【正文】 DC/DC 變換器驅動電路 ................................................................ 32 逆變器驅動電路 ................................................................................. 34 本章小結 .................................................................................................... 36 第四章 控制器設計 ............................................................................................ 37 DC/DC 升壓模塊控制 .............................................................................. 37 PWM 技術介紹 .................................................................................. 37 PWM 生成 .......................................................................................... 38 最大功率點跟蹤控制 ........................................................................ 39 蓄電池的充放電控制 ............................................................................... 40 蓄電池控制參數(shù)確定 ......................................................................... 40 充電控制中主程序流程圖 ................................................................. 40 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 5 逆變器的調制技術 .................................................................................... 42 SPWM 控制策略介紹 ........................................................................ 42 51 單片機的 SPWM 模塊 ............................................................... 42 AD 轉換模塊 .......................................................................................... 43 AD 轉換芯片 ...................................................................................... 43 主程序流程圖 .................................................................................. 44 本章小結 .................................................................................................... 45 參考文獻 .............................................................................................................. 46 附錄 ...................................................................................................................... 48 致謝 ...................................................................................................................... 49 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 6 第一章 緒 論 課題選題背景 及研究意義 課題選題背景 從工業(yè)革命后，工業(yè)迅速發(fā)展，為人類的生活帶來便利，但是與此同時人們對能源的使用也越來越巨大。石油、天然氣和煤炭能源這些石化能源儲存量減小，我們面臨的將是異常嚴重的能源危機。再這樣的背景下，我們只有緊緊的依靠著科學技術的力量，把中心放在新能源的開發(fā)利用上，才能找出一條解決當前嚴峻能源和環(huán)境危機的道路，實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電的到了前所未有的發(fā)張。第一是如何找到更好電池板，價格更低可以減少投入，實現(xiàn)容易，效率高可以節(jié)省數(shù)量和占地面積等。近幾年，在技術比較先進的美國 、 德國 、 日本等國家在太陽能光伏發(fā)電研究的帶領下，世界光伏發(fā)電系統(tǒng)有了 巨大 的發(fā)展。尤其到 2020 年，與 2020 年比，增長 %， 2020 年全球光伏新增裝機量達 36 GW，超過的風能發(fā)電，成為發(fā)展第一快的新能源。但是隨著國家對太陽能發(fā)電的重視和支持，我國太陽能光伏發(fā)電技術取得了巨大的進步。當前，我國批量生產(chǎn)的單晶硅電池板轉換效率提高到 14%。 因為我國 地域遼闊，電網(wǎng)范圍不可能覆蓋到全部人民活動區(qū)域，很多偏遠的內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 7 農村地區(qū)還用不到電，生活水平低下，生活極不方便。我國政府對太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)也給予了大力扶持， 國家在太陽能光伏發(fā)電的相關方面先后制定了發(fā)展的策略， 在黨中央的帶領下 還在法律方面做出了規(guī)范，還有對它的一些補貼政策。 所以我國有非常廣闊的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應用空間。這些對太陽能發(fā)電的發(fā)展有著巨大的意義。在這項技術這 方面研究中有很多受著國內一些技術的不成熟而有著一定的局限性。這些都是阻礙光伏發(fā)電的重要因素。在這項技術這方面研究中有很多受著國內一些技術的不成熟而有著一定的局限性。這些都是阻礙光伏發(fā)電的重要因素。 家用 太陽能發(fā)電系統(tǒng) 家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)概述 光伏發(fā)電系統(tǒng)是把陽光中的能量經(jīng)過半導體材料做成的發(fā)電電池板轉化成電能供人類生產(chǎn)生活使用的能源供應裝置。本設計為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，它主要由光伏陣列， boost 升壓變換器，逆變器和存儲器件構成?？刂破鞯牧?一個 功能是把經(jīng)過處理后的電能直接供給負載，無論負載是直流型或是交流型的負載 [3]。這對蓄電池起到保護作用。 （一） 太陽能電池板 太陽能電池板的性能直接影響整個系統(tǒng)，它是整個系統(tǒng)的核心。它關系著整個系統(tǒng)的運行。 （二）太陽能控制器 在系統(tǒng)運行時，控 制器起著關鍵的作用?？刂葡到y(tǒng)運行狀態(tài)實現(xiàn)最大功率輸出。 （三）蓄電池 能量存儲，為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)不間斷的供電大容量發(fā)電系統(tǒng)通常用的是鉛酸類的電池，而鋰電池等是小型發(fā)電系統(tǒng)的第一選擇。 （四） 逆變器 現(xiàn)在生產(chǎn)的逆變器分為 220V 和 110V 兩種。為了能向逆變器安全供電，需要把直流變內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 9 換 為交流。 家用太陽能 發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點 （ 1）太陽能 相比要環(huán)保很多，而且可以說是無窮無盡的 。 （ 2）光伏電池的配件可以和周圍的建筑融合起來，充滿了科技感。 （ 3）分布式建設，發(fā)供電采用就近原則，因而不需要和大電網(wǎng)連接，不需要投入大量的資金和時間來建設輸變電工程 [5]。 本章小結 本章是本設計的開題章節(jié)，在進行一項技術的研究時首先要對這項技術的發(fā)展歷程 ，當前的發(fā)展狀況有一定得了解，撰寫本章內容時，查閱一些最新的學術論文和期刊，然后還在 solarzoom太陽能之家論壇看了一些文章，參考了若干關于太陽能發(fā)電行業(yè)的新聞。本章后半部分還對太陽能發(fā)電系統(tǒng)做了簡單論述。光伏陣列 將太陽能轉化為電能 ，通過斬波電路實現(xiàn)對功率的控制，蓄電池用來貯存白天產(chǎn)生的多余的電量，到夜間或陽光不充足的白天釋放能量供負載使用，而對蓄電池和光伏組件輸出的直流電進行處理使之能讓負載使用的是逆變器的工作任務 [6]?！肮馍蛐碑a(chǎn)生有兩種情況，一種是在半導體和金屬相接觸面上光電子的聚攏，還有就是在半導體不均勻的部分發(fā)生聚集。這樣就構成一個太陽能電池片，然后依據(jù)負載對電量的要求選擇一定內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 11 數(shù)量的電池片連接成為光伏電池方正，作為系統(tǒng)的發(fā)電設備使用。 1）短路電流 Ise ：正常的工作狀態(tài)下，使 u=0 時，此時的電流就是電池片的短路電流，短路電流隨著光強的變化而變化。 2）開路電壓 Voc 將太陽能電池的正負極不接負載，測量到的兩端電壓的值就是開路電壓。 3）光電轉換效率 η 太陽能電池的光電轉換效率這一參數(shù)是一塊電池好與不好的標志，決定一個系統(tǒng)能不能高效的運行。計算公式如下 : inmAPP?? () 式中 A 為太陽電池的面積， mP 為電池的最大輸出 功率， inP 為單位面積的入射光功率。在其工作的各種狀態(tài)中，只有開路電壓和短路電流相乘的數(shù)值是最大的。如公式： scI?? ocmVPFF () FF 值得確定隨并聯(lián)電阻及串聯(lián)電阻的數(shù)值，反向飽和電流的取值、光照強度變化而變動。下圖是太陽能電池的等效電路。 下圖是在不同溫度的情況下的特性曲線： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 13 圖 日照強度恒定時光伏電池 V— I、 P— I 曲線 從上圖可以觀察光照恒定時，太陽能電池的工作溫度改變，它的輸出也會跟著改變。在溫度降低的過程中，太陽能 電池的功率會有增大?？茖W技術的進步，現(xiàn)在的變換器有了很大的改進。 DC/DC 變換器的工作原理是通過控制電路中可控開關器件的導通和關斷，以電容和電感為儲能器件，輸出直流電壓的斬波變換電路。具體分類如下圖： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 14 圖 DC/DC變換器的分類 常用變換器的特 點 隨著科技的不斷發(fā)展， DC/DC 變換器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中越來越多地應用。直流斬波變換器的工作原理主要是通過調節(jié)控制開關，將一種持續(xù)的直流電壓變換成另一種直流電壓，或可調或固定，其中二極管起續(xù)流作用，用 LC 電路來濾波。 Buck 電路通過斬波形式，使平均輸出電壓降低，由開關器件、電壓源、電容器、電感器和二極管構成 [9]。但是他只能用于降壓，不能升壓，而且輸入端必須并聯(lián)電容。與 Buck 電路相比，不同之處是 Buck 變換器中的電感是在開關的輸出端，而 Boost 變換器中的電感是在開關的輸入端。以滿足下級電路需要。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 15 Cuk 電路也是有電壓升降的作用。但是 Cuk變換電路的成本高于其他，因為使用的器件多于 boost 電路等。 光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換器的作用 1）跟蹤最大功率工作點。 2）蓄電池充電控制。這時候就應該用 DCDC 變換器的電壓調節(jié)作用，改變蓄電池的輸入，用來匹配蓄電池的狀態(tài)。在整個系統(tǒng)的主回路中，光伏電池產(chǎn)生的電能電壓最低，到最后供負載使用的 220V交流點差距很大，所以，回路中難免要用到 DCDC 升壓電路，另外，在進行最大功率跟蹤控制的時候有時候還需要降低電壓。 在目前市場上用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的鉛酸蓄電池有一下幾種 : 1）普通蓄電池：它的內部材料為鉛和鉛的氧化物 .用硫酸水溶液做電解液 . 他的主要優(yōu)點是 ,輸出電壓穩(wěn)定 ,市場上銷售價格低于其他電池 . 但缺點也比較突出 ,比能低 ,需要經(jīng)常維護比較繁瑣 ,而且最重要的是使用壽命相對短。 3）免維護蓄電池：免維護電池在實際應用中對點電解液的消耗小 ,不需要時常添加蒸餾水 .而且它還有普通電池耐震 ,在溫度高的環(huán)境也可以正常工作 ,自身體積也小于一般電池 .他的使用壽命也長于其他電 池 . 蓄電池的作用 在獨立家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的作用體現(xiàn)在如下幾點： 1）能量存儲，為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)不間斷的供電。在有陽光充足的條件下，蓄電池要把太陽能電池產(chǎn)生的電能中用電設備沒有使用的那部分電能儲存起來 ,在沒有陽光的時候給負載供電 . 2）穩(wěn)壓和鉗位。當有的用電設備需要的啟動電流很大 ,超出光伏陣列所能提供的電流值 ,這時候可以用蓄電池來短暫的提供這個電流讓設備啟動 .增強系統(tǒng)的實用性 . 在家用光伏發(fā)電系統(tǒng)中 ,我們對蓄電池有以下幾點要求 : 1）具有深循環(huán)放電性能。最基本的是以下幾種： 1