太陽能智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計大學(xué)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-21 20:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 下，太陽能電池有唯一的最大輸出功率點，太陽能電池只有工作在最大功率點才能使其輸出的功率最大。目前使用的太陽能電池最大功率點跟蹤方法主要有恒電壓法、觀察擾動法、電導(dǎo)增量法以及其它的一些跟蹤方法。1. 恒電壓法溫度一定時，在不同的日照強度下，太陽能電池陣列輸出曲線的最大功率點基本是分布在一條垂直線的附近，因此只要保持太陽能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強度下太陽能電池陣列最大功率點的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽能電池陣列輸出最大功率。恒電壓法具有控制簡單，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點，比一般太陽能光伏系統(tǒng)可望多獲得20%的電能，較之不帶CVT的直接藕合要有利得多。然而恒電壓法忽略了太陽能電池溫度對太陽能電池陣列最大功率點的影響，一般硅太陽能電池的開路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽能電池而言，當太陽能電池溫度每升高1℃時，%%，這說明太陽能電池的最大功率點對應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對太陽能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強度。因此對于四季溫差或日溫差較大的地區(qū)，CVT方式并不能完全跟蹤太陽能電池陣列最大功率點，從而導(dǎo)致系統(tǒng)功率損失。研究結(jié)果表明，雖然許多太陽能光伏系統(tǒng)仍然采用這種最大功率點跟蹤方法，但這種方式所帶來的功率損耗相比于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟。2. 擾動觀察法擾動觀察法的原理是:在每個控制周期用較小的步長改變太陽能電池陣列的輸出，改變的步長是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對象可以是太陽能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過程稱為“擾動”。然后，通過比較干擾周期前后太陽能電池陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過程，如果檢測到輸出功率減少，則改變“干擾”的方向。擾動觀察法的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單，被測參數(shù)少，容易實現(xiàn)。但是即使在某一周期太陽能電池陣列運行在最大功率點，由于擾動的存在，下一周期太陽能電池陣列運行點又會偏離最大功率點，因此太陽能電池陣列實際是在最大功率點附近振蕩運行，從而導(dǎo)致部分功率損失。其次，難以選擇合適的變化步長，步長過小，跟蹤的速度緩慢，太陽能電池陣列可能長時間運行于低功率輸出區(qū)，步長過大太陽能電池陣列在最大功率點附近的振蕩又會加大，跟蹤精度下降，從而導(dǎo)致更多的功率損失。另外，當外部環(huán)境突然變化，太陽能電池陣列從一個穩(wěn)定運行狀態(tài)變換到另一個穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程中，會出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。 3. 增量電導(dǎo)法為了解決擾動觀察法導(dǎo)致的功率損失問題，有人在1995年提出了增量電導(dǎo)法。由太陽能電池陣列輸出電氣特性知，太陽能電池陣列的輸出功率電壓(PV)曲線是一個單峰曲線，在最大功率點處，功率對電壓的導(dǎo)數(shù)為零。增量電導(dǎo)法的優(yōu)點是:在日照強度發(fā)生變化時，太陽能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動觀察法小。增量電導(dǎo)法的缺點是:太陽能電池陣列可能存在一個局部的最大功率點，這種算法可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定在一個局部的最大功率點；如同擾動觀察法一樣，增量電導(dǎo)法的變化步長也是固定的，步長過小會使跟蹤速度變慢，太陽能電池陣列較長時間工作在低功率輸出區(qū)。步長太長，又會使系統(tǒng)振蕩加劇，影響跟蹤精度。在實際的光伏系統(tǒng)中，增量電導(dǎo)法的實現(xiàn)對硬件的要求相對較高，控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理。第三章 鉛酸蓄電池太陽能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，當太陽光照射到半導(dǎo)體PN結(jié)時，就會在PN 結(jié)兩邊產(chǎn)生電壓，使PN 結(jié)短路，從而產(chǎn)生電流。這個電流隨著光強度的加大而增大，當接受的光強度達到一定數(shù)量時，就可以將太陽能電池看成恒流電源。對于太陽能電池方陣而言，應(yīng)按照用戶的要求、負載的用電量及技術(shù)條件確定太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由太陽能電池方陣的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的均浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對太陽能電池的影響。蓄電池的容量決定其最大充電電流，該數(shù)值再結(jié)合負載電流，可決定太陽能電池并聯(lián)數(shù)。太陽能電池組件（也叫太陽能電池組件）是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作，太陽能電池組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。白天太陽光照射到太陽能組件上，使太陽能電池組件產(chǎn)生一定幅度的直流電壓，把光能轉(zhuǎn)換為電能，再傳送給智能控制器，經(jīng)過智能控制器的過充保護，將太陽能組件傳來的電能輸送給蓄電池進行儲存；而儲存就需要有蓄電池，所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，于必要時放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。普通蓄電池又稱為鉛酸蓄電池，它的電極是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是蒸餾的水溶液。主要優(yōu)點是電壓穩(wěn)定、價格便宜；缺點是比能低(即每公斤蓄電池存儲的電能)、使用壽命短和日常維護頻繁。老式普通蓄電池一般壽命在2年左右，而且需定期檢查電解液的高度并添加蒸餾水。不過隨著科技的發(fā)展，普通蓄電池的壽命變得更長而且維護也更簡單了。鉛酸蓄電池最明顯的特征是其頂部有6個可擰開的塑料密封蓋，上面還有通氣孔。這些密封蓋是用來加注、檢查電解液和排放氣體之用。按照理論上說，鉛酸蓄電池需要在每次保養(yǎng)時檢查電解液的高度，如果有缺少需添加蒸餾水。但隨著蓄電池制造技術(shù)的升級，鉛酸蓄電池的維護也不再復(fù)雜。正常使用，23年間鉛酸蓄電池都無需添加電解液或蒸餾水。儲能是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，尤其對于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，儲能環(huán)節(jié)更是不可缺少的組成部分。儲能系統(tǒng)的好壞直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能部分又是最易受損、最易消耗的部分。所以獲得最佳的儲能系統(tǒng)成為光伏系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實現(xiàn)儲能，常用蓄電池屬于電化學(xué)電池。蓄電池在充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，放電時把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負載使用。一般來講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電器和蓄電池把電能儲存起來，晚上再通過放電器把儲存在蓄電池里的電能放出來使用。在太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。充電控制方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命。而電荷量的大小決定著太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價以及系統(tǒng)的使用壽命，目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓充電、兩階段和三階段充電等方法。[10](一)恒流充電恒流充電就是以一定的電流進行充電，在充電過程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于多個鉛酸蓄電池串聯(lián)的鉛酸蓄電池組進行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長時間的充電模式。這種充電方式的不足之處在于:鉛酸蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個充電過程時間長。(二)恒壓充電法恒壓充電就是以一恒定電壓對鉛酸蓄電池進行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。在充電末期只有很小的電流通過，這樣充電過程中就不必調(diào)整電流。相
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