太阳能充电系统的研究【字数：12325】
摘 要进入二十一世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重。太阳能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源。太 阳 能 应 用 于 汽 车 可 以 基 本 实 现 零 排 放，如 今，太 阳 能 作 为 一 种 新 能 源 在 汽 车 产 业 的 发 展 正 日 渐 普 及，我 认 为，在 不 久 的 将 来，以 太 阳 能 作 为 辅 助 设 备 的 能 源 的 汽 车 很 有 可 能 成 为 取 代 传 统 动 力 汽 车 的 形 式 之 一。但 是 现 在 的 太 阳 能 汽 车 技 术 还 不 完 善，距 实 际 应 用 还 有 较 大 距 离。本设计重点针对太阳能发电装置中蓄电池充放电控制模块和逆变器模块进行了设计。本文通过搭建独立太阳能充电系统仿真平台方式，对太阳能充电站的可行性进行评估，仿真主要模块包括环境模块、太阳能板模块、直流转直流转换器(DC-D C)模块、直流转交流逆变器(DC-AC)模块、最大功率跟踪模块、充电控制模块、蓄电池模块及负载模块逆变环节采用SPWM调制方式。最后,经过仿真软件进行整体系统仿真，基本达到性能要求，具有实际应用意义。本设计着重在太阳能对光伏电池板的最大功率点跟踪、蓄电池的充放电方式、控制器的功能要求和实际应用方面做了一定分析，本文使用MATLAB/Simulink平台进行模块仿真实现了对蓄电池的高效率管理，具有一定的意义。
目 录
1 绪 论 1
1.1 太阳能的应用及特点 1
1.2 研究背景及意义 2
1.3 本文研究内容 3
2 太阳能发电系统整体介绍 4
2.1 太阳能发电系统整体结构 4
2.2 离网型太阳能发电系统形式介绍及选择 5
2.3 变换器的特点及选择 7
2.3.1 DC/AC逆变器的选择 7
2.3.2 DC/DC变换器的选择 8
3 太阳能电池板及最大功率点跟踪 10
3.1 太阳能电池板介绍 10
3.2 太阳能电池板性能参数 10
3.3 最大功率点跟踪算法(MPPT) 12
3.3.1 定电压跟踪法 12
3.3.2 电导增量法 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
12
3.3.3 扰动观察法 13
3.4 仿真结构及分析 14
4 太阳能发电系统变换器电路 16
4.1 蓄电池及其特性介绍 16
4.1.1 储能元件种类 16
4.1.2 储能元件的作用 16
4.1.3 铅酸蓄电池充电方式 17
4.2 双向DCDC变换器 19
4.3 仿真结构及分析 21
结论 24
参考文献 25
致 谢 26
绪 论
太阳能的应用及特点
从20世纪开始，世界经济开始快速发展得益于化石能源的发现、开发以及利用，人类社会生存和发展离不开化石能源，但是能量不会凭空产生或无故消失，只会从能量的一种形式通过一些特定的方法或路径转换为另一种能量的形式。在当今社会，经济快速发展，能源正在快速枯竭。化石能源存量逐渐减少，工业生产与化石能源之间的矛盾日益突出，日益成为能源安全面临的最大问题。过去十年来，围绕化石燃料的战争频繁发生，证明每一场战争都涉及能源的再分配。总之，能源危机迫在眉睫。
中国的技术可开采能源储量见表1.1，从中可以看出，即便把其他所有除太阳能以外可再生能源都结合起来，也远不及中国的太阳能储量，由此可见，中国未来对太阳能的开发前景远大于其他技术可开发资源。同时，太阳能作为环保可再生能源，依靠其丰富的储量以及开采技术的发展，必将成为众多新能源中的佼佼者。
表1.1 我国可开发资源蕴藏量
技术可开发资源种类
蕴藏量
生物质能(年产量)
10.0亿吨标准煤
水能
5.4亿千瓦
风能
陆上和近海总计7~12亿千瓦
太阳能
960万平方公里接收太阳能辐射能17000亿吨标准煤
目前，中国正在经历工业化和城市化的加速。经济开展带来的一系列能源以及环境问题，使中国经济的可持续发展受到严重威胁，影响到人们的生活品质。协调发展是中国现阶段需要妥善处理的问题。
太阳能具有以下明显的优点：
环保能源：它不会使环境受到负面影响。太阳能和焚烧化石能源之间存在差异，它不会将废气和颗粒物排放到大气中，导致雾霾天气和燃料废渣的积聚，从而破坏环境；
能源“取之不尽，用之不竭”：太阳是一种可再生能源，非常稳定，在它出现前为地球带来光明。据科学家称，太阳至少有40亿年的生命；
能源“无所不在”：基本上不会受到地域的影响，有光照的地方就存在有太阳能；
良好的发展前景：伴随着现在传统能源危机的加剧，同时新能源得到了不断开发，相关利用技术得到大幅度提升。在这种技术背景下，太阳能发电装置的核心光伏发电装置的转换效率得到逐步提高。太阳能的开发和利用仅需有相关的设施及技术的支持，并且几乎没有能源成本，因此这是非常经济的。这些优势使光伏产业具有很大的发展潜力，然而，太阳能的存在受到天气、季节以及当地气候条件限制，同时，不同的地域位置也会使太阳能能量密度有较大差别。为了更好地利用太阳能，对太阳能充电系统的研究、开发是有广阔前景的。
研究背景及意义
不仅是现在而且在可预见的未来，电力都将作为社会发展和经济建设的支柱，保障有充足的电力资源，也是保证良好的社会发展和持续的经济建设的重要环节。它的普遍运用使社会文明发展到新的高度，同时在全球范围内电力供给短缺的频繁发作。目前来说，在世界范围内，火力发电是最主要的发电方式。然而大量的开发使用化石燃料，不但引发了能源问题，而且还使原来的生存环境受到了破坏，空气质量是首当其冲的，唯有改变现有的能源利用方式，以新的清洁能源如太阳能、风能、地热能等来代替之前以化石能源为主的能源结构，这样不仅能够从本质上来缓解能源短缺问题，而且能使现在的环境污染问题也得到解决。目前来说，在新能源方面，太阳能是人类的成功利用使运用的最广泛、最丰富的。推行基于光伏发电的太阳能发电技术也是符合国家号召的可持续的发展思路。
目前，太阳能发电系统主要有两种形式:一种是并网发电；另一种离网发电。在当前的技术条件及政策导向下，光伏并网发电成本较高，电网对光伏并网发电的获取政策有待健全，从而无法实现大量的电力连接；离网发电具备安装便捷、不受电网政策限制、成本低等特点，运用较为广泛。
对于村落公共设施和远离公共电网的家庭用户，离网太阳能发电系统有着不凡的意义，可作为村落的公共路灯的供电源或辅助电源，对于家庭用户也是如此；同时，该系统可以应用于电网覆盖区域，以缓解电网在用电高峰时段的用电压力，从而更好地利用绿色能源。在产品创新方面，本文将电池充电技术与逆变器功能相结合，设计了具有一定市场潜力的离网太阳能发电系统。
目 录
1 绪 论 1
1.1 太阳能的应用及特点 1
1.2 研究背景及意义 2
1.3 本文研究内容 3
2 太阳能发电系统整体介绍 4
2.1 太阳能发电系统整体结构 4
2.2 离网型太阳能发电系统形式介绍及选择 5
2.3 变换器的特点及选择 7
2.3.1 DC/AC逆变器的选择 7
2.3.2 DC/DC变换器的选择 8
3 太阳能电池板及最大功率点跟踪 10
3.1 太阳能电池板介绍 10
3.2 太阳能电池板性能参数 10
3.3 最大功率点跟踪算法(MPPT) 12
3.3.1 定电压跟踪法 12
3.3.2 电导增量法 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
12
3.3.3 扰动观察法 13
3.4 仿真结构及分析 14
4 太阳能发电系统变换器电路 16
4.1 蓄电池及其特性介绍 16
4.1.1 储能元件种类 16
4.1.2 储能元件的作用 16
4.1.3 铅酸蓄电池充电方式 17
4.2 双向DCDC变换器 19
4.3 仿真结构及分析 21
结论 24
参考文献 25
致 谢 26
绪 论
太阳能的应用及特点
从20世纪开始，世界经济开始快速发展得益于化石能源的发现、开发以及利用，人类社会生存和发展离不开化石能源，但是能量不会凭空产生或无故消失，只会从能量的一种形式通过一些特定的方法或路径转换为另一种能量的形式。在当今社会，经济快速发展，能源正在快速枯竭。化石能源存量逐渐减少，工业生产与化石能源之间的矛盾日益突出，日益成为能源安全面临的最大问题。过去十年来，围绕化石燃料的战争频繁发生，证明每一场战争都涉及能源的再分配。总之，能源危机迫在眉睫。
中国的技术可开采能源储量见表1.1，从中可以看出，即便把其他所有除太阳能以外可再生能源都结合起来，也远不及中国的太阳能储量，由此可见，中国未来对太阳能的开发前景远大于其他技术可开发资源。同时，太阳能作为环保可再生能源，依靠其丰富的储量以及开采技术的发展，必将成为众多新能源中的佼佼者。
表1.1 我国可开发资源蕴藏量
技术可开发资源种类
蕴藏量
生物质能(年产量)
10.0亿吨标准煤
水能
5.4亿千瓦
风能
陆上和近海总计7~12亿千瓦
太阳能
960万平方公里接收太阳能辐射能17000亿吨标准煤
目前，中国正在经历工业化和城市化的加速。经济开展带来的一系列能源以及环境问题，使中国经济的可持续发展受到严重威胁，影响到人们的生活品质。协调发展是中国现阶段需要妥善处理的问题。
太阳能具有以下明显的优点：
环保能源：它不会使环境受到负面影响。太阳能和焚烧化石能源之间存在差异，它不会将废气和颗粒物排放到大气中，导致雾霾天气和燃料废渣的积聚，从而破坏环境；
能源“取之不尽，用之不竭”：太阳是一种可再生能源，非常稳定，在它出现前为地球带来光明。据科学家称，太阳至少有40亿年的生命；
能源“无所不在”：基本上不会受到地域的影响，有光照的地方就存在有太阳能；
良好的发展前景：伴随着现在传统能源危机的加剧，同时新能源得到了不断开发，相关利用技术得到大幅度提升。在这种技术背景下，太阳能发电装置的核心光伏发电装置的转换效率得到逐步提高。太阳能的开发和利用仅需有相关的设施及技术的支持，并且几乎没有能源成本，因此这是非常经济的。这些优势使光伏产业具有很大的发展潜力，然而，太阳能的存在受到天气、季节以及当地气候条件限制，同时，不同的地域位置也会使太阳能能量密度有较大差别。为了更好地利用太阳能，对太阳能充电系统的研究、开发是有广阔前景的。
研究背景及意义
不仅是现在而且在可预见的未来，电力都将作为社会发展和经济建设的支柱，保障有充足的电力资源，也是保证良好的社会发展和持续的经济建设的重要环节。它的普遍运用使社会文明发展到新的高度，同时在全球范围内电力供给短缺的频繁发作。目前来说，在世界范围内，火力发电是最主要的发电方式。然而大量的开发使用化石燃料，不但引发了能源问题，而且还使原来的生存环境受到了破坏，空气质量是首当其冲的，唯有改变现有的能源利用方式，以新的清洁能源如太阳能、风能、地热能等来代替之前以化石能源为主的能源结构，这样不仅能够从本质上来缓解能源短缺问题，而且能使现在的环境污染问题也得到解决。目前来说，在新能源方面，太阳能是人类的成功利用使运用的最广泛、最丰富的。推行基于光伏发电的太阳能发电技术也是符合国家号召的可持续的发展思路。
目前，太阳能发电系统主要有两种形式:一种是并网发电；另一种离网发电。在当前的技术条件及政策导向下，光伏并网发电成本较高，电网对光伏并网发电的获取政策有待健全，从而无法实现大量的电力连接；离网发电具备安装便捷、不受电网政策限制、成本低等特点，运用较为广泛。
对于村落公共设施和远离公共电网的家庭用户，离网太阳能发电系统有着不凡的意义，可作为村落的公共路灯的供电源或辅助电源，对于家庭用户也是如此；同时，该系统可以应用于电网覆盖区域，以缓解电网在用电高峰时段的用电压力，从而更好地利用绿色能源。在产品创新方面，本文将电池充电技术与逆变器功能相结合，设计了具有一定市场潜力的离网太阳能发电系统。
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