(jīng)過負(fù)載時，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的等效為一個串聯(lián)電阻；同時，由于電池邊沿的漏電阻，在電池的劃痕、微裂痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過負(fù)載的電流短路，這種作用可等效為一個并聯(lián)電阻。因此，當(dāng)能量大于禁帶寬度的光子進入電池的N區(qū)和P區(qū)中時，會激發(fā)產(chǎn)生光生電子－空穴對。當(dāng)把眾多這樣小的太陽能光伏電池單元通過串并聯(lián)的方式組合在一起，構(gòu)成光伏電池組件，便會在太陽能的作用下輸出功率足夠大的電能。儲能與光伏應(yīng)用的結(jié)合。目前國內(nèi)太陽能電池板的原材料硅的漲價迅速是造成這種情況的主要原因。各個國家都紛紛把太陽能作為重要的戰(zhàn)略能源之一的舉動，使得光伏發(fā)電將逐步發(fā)展為一種替代能源，太陽能也將會成為世界能源供應(yīng)的主體。（5）資源、發(fā)電、用電同一地域：能大幅度節(jié)省遠(yuǎn)程輸變電設(shè)備的投資費用。因此發(fā)展可再生能源勢在必行，太陽能是用之不竭取之不盡的可再生能源，安全可靠、清潔環(huán)保，而且開發(fā)潛力非常大，是未來能源發(fā)展戰(zhàn)略的主體，可保障未來經(jīng)濟的穩(wěn)定快速的發(fā)展。可再生能源將是人類未來的主要能源來源，因此世界上部分發(fā)展中國家和大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都十分重視可再生能源對未來能源供應(yīng)的重要作用。另外，我國電池組件的售價和成本都偏高，這樣就會導(dǎo)致太陽能電池造價太高，直接阻礙著太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展。在各國政府的大力支持下，光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。 Maximum power tracking MPPT。本文討論光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r以及應(yīng)用前景，對獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)進行研究與設(shè)計。 畢業(yè)設(shè)計(論文)光伏儲能及其充放電及其計算畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。本文以基于儲能系統(tǒng)的獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，闡述了獨立型光伏發(fā)電的基本原理及其發(fā)展趨勢。 Energy storage system。太陽能是人類用之不竭取之不盡的可再生能源，具有絕對的安全性、充分的清潔性、相對的廣泛性、潛在的經(jīng)濟性、資源的充足性及確實的長壽命和免維護性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。我國必須要加大這方砸的投入，突破這個技術(shù)瓶頸，促進太陽能光伏發(fā)電的規(guī)模的擴大。另外，在新的可再生能源中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電是發(fā)展最快的，世界各國都把太陽能光伏發(fā)電的商業(yè)化利用和開發(fā)作為重要的能源發(fā)展方向?？偠灾?，太陽能在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要的主體地位并且得到廣泛的應(yīng)用。（6）靈活、簡單化：發(fā)電系統(tǒng)可按需要以模塊化集成，容量可大可小。根據(jù)預(yù)測2030年太陽能光伏發(fā)電在世界總電力的供應(yīng)中將達(dá)到10％以上；2040年太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20％以上；21世紀(jì)末太陽能發(fā)電將占60％以上，這就更顯示出太陽能在能源戰(zhàn)略中的重要地位。目前的價格要比本世紀(jì)初翻了數(shù)倍，而太陽能電池板又是整個工程中耗費最大的部分，因此，降低原材料的成本才能從根本上解決投資成本高的問題。光伏儲能與實際生活的聯(lián)系。 光伏電池的種類按照材料分類硅太陽能電池：以硅為基體材料（單晶硅、多晶硅、非晶硅）化合物半導(dǎo)體太陽能電池：由兩種或兩種以上的元素組成具有半導(dǎo)體特性的化合物半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池(碲化鎘、硫化鎘、磷化銦、砷化稼、硒銦銅)有機半導(dǎo)體太陽能電池：用含有一定數(shù)量的C－C鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的電池(分子晶體、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物、高聚物)。光生電子－空穴對在空間電荷區(qū)中產(chǎn)生后，立即被勢壘電場分離，光生電子被推向N區(qū)，光生空穴被推向P區(qū)。圖22 光伏陣列的等效電路根據(jù)圖22，就可以得到輸出電流與輸出電壓之間的關(guān)系： （）式中暗電流應(yīng)為PN結(jié)電壓U的函數(shù)，而U又與輸出電壓存在函數(shù)關(guān)系： （）經(jīng)理論計算和大量的實驗證實均可整理成指數(shù)形式如下： （）其中，n是二極管指數(shù)；是反向飽和電流；K是波耳茲曼常數(shù)()；T是絕對溫度(K)；q是單位電荷。因此，： （）從上述表達(dá)式可知，通過改變值可最大限度地提高發(fā)電效率，它是由暴曬和電池溫度而定的。目前國際上定義的光伏電池的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度為 25。對于最大功率點追蹤，也可以從阻抗匹配原理來理解：由電路理論知識可知，當(dāng)電源內(nèi)阻和負(fù)載阻抗相等時，電源的輸出功率是最大的。圖28擾動觀察法的控制流程圖擾動觀察法算法比較簡單，且硬件上易于實現(xiàn)，在大多數(shù)情況下可以有效地實現(xiàn)最大功率跟蹤，因此是目前使用最廣泛的 MPPT 控制算法。在環(huán)境溫度變化比較大的情況下，如果依然采用恒壓法控制，光伏陣列的輸出功率會明顯偏離最大功率點。 二次插值法：二次插值法常用于一元函數(shù)在某個初始區(qū)間內(nèi)搜索極點的一種算法，一般用于曲線擬合。 本章小結(jié)對太陽能光伏電池的結(jié)構(gòu)和特性進行了分析，了解光伏電池的等效電路圖，研究和討論光伏電池的電氣特性；針對環(huán)境因素對太陽能電池特性的影響，研究光伏電池最大功率的跟蹤原理和方法。所以當(dāng)白天太陽光強度較大時，光伏電池陣列產(chǎn)生的電能大于負(fù)載消耗的要求時，將剩余的電能儲存起來，當(dāng)夜晚沒有光照或者陰雨天光照較弱時使用，所以蓄電池的一個重要作用就是儲存能量。通常手電筒用的干電池，稱為一次電池（原電池）。鉛酸蓄電池。堿性蓄電池按其極板材料，可分為鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池等。它與傳統(tǒng)的蓄電池相比容量大、價格低廉、壽命長、免維護、自放電率低，在使用、維護和管理上有著明顯的優(yōu)點。當(dāng)鉛酸蓄電池以恒定電流放電時，其容量等于放電流與其持續(xù)放電時間的乘積 （）式中：表示容量()；表示放電電流(A)；t表示放電時間(h)。小時率以規(guī)定的電流放完蓄電池額定容量所需要的時間來表示，又稱時率；電流率(倍率)是以蓄電池的額定容量與將全部容量放完所需時間的比值來表示。（2）放電率非常小，太能系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮到最大負(fù)載容量，最長后備時間，配置的蓄電池容量較大，而實際使用過程中負(fù)載相對設(shè)計負(fù)載小得多，蓄電池放電率通常為C20～C240，或者更小。其次低溫還會導(dǎo)致負(fù)極活性物質(zhì)利用率下降，影響蓄電池容量，如電池在10℃環(huán)境溫度下放電時，負(fù)極板容量僅達(dá)35%額定容量。綜合考慮電解液密度對容量的影響，~。蓄電池的電化學(xué)原理不是本論文所要研究的主要內(nèi)容，掌握蓄電池充電電壓、電流外部特性，就可展開對光伏充放電控制器的設(shè)計。蓄電池進入恒壓充電階段。而超級電容的面積是基于多孔炭材料，這樣的多孔結(jié)構(gòu)使其等效的極板面積可以達(dá)到幾千平方米/克，這正是超級電容擁有超大容量原因。雖然生產(chǎn)成本不斷下降，目前超級電容的成本依然較高，不適合獨立承擔(dān)大容量的存儲。圖34儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析了蓄電池的工作原理以及蓄電池參數(shù)與容量的計算，分析光伏系統(tǒng)對蓄電池的性能要求，對蓄電池和超級電容的性能進行了對比，分析了混合儲能的優(yōu)勢和可行性。MOSFET用于控制電路與主電路進行強、弱電隔離，由于主電路中的兩處MOSFET功能要求不同，因此需要采用不同的驅(qū)動電路對其驅(qū)動。如圖44 所示，它通過在MOSFET上反并聯(lián)的二極管，使得整個變換器具有了雙向?qū)üδ?。其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖45所示。此時負(fù)載兩端的電壓U等于電源電壓E和電感L的自感電動勢的和。選用光伏電池的首要問題是根據(jù)負(fù)載要求、蓄電池性能和轉(zhuǎn)換電路的損耗等情況來確定光伏系統(tǒng)所需要的功率，即計算所需光伏電池的輸出功率。這樣負(fù)載的日耗電量為： （）(3) ：電源系統(tǒng)損耗修正系數(shù)；主要是考慮主電路開關(guān)的損耗，按損耗10％計算。因為計算過程比較復(fù)雜，需要借助計算機的計算能力，編寫計算機程序進行輔助設(shè)計。(2) ：本文中選用VRLA蓄電池，當(dāng)放電深度小于50％時，放電率達(dá)到95％。h，這些能量全部儲存在蓄電池中，即充電完成后，蓄電池組的實際容量為： （）已知四盞LED的額定功率為15W，額定電壓為48V，每天照明時長為10h，則額定電流為：I＝15W/48V=，可求出電路中的總電流，即蓄電池放電電流。（2）對常用的MPPT方法進行了分析與比較，選擇了干擾觀察法（3）本文圍繞對光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池和蓄電池的設(shè)計，對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)中的幾個部分進行了理論分析和研究，主要包括光伏電池陣列、蓄電池及其充放電計算。文中提到的蓄電池與超級電容混合儲能系統(tǒng)的充放電控制策略，也只是個簡單介紹一下，沒能實際應(yīng)用?；旌蟽δ艿目刂品桨敢残枰罅康膶嵺`進行驗證和調(diào)整。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)在社會生產(chǎn)中將得到大規(guī)模開發(fā)和利用，能源戰(zhàn)略也將逐漸以太陽能為主體，未來對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計也會越來越精密。可允許輸出電壓的最大波動范圍，則有 （）選用的200輸出電壓為100V的電容。(4)，DOD為50％。緯度與傾角關(guān)系如圖42所示。(5) ：蓄電池充放電轉(zhuǎn)換效率；本文中采用閥控式鉛酸蓄電池，當(dāng)放電深度小于50％時其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95％以上。 LED草坪燈照明時間為每天從晚上8點到早上6點，時長為10小時。在開始系統(tǒng)設(shè)計前必須做好設(shè)計勘察工作,主要包括以下內(nèi)容: 1. 獲取光伏系統(tǒng)所在地的太陽能資源和氣候狀況的數(shù)據(jù)，包括當(dāng)?shù)鼐暥?經(jīng)度和海拔情況。在開關(guān)管S關(guān)斷期間，電感和電源一起對電阻R放電，同時給電容充電。蓄電池和超級電容分別由一個繼電器控制接入和切斷。光伏系統(tǒng)控制核心選用TI公司生產(chǎn)的數(shù)字信號處理器：TMS320F2812。第四章 光伏儲能及充放電控制系統(tǒng)的設(shè)計光伏儲能及充放電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示，主要有太陽能光伏電池、Boost變換電路、主控制器、A/D轉(zhuǎn)換回路、驅(qū)動電路、蓄電池和負(fù)載七部分組成。 儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖 34所示，光伏電池首先通過一個 DC/DC 變換電路，用以實現(xiàn)最大功率跟蹤(MPPT)控制。為等效并聯(lián)電阻，是電容產(chǎn)生漏電流的原因，它影響著超級電容長期儲能的表現(xiàn)。在恒壓充電過程中，隨著蓄電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，充電電流逐漸減小，即恒壓充電時，保持充電電壓不變，充電電流不斷下降，當(dāng)充電電流下降到恒流狀態(tài)下充電電流的1/，終止恒壓充電。這種充電方法只考慮電池電壓這一單一狀態(tài)的變化，不能有效的反映電池的整體充電狀況它的起始充電電流過大，往往造成蓄電池的損壞。由于解液的溫度降低時，其粘度增加，這樣滲入極板內(nèi)部比較困難，極板內(nèi)的活性物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速度減慢，從而使蓄電池容量減小。即以25℃為基準(zhǔn)，每升高10℃，其使用壽命縮短一半。（4）不能按給定的充電規(guī)律對蓄電池進行充電。