本科毕业设计论文
基于MPPT控制的独立光伏发电系统设计
摘要
随着时代的发展，人类对能源的需求越来越多，新能源开发是解决能源问题的根本途径，而太阳能光伏发电正是新能源和可再生能源的重要组成部分。
本文主要研究独立光伏发电系统，它有着相当广泛的应用。独立光伏系统主要包括了光伏电池、蓄电池组、充电器和逆变器四个组成部分，本文对独立光伏系统中的最大功率点跟踪进行深入研究。本文利用光伏电池的数学模型和等效电路，在MATLAB/Simulink中建立了光伏电池的仿真模型，得到了与实际光伏电池输出特性一致的仿真曲线，为进一步研究最大功率点跟踪打下了基础。最大功率点跟踪的方法有很多，但是应用最为广泛的是扰动观察法和电导增量法，本文对自适应占空比干扰法进行了详细的分析，给出了算法设计，并建立了光伏电池的仿真模型对算法进行了仿真，仿真结果验证了算法设计的正确。
关键词：独立光伏系统，光伏电池，最大功率点跟踪
The Design of Independent Photovoltaic Power Generation System Based on MPPT Control
ABSTRACT
With the development of economics and technology, more and more energy is required. Researching and developing new energy is the radical method to resolve the energy problem, and the solar energy is the important composing of the new energy and the renewable energy.
Research on the stand-alone photovoltaic system is the main content of this thesis. There is very comprehensive application for the stand-alone photovoltaic system. The stand-alone photovoltaic system is composed of the solar cell, storage battery, charger and inverter. Several key techniques, for instance , the MPPT(Maximum Power Point Tracking) are deeply studied in this thesis. Base on the mathematical model and the equivalent circuit, the solar cell simulation model in MATLAB/Simulink is built in order to research the MPPT, and the curve which is in accordance with the actual solar cell is attained. This work built the base for the further research on MPPT. There are many methods for MPPT, but the P&O(Perturb and Observe) method and the C.I. (Conductance incremental) method are applied most extensively, and these two methods are analyzed in detail. The algorithmic designs of the P&O method and the C.I. method are given in this thesis, and the algorithmic designs are simulated with the model of the solar cell in MATLAB/Simulink, and the result of simulation validated the correctness of the design of the two algorithms. Besides, take the P&O for instance, the factors which can affect the quality of the MPPT are discussed.
KEY WORDS:Stand-alone photovoltaic system,Solar cell,MPPT
目录
前言 (1)
第1章绪论 (2)
1.1 发展光伏发电的意义 (2)
1.1.1 保护气候和改善环境 (2)
1.1.2 节省空间 (3)
1.1.3 增加就业 (3)
1.1.4 提供农村电力 (3)
1.1.5 中国的特殊需求 (4)
1.2 国内外光伏产业的发展及趋势 (4)
1.2.1 世界光伏产业发展的现状和趋势 (4)
1.2.2 国内光伏产业发展现状和趋势 (5)
第2章光伏发电系统 (6)
2.1 光伏发电系统的基本组成 (6)
2.2 带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统的基本组成 (6)
第3章光伏阵列特性及其仿真模型的研究 (8)
3.1 光伏电池的工作原理 (8)
3.2 光伏电池等效电路分析 (9)
3.3 光伏阵列的Simulink模型 (12)
第4章光伏阵列最大功率点跟踪算法的研究 (18)
4.1 光伏系统最大功率跟踪的原理 (18)
4.2 最大功率跟踪点方法概述 (19)
4.3 DC/DC变换电路实现MPPT的原理 (27)
4.3.1 Boost变换电路 (28)
4.3.2 Boost电路实现光伏阵列MPPT的仿真模型 (30)
4.4 自适应占空比干扰观察法 (35)
4.4.1 占空比干扰观察法的提出 (35)
4.4.2 自适应控制技术介绍 (36)
4.4.3 基于自适应控制思想的MPPT方法 (36)
4.4.4 光伏阵列MPPT仿真模型的建立 (39)
4.4.5 仿真结果与分析 (40)
结论 (43)
谢辞 (45)
参考文献 (46)
外文资料翻译 (49)
前言
长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，虽只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，但是这些能量相当于全球所需总能量的3—4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。电能是目前使用最广泛的能源利用形式，光电转换在太阳能的引用领域中占有重要的地位，太阳能电池就是一种经由太阳光照射后，把光的能量转换成电能的能量转换元件。有人称之为光伏电池光伏系统。目前的主要问题是电池的转换效率低且价格昂贵，因此，如何在现有的光电元件转换技术的基础上，进一步提高太阳电池的转换效率，充分利用光伏阵列所转换的能量，一直是光伏系统研究的重要方向。本课题从太阳能电池的光伏特性出发，对于如何提高太阳能电池的能量转换效率，进行了有益的探讨。
第1章绪论
1.1 发展光伏发电的意义
太阳能作为一种可持续利用的洁净能源，有着巨大的开发应用潜力。人类赖以生存的自然资源几乎全部转换自太阳能，人类利用太阳能的历史更是可以追溯到人类的起源时代。太阳能是人类得以生存和发展的最基础的能源形式，从现代科技的发展来看，太阳能开发利用技术的进步有可能决定着人类未来的生活方式。目前，虽然太阳能光伏发电成本较高，但是从长远来看，随着技术的进步，以及其它能源利用形式的逐渐饱和，太阳能可能在2030之后成为主流能源利用形式，有着不可估量的发展潜力。
光伏发电着有许多特殊优势，尤其是它可以为边远地区、特殊场合供电。考虑到光伏发电的附加价值，它的综合经济效益大大提升，因此不能单纯与传统发电模式去比较单位发电成本。光伏发电可以降低温室气体和污染物排放、创造就业机会、保障能源安全和促进农村尤其是边远农村的发展。总之，发展光伏发电在经济、社会和环境保护等方面都有着积极的意义，下面来具体讨论光伏发电的发展意义。
1.1.1 保护气候和改善环境
太阳能光伏发电最重要的特征是在发电过程中只排放很少的CO2，而CO2作为最主要的温室气体，导致气候变化的罪魁祸首。同时，电池板可循环使用，系统材料可再利用，光伏的能源投入可进一步降低。如果广泛使用光伏发电技术，可以为减缓气候变暖做出贡献。
我国能源消费占世界的10%以上，同时我国一次能源消费中，煤占到70%左右，比世界平均水平高出40多个百分点。燃煤造成的二氧化硫和烟尘排放量约占排放总量的70%~80%，二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的1/3。目前，环境质量的总体水平还在不断恶化，世界十大污染城市我国一直占多数。环境污染给我国社会经济发展和人民健康带来了严重影响。世界银行估计2020年中国由于空气污染造成的环境和健康损失将
达到GDP总量的13％。而光伏发电不产生传统发电技（例如燃煤发电）带来的污染物排放和安全问题，没有废气或噪音污染。系统报废后也很少有环境污染的遗留问题[1,2]。
1.1.2 节省空间
光伏发电是一种简单的低风险技术，几乎可以安装在任何有光的地方。这意味着在公共、私人和工业建筑的屋顶和墙面上都有广泛的安装潜力。在运行中，这个系统还可以降低建筑的受热，增加通风。光伏电池板还可以作为隔声板装在公路两侧。光伏发电在提供大量电力供应的同时，避免占用更多的土地。
1.1.3 增加就业
光伏发电可以提供大量的就业机会。安装阶段创造大量的就业机会（安装工人、零售商和服务工程师），促进地方经济发展。根据欧洲光伏发电行业信息显示，生产每兆瓦光伏产品大约产生10个就业机会，安装每兆瓦光伏系统创造大约33个就业机会。批发和间接供应可提供3~4个就业岗位，研究领域提供1~2个就业机会。整个产业链中，每兆瓦的生产、安装和使用，可提供50个就业机会。在未来几十年，随着规模的扩大，自动设备的使用，这些数据会有所降低。但是，光伏发电产业不仅仅是一个资金密集型的产业，同时也是一个劳动密集型的产业。目前中国光伏技术及产业的就业总人数近万。到2020年将达到10万人左右。按照中国电力专家的研究，2050年，光伏发电将达到装机容量10亿
KW，年生产和安装量1亿
P
KW，就业人数将超过500万人。
P
1.1.4 提供农村电力
太阳能光伏发电系统可以很容易地在偏远的农村地区安装，这些地区可能多年无法架设电网。光伏发电等可再生能源特别适用于远离电网、零星分布的社区。离网农村电力以家庭为单位或设立小电网可提供照明、冷藏、教育、通讯和卫生等所需电力，提高经济生产力，增加创收的机会。光伏发电系统结实耐用、易于安装和具有灵活性等特征，使其可满足世界
任何地方的农村电力需求。2006年底，中国还有无电人口1100万，使用光伏发电系统可以解决大部分无电人口的用电问题。
1.1.5 中国的特殊需求
中国是一个能源生产和消费大国。2006年能源消费总量为246亿吨标准煤，比2005年增长9.3%。2006年各种一次能源的构成比例为：煤炭占69.7%、石油占20.3%、天然气占3.0%、水电等占6.0%、核电占0.8%。2006年，中国的原油进口达到1.5亿吨，大约是中国原油总需求量的50％。中国能源开采和利用技术落后，传统高能耗产业比重大，单位GDP能耗落后于发达国家，甚至比世界平均水平落后许多。中国又是世界上最大的发展中国家，经济高速发展，中国能源消耗增长速度居世界首位，加剧了中国能源替代形势的严峻性和紧迫性。中国电力科学院的研究表明，在考虑到充分开发煤电、水电和核电的情况下，2010年和2020年电力供需的缺口仍然分别为6.4%和10.7%，这个缺口正是需要用可再生能源发电进行补充的。而太阳能光伏发电可能在未来中国的能源供应中占据主要位置。
1.2 国内外光伏产业的发展及趋势
1.2.1 世界光伏产业发展的现状和趋势
能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，为了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。在各国政府的大力支持下，光伏产业发展迅速，最近10年光伏电池及组件生产的年平均增长率达到33%，近5年的年平均增长率达到43％，2006年世界光伏电池产量达到2500MWp，累计发货量达到8500MWp。值得注意的是，中国2006年光伏电池的产量达到369.5MWp，紧随日本和德国之后，位居世界第三大光伏电池生产国。
世界光伏产业和市场发展的另一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能愈来愈大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快，并将成为光伏发电的主导市场（其它应用包括通讯和信号、特殊商业和工业应用，农村离网应用、消费品和大型独立电站等）。
从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。根据欧洲JRC的预测，到2030年可再生能源在总能源结构中占到30％以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到10%以上；2040年可再生能源占总能耗50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末可再生能源在能源结构中占到80％以上，光伏发电占到60％以上，显示出重要战略地位[4]。
1.2.2 国内光伏产业发展现状和趋势
中国于1958年开始研究光伏电池，于1971年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星上，于1973年开始将光伏电池用于地面。中国光伏工业在20世纪80年代以前尚处于雏形，光伏电池的年产量一直徘徊在10kWp以下，价格也很昂贵。由于受到价格和产量的限制，市场的发展很缓慢，除了作为卫星电源，在地面上光伏电池仅用于小功率电源系统，如航标灯、铁路信号系统、高山气象站的仪器用电、电围栏、黑光灯、直流日光灯等，功率一般在几瓦到几十瓦之间。在“六五”和“七五”期间，国家开始对光伏工业和光伏市场的发展给以支持，中央和地方政府在光伏领域投入了一定资金，使得我国十分弱小的光伏电池工业得到了巩固，并在许多应用领域建立了示范，如微波中继站、部队通信系统、水闸和石油管道的阴极保护系统、农村载波电话系统、小型户用系统和村庄供电系统等。中国光伏发电的市场主要在通信和工业应用、农村和边远地区应用、光伏并网发电系统和太阳能商品等方面。所有这些应用领域中，大约有53.8％是属于商业化的市场（通信工业应用和太阳能光伏产品），而另外的46.2％则属于需要政府和政策支持的市场，包括农村电气化和并网光伏发电。由于并网成本很高，并网光伏发电目前还处于示范阶段[3]。
第2章光伏发电系统
2.1 光伏发电系统的基本组成
光伏发电系统按照是否与常规电力系统相连可以分为独立运行系统与并网运行系统。独立运行光伏发电系统是指不与电网相连的光伏发电系统。本文研究的是独立光伏发电系统，在此就不对并网运行光伏发电系统做过多叙述。
独立运行太阳能光伏发电系统的典型结构框图如图2-1所示，主要由光伏电池，蓄电池组，充电器和逆变器四部分构成。光伏电池板作为系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照的情况下输出能量。系统一般还需要蓄电池作为储能环节，根据负载的需要，当光伏电池发电量大于负载时，光伏电池通过充电器对蓄电池电；当发电量不足时，光伏电池和蓄电池同时对负载供电。如果负载是交流负载，还需要逆变器将直流电转化为交流电。
光伏电池
DC/DC充
电器
DC/AC逆
变器
蓄电池
交流负载图2-1 独立光伏发电系统结构框图
2.2 带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统的基本组成
如果把光伏阵列与蓄电池直接连接起来，由于光伏阵列的输出特性与日照强度和温度等因素有关，一方面蓄电池的内阻不会随着光伏电池输出的最大功率点的变化而变化，致使无法对光伏电池的输出进行调节，造成
资源的浪费；另一方面蓄电池的充电电压随外界环境的变化而变化，不稳定的电压对蓄电池进行充电，只会影响蓄电池的寿命。因此需要在光伏阵列和蓄电池之间加入最大功率跟踪环节，它既可以跟踪光伏阵列的最大输出功率，又可以输出稳定的电压对蓄电池进行充电。带有最大功率跟踪功能的光伏电源系统框图如图2-2所示。
光伏阵列
电池
DC/DC
充放电控
制器
DC/AC交流负载
DC/DC
直流负载
MPPT控
制器
蓄电池组
图2-2 带有MPPT功能的光伏发电系统结构图
第3章光伏阵列特性及其仿真模型的研究
3.1 光伏电池的工作原理
太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是光伏电池[5]。光伏电池是以光生伏打效应为基础，可以把光能直接转换成电能的一种半导体器件。所谓的光生伏打效应是指某种材料在吸收了光能之后产生电动势的效应。在气体，液体和固体中均可产生这种效应。在固体，特别是半导体中，光能转换成电能的效率相对较高。
图3-1 光伏电池特性测试
光伏电池实际上是一个P-N结。通常，用于光伏电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，
在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、嫁等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个PN结。光伏电池的奥妙就在这个“结”上，PN结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。如图3-1所示，当光伏电池受到阳光照射时，电子接受光能，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P 型区带正电。这样，在PN结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”。如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，并输出功率。
制造光伏电池的半导体材料己知的有十几种，因此光伏电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的光伏电池要算硅光伏电池。
3.2 光伏电池等效电路分析
为了在光伏发电系统的设计中，更好的分析光伏阵列的电性能，更好的使其与光伏控制系统匹配，达到最佳的发电效果，则有必要为光伏电池建立起数学模型。通过这些数学关系，来反映出光伏电池各项参数的变化规律。光伏电池之等效电路[5]如图3-2所示。
Iph I D
R sh
I L
U oc 图3-2 光伏电池等效电路图
由图中各物理量的关系，可得光伏电池的输出特性方程：
L sh
D D ph L I R U I I I --= (3-1) =()??????-??? ?
?+10T k A R I U q exp I -I S L oc ph 其中
?????
????? ??=T -T k B E q exp T T I I r G r or 110 (3-2) ()[]
1000298G T K I I t SC ph -+= (3-3) 上述三个公式的参数解析详见表3-1。一般讨论实际等效电路时，可忽略S R 或sh R 。对光伏电池等效电路进行分析可以发现：串联电阻S R 越大，则短路电流会越小，但不会对开路电压造成大影响；并联电阻sh R 越大，则开路电压会变小，但不会影响到短路电流。由于sh R 为数千欧姆，因此，在下面的讨论中将忽略sh R ，得到光伏电池的简化等效电路图3-3，并且得到简化的光伏电池输出特性方程如公式3-4。
()??????-??? ?
?+=10T k A R I U q exp I -I I s L OC ph L (3-4)
I ph I D I L
R s U oc +
－
图3-3 光伏电池等效简化电路
在外部负载短路的情况下，即oc U =0，此时光伏电流ph I 全部流向外部的短路负载，短路电流sc I 几乎等于光电流，有sc I =ph I ；在处于开路状态时，
I =0,光电流全部流经二极管D ，此时开路电压
???
? ??+=10I I ln q T k A U ph oc (3-5) 从公式3-3可以看出，光伏电池的输出电流和电压受到外界因素，如温度、日照强度等的影响。在不同的温度、日照强度下有不同的短路电流sc I ,并且与日照强度成正比，与温度成一定的线性关系。同时，开路电压也与二者有密切的关系，如下：
()298-+=T K U U T ocs oc (3-6)
其中，ocs U 为标准测试条件（光伏电池温度为25℃，日照强度为1000W/2m ，称之为标准测试条件）下的开路电压，T K 为开路电压的温度系数。
表3-1 单个光伏电池等效电路参数表
参数名
描述 类型 L I 光伏电池输出电流
变量 oc U 光伏电池输出电压
变量 0I 光伏电池反向饱和电流
常量 T 光伏电池温度
常量 K 玻尔兹曼常数
常量K /J .2310381-? G 日照强度
变量 ph I 光生电流
变量 q 电子电量
常量C .191061-? or I 二极管反向饱和电流
常量 r T 参考温度
301.18K G E 半导体材料禁带宽度
常量 t K 短路电流温度系数
常量 A,B 理想因子
介于1和2之间 sc I
标准测试条件下短路电流 常量
3.3 光伏阵列的Simulink 模型
光伏阵列是由许多小单位的光伏电池并联或串联组合所组成的。光伏电池串联组合可以提高太阳能发电系统的最高输出直流电压；光伏电池并联组合可以提高太阳能发电系统的最高输出直流电流。因此，通过对光伏电池串、并联交替组合可以得到期望的直流电压或电流。据此可以得到光伏电池模组的输出特性方程
()???????????
?+=10-T k A n R I U q exp I n -I n I s s L oc p ph ph L (3-7) 其中p n 、s n 分别为模组中光伏电池的并联、串联个数。
光伏阵列是光伏发电系统的关键部件，其I/V 特性是日照强度、环境温度和光伏模块参数的非线性函数。要实现光伏发电系统及其MPPT 的仿真，首先一步是解决如何对光伏阵列输出特性进行仿真模拟。该模型一旦建立，可用于模拟所研究系统的输入电源[6]。简化的做法是把光伏阵列直接等效为直流电压源[10]。但是该模型不能实时跟踪日照强度、环境温度变化，因而这样的系统仿真不能反映上述参数变化对整个系统性能的影响。
在光伏发电系统设计中，光伏电池板的生产厂家一般会提供该光伏阵列的参数，主要有：开路电压、短路电流、峰值工作电压、峰值工作电流、最大功率等。将这些参数直接带入相应的数学模型，即可得出光伏阵列的运行参数。
表3-1列出了无锡尚德公司生产的STP0950S-36型号的光伏阵列的各项参数。它由36个单结晶硅光伏电池串联而成，根据公式3-7，得到该光伏电池组件的输出特性方程
()????????????+=1360-T
k A R I U q exp I -I I S L oc ph L （3-8） 下面运用SIMULINK [8,9]对该光伏电池阵列进行仿真[10]。
表3-2 光伏阵列STP0950S-36在标准测试条件下的参数 标准测试条件下最大功率
94W 峰值工作电流
4.5A 峰值工作电压 21.7V 短路电流
4.8A 开路电压
24.2V 短路电流温度系数t K
2.06(C A 。
m ） 开路电压温度系数T K —0.77（C V 。）
在公式3.8中的未知量有ph I 、0I 以及s R ，下面对这三个未知量进行讨
论，分别建立模型。
1.求解光生电流ph I
根据公式得
()[]1000
298G T K I I t SC ph -+= (3-3) 建立光生电流ph I 子模块如图3-4所示。
图3-4 ph I 子模块
2. 求解光伏电池反向饱和电流0I
当外部负载开路时，知L I =0，此时
01360=??
??????? ??-T k A U q exp I -I oc ph （3-9）
因此可求得
1360-T k A U q exp I I oc ph
??
? ??= （3-10）
根据公式
()298-+=T K U U T ocs oc （3-6）
可先建立oc U 子模块如图3-5。
图3-5 oc U 子模块
令q
T k A V t = （3.11） 则建立t V 子模块如图，并得到公式
3-12
图3-6 t V 子模块
1360-V U exp I I t oc ph
???? ??= (3-12)
根据上式可建立0I 子模块如图
图3-7 0I 子模块
3. 求解串联等效电阻s R
在最大功率点处，有
???
????????? ??+=1360-V R I V exp I -I I t s mpp mpp ph mpp （3-13） 若取理想因子A=1，则在温度T=25℃下，t V ≈25.68mV,则在标准测试条件下的串联等效电阻
Ω545601360.I V I I -I ln V R mpp
mpp mpp ph t s =-???? ??+= 若得知在不同T 、G 下的最大功率点（mpp V 、mpp I ),就可求得不同气候条件下的s R 。但由于数据有限，并且s R 值较小，可采用恒定s R 的方法来近似模拟。
图3-8 光伏阵列Simulink 模型
完成上述三个未知量的求解，根据公式3.8即可完成光伏阵列的建模，如图3-8所示。
0102030405000.5
1
1.52
2.5
3
3.5
U/V I /A G=300W/m G=700W/m G=500W/m 22201020
30405001020
30
40
506070U/V P /W G=700W/m G=500W/m G=300W/m 222
(a) (b)
毕 业 论 文 题目太阳能光伏发电系统 学院 __________江西太阳能科技职业学院___ 专业 _________光伏发电技术及应用___ __
摘要 本系统采用C8051F020为控制核心，实现了模拟太阳能光伏发电系统的功能。该系统主要通过太阳能储蓄电能，通过正弦波脉宽调制技术（SPWM）控制全桥逆变将直流电变为交流电，再经过变压器将电压变为所需的电压。该系统具有最大功率追踪（MPPT），输出电压与给定参考电压频率、相位同步，欠压、过流保护，欠压保护的自动恢复等功能，且具有LCD屏幕显示功能。 关键词：C8051F020 SPWM MPPT 欠压过流保护 Abstract This system uses C8051F020 simulation of solar photovoltaic power generation system to control the core functions. The system is mainly electricity through the solar savings by sinusoidal pulse width modulation (SPWM) control full-bridge inverter direct current into alternating current, and then through the transformer voltage into the required voltage. The system has the maximum power point tracking (MPPT), output voltage with a given reference voltage frequency and phase synchronization, undervoltage, overcurrent protection, undervoltage protection, automatic recovery, and the LCD screen display Keywords：C8051F020 SPWM MPPT Under-voltage over-current protection
课程设计报告 题目太阳能节能灯的设计与分析 系别物理与电子工程学院 年级 2011级专业光伏技术与产业 班级光伏111 学生姓名宋梦丹 学号050411139 指导教师薛春荣 设计时间2013-12
产品简介 【使用优点】 无需电线，按一下底部的开关，白天晒太阳，晚上自动亮光，环保，不用交电费！灯体造型美观大方，轻巧灵活多样，动感十足，太阳能充满电能亮8小时以上。 【安装及使用方法】 把灯罩向左旋开，拨动开关，把灯具插地，放置在阳光下 【技术参数】 ?品牌: MODAS ?型号: MD9548 ?颜色分类: 白色（MD9548W） ?灯具是否带光源: 带光源 ?光源类型: LED ?太阳能板：0.08W（2V 40MA） ?电源：600MAH 1.2V NI-MH ?光源：1*LED(15000MCD) ?产品尺寸：6.7*6.7*36.7CM ?一盒重量：260g 【工作原理】 通过顶部的太阳能板转换成电能，白天光通过太阳能板转换成电能储存在充电电池中，等到晚上天黑时，太阳能板不再对电池充电，灯就自动亮起来。 原理分析 太阳能光伏发电LED照明系统组成高效节能的太阳能光伏发电LED照明系统包括太阳能电池组、DC-DC变换器、最大功率跟踪控制、储存电能的蓄电池组和LED照明控制、LED光源等部分。 太阳能LED自动照明系统的基本原理，是在有光照的情况下，太阳能电池板把光能转变成电能对蓄电池充电，并将电能储存在蓄电池中。夜晚，蓄电池中的电能为半导体发光二极管LED充电发光起到照明的效果。系统采用全自动工作方式，无须人工介入，可以采用声、光或延时控制方式，做到“人在灯亮，人走灯灭”（指楼道、走廊等）或“天黑即亮，延时关灯”（指道路、庭院、景点等）或每日24小时“常明不灭”（指地下停车场、隧道等）。对连续阴雨天，系统可根据
光伏发电工程 项 目 方 案 设 计 书
目录 一、概述 (4) 1.1项目概况 (4) 1.2编制依据 (4) 二、建设地址资源简述 (4) 2.1日照资源 (4) 2.2接入系统条件 (5) 三、总体方案设计 (6) 3.1光伏工艺部分 (6) 3.2太阳电池组件选型 (6) 3.3光伏阵列设计 (11) 3.4系统效率分析 (14) 四、电气部分 (15) 4.1概述 (15) 4.2系统方案设计选型 (15) 4.3电气主接线 (18) 4.4主要设备选型 (18) 4.5防雷及接地 (27) 4.6电气设备布置 (27) 4.7电缆敷设及电缆防火 (28) 五、工程案例........................................................................................... 错误!未定义书签。 六、系统配置以及报价 .......................................................................... 错误!未定义书签。
一、概述 1.1 项目概况 1)建设规模：光伏系统用来供给小区道路亮化用电及楼宇亮化用电。该系统设计使用最大负荷50KVA，为保证系统在连续阴雨天或其它太阳辐射不足情况下正常使用，系统接入市电作为辅助能源，提高系统的稳定性能。为减少系统因直流端电流过大造成的线路损耗，系统采用220V直流接入逆变输出三相380V/220V交流。针对固定式安装电池板，采用最佳倾角进行安装，石家庄地区最佳角度为46度（朝向正南），控制柜、逆变器及蓄电池储能系统均须安放于在室内。 1.2 编制依据 本初步设计说明书主要根据下列文件和资料进行编制的： 1)GB50054《低压配电设计规范》； 2)GB50057《建筑物防雷设计规范》； 3)GB31／T316—2004《城市环境照明规范》； 4)GBJl33—90《民用建筑照明设计标准》； 5)JGG／T16—921《民用建筑电气设计规范》； 6)GBJ１6—87《建筑设计防火规范》； 7)《中华人民共和国可再生能源法》； 8)国家发展改革委《可再生能源发电有关管理规定》； 二、建设地址资源简述 2.1日照资源 我国属世界上太阳能资源丰富的国家之一，全年辐射总量在917～2333kWh/㎡年之间。全国总面积2/3 以上地区年日照时数大于2000 小时。 我国的太阳能资源按日照时间和太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区： 一类地区: 全年日照时数达到3200～3300小时的地区，主要包括青藏高原、甘肃省北部、宁夏北部和新疆南部等地。 二类地区: 全年日照时数达到3000～3200小时的地区，主要包括河北省西北部、
目录摘要1 ABSTRACT 2 1 绪论3 2 太阳能光伏电源系统的原理及组成4 2.1 太阳能电池方阵4 2.1.1 太阳能电池的工作原理5 2.1.2 太阳能电池的种类及区别5 2.1.3 太阳能电池组件5 2.2 充放电控制器6 2.2.1 充放电控制器的功能7 2.2.2 充放电控制器的分类7 2.2.3 充放电控制器的工作原理8 2.3 蓄电池组9 2.3.1 太阳能光伏电源系统对蓄电池组的要求9 2.3.2 铅酸蓄电池组的结构10 2.3.3 铅酸蓄电池组的工作原理10 2.4 直流-交流逆变器11 2.4.1 逆变器的分类11 2.4.2 太阳能光伏电源系统对逆变器的要求12 2.4.3 逆变器的主要性能指标12 2.4.4 逆变器的功率转换电路的比较14 3 太阳能光伏电源系统的设计原理及其影响因素16 3.1 太阳能光伏电源系统的设计原理17 3.1.1 太阳能光伏电源系统的软件设计17 3.1.2 太阳能光伏电源系统的硬件设计19 3.2 太阳能光伏电源系统的影响因素20 4 总结21 致谢参考文献 摘要 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上蓄电池组，充放电控制器，逆变器等部件就形成了光伏发电装置。本文首先介绍了太阳能光伏电源系统的原理及其组成，初步了解了光生伏打效应原理及其模块组成，然后进一步研究各功能模块的工作原理及其在系统中的作用，最后根据理论研究成果，利用硬件和软件相结合的方法设计出太阳能光伏电源系统，以及研究系统的影响因素。 关键词：光生伏特效应；太阳能电池组件；蓄电池组；充放电控制器；逆变器
何彬，太阳能光伏发电系统课程设计 绪论 能源短缺是当今社会中的热点问题，它直接制约着经济和社会的发展，可再生能源的利用也就成了当今世界关注的焦点之一。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。广义地说， 太阳能包含以上各种可再生能源。近年来太阳能的利用得到了世界各国的广泛关注，美国、日本、德国相继提出了“阳光计划”、“节能计划”等大力发展太阳能光伏发电技术。自“六五”以来我国政府也一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。同时，照明作为日常生活中不可缺少的一部分，成为了世界各国的一项 重要的能源消耗，据统计照明用电占我国总发电量的 10％以上，绿色节能照明的应用越来越受到重视。我国在 1996 年就提出了“绿色照明工程”，主要就是为了解 决与照明相关的能源供应问题，新型的照明光源 LED发光产品在照明和装饰领域逐渐受到世人的瞩目。 太阳能电池板和LED都是由半导体材料构成的，随着半导体材料技术的更加完善必将推动太阳能和LED的进一步发展。将太阳能和LED结合起来为节能照明技术提供了新的解决方案。 一、课程设计报告内容 1.太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池吸收阳光，将太阳的光能直接变成电 能输出。 光伏发电系统主要由太阳能光伏电池、储能电池、充放电电路、光源及控制 电路等组成，系统的组成框图如图 1 所示：系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。太阳能电池将太阳能转变成电能，一部分用来给直流负载 LED供电，另一部分储存在蓄电池中。当没有太阳光或者光线暗时， LED 照明系统所需要的能量不够的部分由蓄电池提供。 LED照明部分不仅可以实现昼 夜照明，同时采用了自动调光技术，可以使室内的光线保持恒定。 图 1光伏发电系统组成框图 太阳能电池是太阳能照明系统的输入，为整个系统提供照明和控制所需电
太阳能光伏发电逐日自动控制系统的设计 【摘要】：随着石油、煤炭和天然气等化石能源的不断减少,可再生能源的重要性不断增加,其开发利用备受人们关注。研究和实践表明,太阳直接辐射到地球的能量丰富,分布广泛,可以再生,不污染环境,是理想的替代能源,世界各国都在积极开发利用太阳能,太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而太阳能不易收集、能量密度低、随着季节、天气和昼夜等变化而变化,使太阳能发电效率低下成为制约太阳能利用的一个重要因素,因此高效率的利用太阳能是太阳能发电的关键问题。目前,太阳能电池板阵列大多是固定安装的,不能时刻保证太阳光到电池板阵列的垂直照射,发电效率低。本文采用地平坐标系下的太阳跟踪系统,运用太阳运动轨迹跟踪和光强传感器相结合的方法。由光强传感器的检测结果来判断天气的状况,从而控制跟踪的启停,选用天文公式计算太阳的运行轨迹确定太阳的方位,通过单片机MSP430f149输出控制信号,控制云台带动太阳能电池板运动,实现太阳光到电池板的垂直入射,从而提高太阳光照辐射量,达到提高光伏系统发电效率,节约能源的目的,并将跟踪时间划分了几个不同的时间区间,每个区间内的跟踪间歇时间间隔不同,使系统获得了更多的太阳辐射能量,并提高跟踪精度。调试结果证明,该系统易于实现,运行平稳,可应用在大型光伏电站项目中。【关键词】：光伏发电自动跟踪太阳运动轨迹光强检测 【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士 【学位授予年份】：2013 【分类号】：TM615;TK513.4 【目录】：中文摘要8-9ABSTRACT9-11第一章绪论11-171.1课题研究的背景111.2课题研究的意义11-121.3国内外太阳能开发利用现状12-141.3.1国内太阳能开发利用现状12-131.3.2国外太阳能开发利用现状13-141.4太阳跟踪系统的国内外研究现状14-151.4.1太阳跟踪系统的国内研究现状14-151.4.2太阳跟踪系统的国外研究现状151.5课题研究的主要内容15-161.6本章小结16-17第二章跟踪控制系统研究及方案设计17-252.1跟踪方法原理简介172.2跟踪系统简介17-182.3太阳跟踪方案的选择18-242.3.1太阳运动轨迹模型18-192.3.2太阳运动轨迹计算19-232.3.3日照时间23-242.4本章小结24-25第三章系统的硬件设计25-413.1系统组成253.2设备选型25-333.2.1微控制器选型25-273.2.2光敏元件选型27-293.2.3太阳能电池板29-303.2.4蓄电池303.2.5充电控制器30-313.2.6执行机构31-323.2.7设备连接32-333.3跟踪控制器电路设计33-403.3.1晶振电路333.3.2复位电路33-343.3.3电源电路343.3.4485通信接口设计34-363.3.5外部时钟电路36-393.3.6光强检测电路39-403.4本章小结40-41第四章软件设计41-454.1自动跟踪主程序设计41-424.2间隔模式程序设计42-434.3IAR软件使用说明43-444.4本章小结44-45第五章结论和展
独立光伏发电系统设计 目录 1引言 (1) 2 独立光伏发电系统工作原理 (1) 3 独立光伏发电系统的设计 (2) 3.1 系统容量的设计 (2) 3.2 太阳能电池组件及方阵的设计 (3) 3.2.1 光伏组件方阵设计需要考虑的问题 (3) 3.2.2 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角 (4) 3.2.3 一般设计方法 (4) 3.3 直流接线箱的选型 (5) 3.4 光伏控制器的选型 (7) 3.6 光伏逆变器的选型 (8) 结论 (9)
独立光伏发电系统设计 摘要 太阳能光伏发电是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术，发展太阳能光伏发电系统也具有很高的可行性，首先能缓解我国目前的能源问题以及日益严重的环境问题，还能解决边远地区居民用电难，成本高的问题。本论文将从小型独立系统的发电原理，系统设计原理，及其本身具有的优势结合其受众群体的所需考虑的各方面因素来设计适合家庭使用的小型系统。通过理论与实际市场调查相结合的方法设计适合全国各地人民使用的优惠且实用的系统。 关键词：小型；独立光伏发电；系统；优惠实用 1引言 当下，许多国家已把发展可再生能源作为未来实现可持续发展的重要方式，而中国也将以太阳能为代表的可再生能源作为未来低碳经济的重要组成部分。近年来，国家财政对太阳能产业的补贴力度逐年增强。独立光伏发电系统是指未与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统，其输出功率提供给本地负载(交流负载或直流负载)的发电系统。其主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、海岛和牧区提供照明、看电视、听广播等基本生活用电，也可为通信中继站、气象站和边防哨所等特殊处所提供电源。 2 独立光伏发电系统工作原理 通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统。其主要结构由太阳能电池组件（或方阵）、蓄电池（组）、光伏控制器、逆变器（在有需要输出交流电的情况下使用）以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。 太阳能电池方阵吸收太阳光并将其转化成电能后，在防反充二极管的控制下为蓄电池组充电。直流或交流负载通过开关与控制器连接。控制器负责保护蓄电池，防止出现过充或过放电状态，即在蓄电池达到一定的放电深度时，控制器将自动切断负载，当蓄电池达到过充电状态时，控制器将自动切断充电电路。有的控制器能够显示独立光伏发电系统的充放电状态，并能贮存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能。在交流光伏发电系统中，DC-AC逆变器将蓄电池组提供的直流电变成能满足交流负载需要的交流电。
公共必修课 思想道德修养及法律基础、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想概论、大学英语、大学体育、计算机文化基础、大学语文、军事理论、大学生就业与创业指导、沐浴经典、红色江西、形势政策 专业基础课 高等数学、大学物理、光伏技术概论、电工电子学、半导体物理器件、太阳电池材料、光伏设备概论 专业课 专业技能课 工程计价与计量、工程制图、AutoCAD 专业必修课 太阳电池原理与工艺、太阳能发电技术、光伏建筑电气控制技术、光伏系统设计与施工、供配电系统、光伏建筑工程 专业任选课 高级语言程序设计、工业计算机控制技术、新能源发电技术、专业英语 集中实践教学 太阳能发电技术课程设计、光伏系统设计与施工课程设计、光伏建筑工程课程设计、军事训练、入学教育、岗位实训、毕业设计(论文) 主干课程 （1）《太阳电池原理与工艺》 课程简介：本课程主要讲授光生伏打效应机理、p-n结、太阳电池的工作原理、制造工艺、测试和应用等方面的技术，使学生对太阳电池器件的原理及工艺有较为系统的掌握。 （2）《太阳能发电技术》 课程简介：本课程主要讲授太阳能光伏发电工作原理、内容包括太阳能电池组件的特性、结构及种类，功率调节器的工作原理、功能、电路构成及种类、选择方法、相关设备及部件，太阳能光伏发电系统设计与施工、维护检查与测量，熟悉太阳能光伏发电系统的法律法规及并网系统技术要求准则。 （3）《光伏系统设计与施工》 课程简介：主要介绍光伏系统的构成及设计原理和规则,阐述光伏系统的施工技术和方法。使学生初步掌握光伏系统的设计方法，了解光伏系统的施工步骤，为学生将来独立参与光伏系统的设计和施工打下基础。 （4）《光伏建筑电气控制技术》 课程简介：本课程主要结合光伏发电讲授建筑配电系统常用的电器元件、继电器、接触器控制的基本控制电路、建筑电气控制技术的设计、建筑中常用的电气设备的控制原理、可编程控制器的基本工作原理及其在光伏建筑中的应用等方面知识。 （5）《太阳电池材料》 课程简介：介绍太阳能及光电转换的基本原理、太阳电池的基本结构和工艺，着重从材料制备和性能的角度出发，阐述常用的太阳能光电材料的基本制备原理、制备技术以及材料结构组成对太阳电池的影响。 （6）《工程计价与计量》 课程简介：本课程主要介绍太阳发电建设项目在决策、设计、招投标、实施、竣工验收等阶段的计价方法，使学生初步掌握工程计价与计量专业技能，扩展学生的工程经济知识与相关能力。
编号 淮安信息职业技术学院 毕业论文 题目光伏发电系统控制系统设计 学生姓名*** 学号**** 系部电气工程系 专业机电一体化 班级***** 指导教师【***】【讲师】 顾问教师 二〇一二年十月 摘要 进入二十一世纪，人类面临着实现经济和社会可持续大战的重大挑战，而能源问题日益严重，一方面是常规能源的缺乏，另一方面石油等能源的开发带来一系列的问题，如环境污染，温室效应等。人类需要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。太阳能是一种有前途的新型能源，具有永久性、清洁型和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长，
只要有太阳在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染问题；光伏发电系统可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，而且还缓解了目前能源危机与环境危机，只是其它电源无法比拟。 关键词：太阳能供电系统蓄电池逆变
目录 编号 ..................................................................................................................... 错误!未指定书签。摘要 ................................................................................................................. 错误!未指定书签。目录 ............................................................................................................. 错误!未指定书签。第一章绪论 ................................................................................................... 错误!未指定书签。光伏发电控制系统简介 ........................... 错误!未指定书签。问题的提出 ..................................... 错误!未指定书签。本课题设计的主要目的和意义 ..................... 错误!未指定书签。本课题设计的主要内容 ........................... 错误!未指定书签。第二章可编程控制器（）基础知识 ............................................................. 错误!未指定书签。可编程控制器（） ............................... 错误!未指定书签。 的定义......................................... 错误!未指定书签。 的特点......................................... 错误!未指定书签。 的简介及模块................................... 错误!未指定书签。第三章系统硬件设计 ..................................................................................... 错误!未指定书签。 光伏供电装置................................... 错误!未指定书签。光伏供电系统 ................................... 错误!未指定书签。 基于的硬件电路设计............................. 错误!未指定书签。 基于的硬件电路设计............................. 错误!未指定书签。第四章系统软件设计 ..................................................................................... 错误!未指定书签。 主程序设计..................................... 错误!未指定书签。 子程序设计..................................... 错误!未指定书签。 监控界面的设计................................. 错误!未指定书签。第五章系统调试 ............................................................................................... 错误!未指定书签。 调试主要内容................................... 错误!未指定书签。调试结果 ....................................... 错误!未指定书签。第六章总结与展望 ........................................................................................... 错误!未指定书签。 总结........................................... 错误!未指定书签。 展望........................................... 错误!未指定书签。
1概述 1.1设计依据 1.1.2设计范围 本工程光伏并网发电系统，一期工程规模10MW，本工程设计范围为（1）新建110KV升压站一座 （2）相关电器计算分析，提出有关电器设备参数要求 （3）相关系统继电保护、通信及调度自动化设计 2.电力系统概述 3..1.电气主接线 本期工程建设容量为20MWp，本期光伏电站接入110KV系统，光伏电站设110KV、35KV集电线路回，经一台升压变电站接入电站内110KV变电站，SVG容量为10Mvar 3.1.3.1 110KV升压站主接线设计 本期110KV升压站设计采用1台20MWa/110KV升压变压器，1回110KV出线。 3.1.3.2 光伏方阵接线设计 1概述；1.1设计依据；1.1.11遵循的主要设计规范、规程、规定等：；1)《变电所总布置设计技术规程》（DL/T205；2)《35kV-110kV无人值班变电
所设计规程；3)《3kV～110kV高压配电装置设计规范》(；4)《35-110KV 变电站设计规范》(GB20；5)《继电保护和安全自动装置技术规范》（GB14； 6)《电力装置的继电保护和自动装置设计 1 概述 1.1设计依据 1.1.11遵循的主要设计规范、规程、规定等： 1)《变电所总布置设计技术规程》（DL/T2056-1996）； 2)《35kV-110kV无人值班变电所设计规程》（DL/T5103-1999）； 3)《3kV～110kV高压配电装置设计规范》(GB20060-92)； 4)《35-110KV变电站设计规范》(GB20059-92)； 5)《继电保护和安全自动装置技术规范》（GB14285-93）； 6)《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB20062-92）； 7)《交流电气装置过电压保护和绝缘配合》； 8)《微机线路保护装置通用技术规程》(GB/T15145-94)； 9)《电测量仪表装置设计规程》(DJ9-87)； 10) 其它相关的国家规程、规范及法律法规。
太阳能发电技术论文 摘要：太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式，其中，光电利用（光伏发电）是近些年来发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。 关键词：太阳能能源光伏发电技术 正文： 很荣幸能在这学期选修《太阳能发电技术》这门课程，这门课，我以前从没接触过，甚至根本不知道这是一门什么样的课，只是日常生活中对太阳能发电技术有些许的了解。带着对太阳能发电技术的好奇，在这学期的公共选修课里，我选择了这门课程。虽然只有短短的四周的学习时间，但感觉非常充实，对太阳能发电技术有了比较系统的了解，同时贾老师深入浅出的讲解以及对太阳能发电技术独到的见解和大量的视频教学也给我留下了深刻的印象。 能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位并且得到广泛的应用。 我国的太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。 就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。 太阳能发电光伏技术即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中，以备需要时使用。 太阳能光伏发电系统原理：
绪论 能源短缺是当今社会中的热点问题，它直接制约着经济和社会的发展，可再生能源的利用也就成了当今世界关注的焦点之一。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。近年来太阳能的利用得到了世界各国的广泛关注，美国、日本、德国相继提出了“阳光计划”、“节能计划”等大力发展太阳能光伏发电技术。自“六五”以来我国政府也一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。同时，照明作为日常生活中不可缺少的一部分， 成为了世界各国的一项重要的能源消耗，据统计照明用电占我国总发电量的10%以上，绿色节能照明 的应用越来越受到重视。我国在1996年就提出了“绿色照明工程”，主要就是为了解决与照明相关的能源供应问题，新型的照明光源LED发光产品在照明和装饰领域逐渐受到世人的瞩目。 太阳能电池板和LED都是由半导体材料构成的，随着半导体材料技术的更加完善必将推动太阳能和LED的进一步发展。将太阳能和LED结合起来为节能照明技术提供了新的解决方案。 一、课程设计报告内容 1. 太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池吸收阳光，将太阳的光能直接变成电能输出。 光伏发电系统主要由太阳能光伏电池、储能电池、充放电电路、光源及控制电路等组成，系统的组成框图如图1所示：系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。太阳能电池将太阳能转变成电能，一部分用来给直流负载LED供电，另一部分储存在蓄电池中。当没有太阳光或者光线暗时，LED 照明系统所需要的能量不够的部分由蓄电池提供。LED照明部分不仅可以实现昼 夜照明，同时采用了自动调光技术，可以使室内的光线保持恒定。 图1光伏发电系统组成框图
某学校 512K分布式光伏发电系统设计方案2013年10月10日 项目编号：XXX
目录 1工程概述 (3) 1.1工程名称 (3) 1.2 地理简介 (3) 1.3 气象资料 (3) 2太阳能并网发电系统介绍 (4) 2.1 太阳能并网发电系统工作原理 (4) 2.2 主要组成设备介绍 (4) 3方案设计 (5) 3.1 设计依据 (5) 3.2 设计原则 (5) 3.3 系统选型设计 (6) 3.4 主要设备的选型说明 (6) 3.4.1电池组件 (6)
3.4.2 组件结构图 (7) 3.4.3 并网逆变器 (8) 3.4.4 并网逆变器规格 (9) 4发电量估算 (10) 5系统的社会效益 (10) 5.1社会效益(25年) (10) 6设备材料清单及造价一览表（此报价含税不含物流费用） (11) 7工程业绩表及典型工程 (11) 8合利欧斯优势 (16) 8.1 与保利协鑫（GCL）的合作 (16) 8.2 与河北**的的合作 (17) 1工程概述 1.1工程名称 河南**外国语学校512kW户用分布式光伏发电项目。
1.2 地理简介 郑州位于东经112°42'-114°13' ，北纬34°16'-34°58'，东西宽166公里，南北长75公里，总面积约为7446.2平方公里，其中市区面积约1010．3平方公里，山地面积约2377平方公里，水面面积约11.4平方公里。郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雨。郑州市冬季最长，夏季次之，春季较短。统计资料表明郑州市的平原和丘陵地区春季开始的时间大致在3月27日，终止于5月20日，历时55天；夏季开始于5月21日，终止于9月7日，历时110天；秋季开始于9月8日，终止于11月9日，历时63天；11月10日至次年的3月26日为冬季，长达137天。处于西部浅山丘陵区的荥阳、巩义、新密和登封四市，年平均气温在14～14.3℃之间。郑州年平均降雨量640.9毫米，无霜期220天，全年日照时间约2400小时。 1.3 气象资料 气象资料以NASA数据库中郑州气象数据为参考。 表1 气象资料表
10MW光伏电站设计方案 10兆瓦的太阳能并网发电系统，推荐采用分块发电、集中并网方案，将系统分成10个1兆瓦的光伏并网发电单元，分别经过0.4KV/35KV变压配电装置并入电网，最终实现将整个光伏并网系统接入35KV中压交流电网进行并网发电的方案。 本系统按照10个1兆瓦的光伏并网发电单元进行设计，并且每个1兆瓦发电单元采用4台250KW并网逆变器的方案。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4KV/35KV变压配电装置。 (一)太阳能电池阵列设计 1、太阳能光伏组件选型 (1)单晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较 单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高，商业化电池的转换效率在15%左右，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本较高，每瓦售价约36-40元。 多晶硅太阳能光伏组件生产效率高，转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在13%-15%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低，每瓦售价约34-36元。 两种组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15%。 (2)根据性价比本方案推荐采用165WP太阳能光伏组件。 2、并网光伏系统效率计算 并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率、逆变器效率、交流并网等三部分组成。 (1)光伏阵列效率η1：光伏阵列在1000W/㎡太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与
标称功率之比。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括：组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，取效率85%计算。 (2)逆变器转换效率η2：逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，取逆变器效率95%计算。 (3)交流并网效率η3：从逆变器输出至高压电网的传输效率，其中主要是升压变压器的效率，取变压器效率95%计算。 (4)系统总效率为：η总=η1×η2×η3=85%×95%×95%=77% 3、倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算 从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。 对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为： Rβ=S×[sin(α+β)/sinα]+D 式中： Rβ--倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量 S--水平面上太阳直接辐射量 D--散射辐射量 α--中午时分的太阳高度角 β--光伏阵列倾角 根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算不同倾斜面的太阳辐射量，具体数据见下表：
本科毕业设计论文 基于MPPT控制的独立光伏发电系统设计 摘要 随着时代的发展，人类对能源的需求越来越多，新能源开发是解决能源问题的根本途径，而太阳能光伏发电正是新能源和可再生能源的重要组成部分。 本文主要研究独立光伏发电系统，它有着相当广泛的应用。独立光伏系统主要包括了光伏电池、蓄电池组、充电器和逆变器四个组成部分，本文对独立光伏系统中的最大功率点跟踪进行深入研究。本文利用光伏电池的数学模型和等效电路，在MATLAB/Simulink中建立了光伏电池的仿真模型，得到了与实际光伏电池输出特性一致的仿真曲线，为进一步研究最大功率点跟踪打下了基础。最大功率点跟踪的方法有很多，但是应用最为广泛的是扰动观察法和电导增量法，本文对自适应占空比干扰法进行了详细的分析，给出了算法设计，并建立了光伏电池的仿真模型对算法进行了仿真，仿真结果验证了算法设计的正确。 关键词：独立光伏系统，光伏电池，最大功率点跟踪
The Design of Independent Photovoltaic Power Generation System Based on MPPT Control ABSTRACT With the development of economics and technology, more and more energy is required. Researching and developing new energy is the radical method to resolve the energy problem, and the solar energy is the important composing of the new energy and the renewable energy. Research on the stand-alone photovoltaic system is the main content of this thesis. There is very comprehensive application for the stand-alone photovoltaic system. The stand-alone photovoltaic system is composed of the solar cell, storage battery, charger and inverter. Several key techniques, for instance , the MPPT(Maximum Power Point Tracking) are deeply studied in this thesis. Base on the mathematical model and the equivalent circuit, the solar cell simulation model in MATLAB/Simulink is built in order to research the MPPT, and the curve which is in accordance with the actual solar cell is attained. This work built the base for the further research on MPPT. There are many methods for MPPT, but the P&O(Perturb and Observe) method and the C.I. (Conductance incremental) method are applied most extensively, and these two methods are analyzed in detail. The algorithmic designs of the P&O method and the C.I. method are given in this thesis, and the algorithmic designs are simulated with the model of the solar cell in MATLAB/Simulink, and the result of simulation validated the correctness of the design of the two algorithms. Besides, take the P&O for instance, the factors which can affect the quality of the MPPT are discussed. KEY WORDS:Stand-alone photovoltaic system,Solar cell,MPPT
课程设计方案 课程名称太阳能光伏发电技术 班级10级光伏发电班 专业光伏发电技术及应用专业 指导教师：李玲
一、课程设计的目的 课程设计是《太阳能光伏发电技术》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出设计和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性又考虑经济上的合理性正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 用简洁的文字或清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 二、课程设计的任务和要求 1、学习态度：要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度，对有抄袭他人设计图纸（论文）或找他人代画设计图纸、代做报告等行为的弄虚作假者一律按不及格记成绩，并根据学校有关规定给与处理。 2、学习纪律：要严格遵守学习纪律，遵守作息时间，不得迟到、早退和旷课。如因事、因病不能上课，则需请假，凡未请假或未获准假擅自不上课者，均按旷课论处。 3、课程目标：掌握课程的基本理论和基本知识，概念清楚，设计计算正确，结构设计合理，实验数据可靠，绘图符合标准，设计报告撰写规范。要敢于创新，勇于实践，注意培养创新意识和工程意识。 （1）巩固和加深对光伏系统设计基本知识的理解，提高学生综合运用本课程自学知识的能力。 （2）培养学生根据课题需要选学参考书籍、查阅手册、图表和文献资料的所学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。 （3）通过实际新余市太阳能LED灯设计方案的分析比较、设计计算、设备选型、安装调试等环节，初步掌握简单太阳能光伏系统的分析方法和工程设计方法。 （4）掌握常用太阳能光伏系统设备的基本参数，学会太阳电池组件的容量计算、蓄电池容量计算、方阵倾角设计等，提高学生动手能力，能在教师指导下，完成课程任务。 （5）了解与课题有关的光伏系统设备安装及使用工程技术规范，能按课程设计任务的要求编写设计报告(或总结)能正确反映设计和实验成果。 （6）培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，帮助学生逐步建立正确的生产观念、工程观念和全局观点。