基于单片机的IGBT光伏充电控制器的研究
发布时间：2020-04-08 15:33
【摘要】： 目前,能源已成为世界经济发展的关键问题,太阳能以其独特的特点——可再生和无污染,倍受人们关注。太阳能的光伏利用在近期发展迅速,但系统效率低、成本高,仍然是制约光伏发电普及的一个主要因素。因此国内外众多学者均致力于有关提高光伏系统效率的研究,其中关于光伏系统最大功率点跟踪以及蓄电池管理的研究是两个重要内容。 本文针对太阳电池的工作特性,通过对现有最大功率跟踪控制方法进行分析比较,提出了一种新型自适应真正最大功率点跟踪(TMPPT)控制算法——断续扰动观察法,将寻优分为三个阶段:在第一个阶段初步找出接近最大功率点的一个工作点,第二阶段在第一阶段的基础上向最大功率点进一步靠近,第三阶段为系统找到一个理想接近最大功率点的工作点,理论上实现了光伏系统寻优过程快速跟踪性和高精度的要求。当系统找到工作点之后将停止扰动,继续对系统进行监测,提高了系统的稳定性和适应性。 光伏系统中对蓄电池的管理也是一个关键部分,本文结合蓄电池的充、放电特性以及光伏系统的独特性,制定了蓄电池的管理方案,采取了欠压保护、过压保护以及过压保护点的温度补偿。其中欠压保护采取滞环的方式,解决了蓄电池在欠压保护点断续供电的问题。 本文控制算法采用单片机C8051F040来完成,并设计生产了实验设备。通过实验证明本系统具有快速跟踪的能力,并且具有良好的稳定性。
【图文】：
图 2-1 单个光伏电池的模型和外观Figure2-1 the model and appearance for individual photoelectric cell我们以 N+/P 型硅太阳电池来说明。这种电池的基体材料为 P 型单晶硅，厚度在 下，N 型层在上表面，即受光层，它和基体在交界处形成一个 P-N 结。在上表面状金属电极，可以提高转换效率；另外，在受光面上覆有一层减反射膜，它是一层天蓝色氧化硅膜，，可以减少入射太阳光的反射，使太阳电池对入射光的吸收率达到上。硅太阳电池的工作原理为：对于半导体材料而言，当其中的 P-N 结处于平衡状候，在 P-N 结处会形成一个耗尽层，存在着由 N 区指向 P 区的势垒电场。当每一光子的能量大于禁带宽度（gE ），即整个入射太阳光的能量大于硅禁带宽度的时光子照射入半导体内，把电子从价带激发到导带，在价带中留下一个空穴，产生了子-空穴对。因此，当能量大于禁带宽度的光子进入电池的 N 区、空间电荷区和 ，会激发产生光生电子-空穴对。光生电子-空穴对在空间电荷区中产生后，立即被场分离，光生电子被推向 N 区，光生空穴被推向 P 区。在 N 区和 P 区中产生的光-空穴对会向 P-N 结交界面处扩散，当达到势垒电场边界时，立即受到势垒电场的
它表明在某一确定的日照强度和温度下太阳电池的输出电流和输出电压之间的关系，简称 I-V 特性。从图2-2 可以看出，该伏安特性曲线具有强烈的非线性，它既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源，其输出电流在大部分工作电压范围内近似恒定，在接近开路电压时，电流下降率很大。图 2-2 太阳电池的特性曲线Figure 2-2 characteristic curve of solar cell太阳电池的额定功率是在以下条件下定义的：当日照强度 S=10002W /m ，太阳电池温度 T=25℃，大气质量 AM=1.5 时，太阳电池输出的最大功率便定义为它的额定功率，它对应于图中的 M 点。太阳电池额定功率的单位是“峰瓦”，记以“PW ”。曲线上的 M点表示在相应日照强度下太阳电池输出最大功率的位置，称“最大功率点（MPP）”。假定负载为纯电阻负载，和特性曲线相交于 M 点
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM910.6;TP368.12
本文编号：2619519
【图文】：
图 2-1 单个光伏电池的模型和外观Figure2-1 the model and appearance for individual photoelectric cell我们以 N+/P 型硅太阳电池来说明。这种电池的基体材料为 P 型单晶硅，厚度在 下，N 型层在上表面，即受光层，它和基体在交界处形成一个 P-N 结。在上表面状金属电极，可以提高转换效率；另外，在受光面上覆有一层减反射膜，它是一层天蓝色氧化硅膜，，可以减少入射太阳光的反射，使太阳电池对入射光的吸收率达到上。硅太阳电池的工作原理为：对于半导体材料而言，当其中的 P-N 结处于平衡状候，在 P-N 结处会形成一个耗尽层，存在着由 N 区指向 P 区的势垒电场。当每一光子的能量大于禁带宽度（gE ），即整个入射太阳光的能量大于硅禁带宽度的时光子照射入半导体内，把电子从价带激发到导带，在价带中留下一个空穴，产生了子-空穴对。因此，当能量大于禁带宽度的光子进入电池的 N 区、空间电荷区和 ，会激发产生光生电子-空穴对。光生电子-空穴对在空间电荷区中产生后，立即被场分离，光生电子被推向 N 区，光生空穴被推向 P 区。在 N 区和 P 区中产生的光-空穴对会向 P-N 结交界面处扩散，当达到势垒电场边界时，立即受到势垒电场的
它表明在某一确定的日照强度和温度下太阳电池的输出电流和输出电压之间的关系，简称 I-V 特性。从图2-2 可以看出，该伏安特性曲线具有强烈的非线性，它既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源，其输出电流在大部分工作电压范围内近似恒定，在接近开路电压时，电流下降率很大。图 2-2 太阳电池的特性曲线Figure 2-2 characteristic curve of solar cell太阳电池的额定功率是在以下条件下定义的：当日照强度 S=10002W /m ，太阳电池温度 T=25℃，大气质量 AM=1.5 时，太阳电池输出的最大功率便定义为它的额定功率，它对应于图中的 M 点。太阳电池额定功率的单位是“峰瓦”，记以“PW ”。曲线上的 M点表示在相应日照强度下太阳电池输出最大功率的位置，称“最大功率点（MPP）”。假定负载为纯电阻负载，和特性曲线相交于 M 点
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM910.6;TP368.12
【引证文献】
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本文编号：2619519
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