基于STM32的太阳能电池模拟器的研究与设计

发布时间：2020-03-31 18:31

【摘要】：在国内外能源消耗和环境问题突出的大背景之下,党和政府提出了“绿水青山就是金山银山”的口号。以太阳能为首的新能源开发成为人们关注的焦点。在太阳能开发和利用过程中,真实的太阳能光伏电池易受到环境因素的影响,从而使得实验数据不准确,导致太阳能开发效率降低,开发进程减缓。而利用太阳能电池模拟器取代真实太阳能电池阵列进行太阳能电池的开发研究,不仅开发效率提高,而且开发成本也得到了大幅降低。因此,本课题对太阳能电池模拟器进行了如下几点研究:(1)分析了太阳能电池的工作原理以及一般的太阳能电池系统,对太阳能电池输出特性进行了分析。在此基础上介绍了太阳能电池模拟器的工作原理以及本课题所设计的太阳能电池模拟器的结构和工作点确定原理。而且,运用太阳能电池的物理数学模型对太阳能电池在不同环境条件下的输出特性进行Matlab仿真,验证了模型的正确性,为模拟器的开发奠定了基础。(2)设计了太阳能电池模拟器硬件电路。在对比了包括Buck、反激、正激、半桥、全桥五种主电路拓扑结构之后,根据本课题的要求,结合实际电路应用的优缺点,选择了正激拓扑作为本课题主电路的拓扑结构,在此基础上根据课题要求对电路进行了其它设计,包括辅助电路的设计,电压、电流采集电路的设计,隔离驱动电路的设计等,同时对硬件电路的元器件选型。(3)设计了太阳能电池模拟器软件控制部分,包括微控制器STM32F103RCT6的介绍以及需用模块的说明。在控制算法方面,分析了查表法、斜截法、逐点逼近法三种实现算法的优缺点,在此基础上,提出一种新的算法:变步长二分逼近法,从而使模拟器的运行效率和准确性得到提高。(4)在模拟器硬件和软件部分设计完成之后,对模拟器进行了Matlab仿真以及相应实验,验证了所设计模拟器的合理性和实用性。在实验过程中,对模拟器输出的稳定性及对突变负载和环境变化时的输出适应进行了不同算法的对比实验,验证了变步长二分逼近法具有跟踪速度以及稳定性好等优势,为模拟器的应用奠定良好的基础。
【图文】：

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广东工业大学硕士学位论文1.2 太阳能利用1.2.1 太阳能利用概述二次能源的来源都是太阳能。和其它的能源相比较，太阳能具有很明显的如下两个基本优势：一是它输入的能量基础或者说代价为零，二是污染为零[3]。这是常规能源无法比拟的。在当今资源日益减少，环境问题刻不容缓的关键时刻，提高对太阳能的利用十分紧要。太阳能利用主要有三个方面：光热转换、光合作用和光电转换。前两方面包括我们常见的太阳能热水器和植物通过光合作用合成生物能存储等[4]。而后一方面则是我们常说的光伏发电[5]。

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图 1-2 太阳能电池 I-V、P-V 特性曲线Fig.1-2 I-V and P-V characteristic curves of solar cells参数：ort-Circut Current）：短路电流，即太阳能电池输出阳能电池的电流与其面积成正相关。根据经验，不等。同时，光照强度越强，温度越高，Isc值越大升约 78uA[13]。pen Circuit Voltage）：空载电压，即太阳能电池输出太阳能电池的面积大小无关，但与光照强度成正比况下，温度上升一度，，Voc减小约 2-3mV。列曲线上的工作点（Working Point）的功率 P=UI。是非线性的，存在一个最大功率点 Pm。其中功率
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4

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